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保持濕度傳感器高精度的常用方法

來源：珠海歐伯特測控技術(shù)有限公司 2025年01月13日 10:39

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(shí)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。

認(rèn)識HgroClip濕度傳感器

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(shí)，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(cuò)誤。

特氟龍保護(hù)層下有兩個(gè)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。

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。

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。

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(gè)表，對應(yīng)-100°C至+200?C范圍內(nèi)的溫度值。每個(gè)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。

潛在的挑戰(zhàn)——長期漂移

由于電子元件老化、機(jī)械磨損和污染物（灰塵、顆粒或化學(xué)蒸汽）積聚等因素影響，傳感器讀數(shù)隨著時(shí)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。

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(shí)，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(shí)的漂移為每年小于1%RH。

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(shí)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(gè)既不能預(yù)測也不能補(bǔ)償?shù)碾S機(jī)值也是合理的。

保證精度常用的方法

#精度

測量性能的關(guān)鍵因素

調(diào)整

上述已經(jīng)介紹羅卓尼克每個(gè)HygroClip傳感器都內(nèi)置一個(gè)微控制器AirChip3000，存儲有兩個(gè)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(gè)表包含101個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(shí)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(gè)調(diào)整點(diǎn)在23°C和35%rh以下如10%rh - 20%rh下：這個(gè)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(gè)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。

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。

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(gè)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。

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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