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保持濕度傳感器高精度的常用方法

更新時間:2025-01-13   點(diǎn)擊次數(shù):92次

精度(Accuracy)即測量的準(zhǔn)確度,指被測量對象的測量值之間的一致程度,及與其“真實(shí)值"的接近程度。在實(shí)際應(yīng)用中,濕度傳感器的精度會受到各種因素的影響,從而偏離原來的值,故高精度并非“一勞永逸",它會變化的。

羅卓尼克(Rotronic)濕度傳感器被廣泛應(yīng)用于不同的行業(yè),如制藥、半導(dǎo)體、暖通、數(shù)據(jù)中心、氣象、農(nóng)業(yè)等。它們能夠取得客戶的信賴,全憑自身過硬的“本事"——測量精確。但隨著時間的推移,傳感器會受到不同因素的影響,導(dǎo)致測量漂移,那么如何在應(yīng)用中保持羅卓尼克濕度傳感器的高精度,咱們一起來探討下。


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認(rèn)識HgroClip濕度傳感器
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羅卓尼克濕度傳感器采用電容式測量方法測定空氣中的濕度。傳感器元件由不同的層組成,并且會根據(jù)主要應(yīng)用的不同而開發(fā)不一樣的層。

外層是特氟龍材質(zhì),帶5微米的小孔,用作防止污染的防護(hù)層,上面會印制關(guān)于此傳感器的重要信息,如生產(chǎn)年份、中間批號以及傳感器類型等,最后四位數(shù)字表示以0.1PF為單位的電容。當(dāng)更換傳感器時,需要確保更換的傳感器具有盡可能高的電容,否則會出現(xiàn)測量錯誤。

特氟龍保護(hù)層下有兩個電極,兩者之間插入聚合物HT-1或IN-1(吸濕介電層),其吸收水蒸氣的量因環(huán)境濕度不同而不同,這會改變電容器(濕度傳感器)的電容量,據(jù)此可以確定濕度。

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影響濕度傳感器精度的因素


工作的溫度范圍、校準(zhǔn)不確定性、長期漂移和環(huán)境污染物等因素在決定設(shè)備真正的長期性能(測量精確)方面都起著至關(guān)重要的作用。


01
溫度范圍內(nèi)的精度變化

參數(shù)表上的精度規(guī)格是僅在特定溫度范圍內(nèi)有效。例如,23°C或20°C±5°C范圍內(nèi)精度為±0.8%rh,如果在參數(shù)范圍外使用儀器,其精度可能會降低。這是因?yàn)橄鄬穸忍筋^對溫度敏感,其性能受到環(huán)境溫度變化的影響。所以,在使用過程中,要注意溫度是否偏離了校準(zhǔn)溫度,否則可能會造成濕度傳感器的精度下降。

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羅卓尼克的濕度傳感器具有自動溫度補(bǔ)償功能,以在寬范圍的溫度條件下保持準(zhǔn)確的測量。傳感器內(nèi)置AirChip 3000電子元件,在存儲器中保存了一組31個表,對應(yīng)-100°C至+200?C范圍內(nèi)的溫度值。每個表都含有以1%rh的階躍變化在0%rh和100%rh之間的補(bǔ)償數(shù)據(jù)。結(jié)合高精度溫度測量、低功耗、低自熱設(shè)計(jì)和先進(jìn)的電子元件,羅卓尼克HygroClip傳感器可以在廣泛的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)精確的相對濕度和溫度測量。 

02
潛在的挑戰(zhàn)——長期漂移
于電子元件老化、機(jī)械磨損和污染物(灰塵、顆?;蚧瘜W(xué)蒸汽)積聚等因素影響,傳感器讀數(shù)隨著時間的推移而變化,產(chǎn)生漂移。濕度傳感器類似“空氣呼吸器",所以更容易受到環(huán)境影響。
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以上為傳感器受到外在影響后的變化
當(dāng)漂移超過3%rh時,Rotronic建議更換傳感器,因?yàn)閭鞲衅髦髸频迷絹碓娇臁?/span>
羅卓尼克濕度和溫度探頭在清潔空氣中使用時的漂移為每年小于1%RH。
03
測量的遲滯性
傳感器的遲滯性是指在測量過程中,由于傳感器自身的慣性或響應(yīng)速度等原因,測量結(jié)果會出現(xiàn)滯后或延遲的現(xiàn)象。如果傳感器長時間暴露在高濕和高溫下,傳感器滯后現(xiàn)象會增加,傳感器遲滯性過大,將會影響其測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。
在實(shí)際測量應(yīng)用中,條件非常多樣化,遲滯可能會也可能不會達(dá)到最大值。因此,將遲滯視為一個既不能預(yù)測也不能補(bǔ)償?shù)碾S機(jī)值也是合理的。
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保證精度常用的方法

#精度
測量性能的關(guān)鍵因素

01
調(diào)整
上述已經(jīng)介紹羅卓尼克每個HygroClip傳感器都內(nèi)置一個微控制器AirChip3000,存儲有兩個表(A1%和A2%),其中包括應(yīng)用于濕度傳感器生成的原始濕度數(shù)據(jù)的校正(線性化)。每個表包含101個值(從0到100%rh,階躍變化1%rh),以實(shí)現(xiàn)濕度傳感器非常精確的線性化。表A1%為出廠默認(rèn)值。表A2%保存了用戶在調(diào)整過程中產(chǎn)生的額外校正。線性化濕度值是通過將兩個表中的相應(yīng)校正值加到原始濕度值上而獲得的。
通常,儀器制造商推薦的調(diào)整值是以最小化線性誤差為目標(biāo)確定的。調(diào)整這些值應(yīng)能減少線性誤差。

羅卓尼克關(guān)于調(diào)整點(diǎn)的建議:

濕度和溫度測量的三個點(diǎn)調(diào)整可確保傳感器在不同環(huán)境條件下的精確性能。
1.第一個調(diào)整點(diǎn)在23°C和35%rh下:該標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整點(diǎn)用于提高傳感器在典型環(huán)境條件下的基準(zhǔn)精度。在這個點(diǎn)下的調(diào)整有助于確保在溫和環(huán)境中進(jìn)行可靠的測量。
2.第二個調(diào)整點(diǎn)在23°C和35%rh以上如 50%rh - 80%rh下:在較高濕度水平下的調(diào)整點(diǎn),如80%rh,可以提高傳感器在較高濕度條件下準(zhǔn)確測量的能力。這一步對于驗(yàn)證濕度水平升高時的性能至關(guān)重要,可確保傳感器在其工作范圍內(nèi)保持準(zhǔn)確。

3.第三個調(diào)整點(diǎn)在23°C和35%rh以下如10%rh - 20%rh下:這個低濕度調(diào)整點(diǎn)提高了傳感器在干燥條件下的性能。低于20%rh的調(diào)整對于確認(rèn)傳感器即使在濕度很小的環(huán)境中也能檢測并報(bào)告精確的數(shù)據(jù)至關(guān)重要。

通過使用這三個不同點(diǎn)的調(diào)整可確保傳感器的整體精度得到優(yōu)化,并在寬濕度范圍內(nèi)保持公差水平。
02
校準(zhǔn)

校準(zhǔn)是將測量儀器的輸出與參考值進(jìn)行比較,并出具結(jié)果。而調(diào)整是改變儀器的輸出并校準(zhǔn)它以匹配參考的輸出。因?yàn)閼?yīng)用中存在的一些外在因素會導(dǎo)致測量漂移,在一定的周期內(nèi),需要通過校準(zhǔn)來判斷傳感器的精度是否在規(guī)格內(nèi)。

用于提供已知濕度和溫度值進(jìn)行校準(zhǔn)的參考儀器有其自身的不確定性,如精度、重復(fù)性、再現(xiàn)性不一樣,會影響儀器校準(zhǔn)的可靠性和穩(wěn)定性。所以參考儀器的選擇對校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的可靠性很重要,校準(zhǔn)儀器本身精度都不高,那么校準(zhǔn)出來的傳感器數(shù)據(jù)就更加不準(zhǔn)確了。
03
過濾帽
相對濕度傳感器對環(huán)境中的污染物特別敏感,為了避免這些污染物影響讀數(shù),選擇合適的保護(hù)過濾帽是一個必要的選擇。Rotronic提供不同材質(zhì)的過濾帽,以應(yīng)對不同污染物對探頭的影響。

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選擇正確的濕度傳感器,并在安裝、維護(hù)、校準(zhǔn)、調(diào)整中運(yùn)用良好的實(shí)踐,才能在應(yīng)用中維持傳感器的長期測量性能。



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