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保持濕度傳感器高精度的常用方法

來源：廣州微卓測控科技有限公司 2025年01月10日 09:29

精度（Accuracy）即測量的準確度，指被測量對象的測量值之間的一致程度，及與其“真實值”的接近程度。在實際應用中，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用于不同的行業(yè)，如制藥、半導體、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，導致測量漂移，那么如何在應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層，上面會印制關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。

影響濕度傳感器精度的因素

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

溫度范圍內(nèi)的精度變化

參數(shù)表上標定的精度規(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。這是因為相對濕度探頭對溫度敏感，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償功能，以在寬范圍的溫度條件下保持準確的測量。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-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之間的補償數(shù)據(jù)。結(jié)合高精度溫度測量、低功耗、低自熱設計和先進的電子元件，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、機械磨損和污染物（灰塵、顆粒或化學蒸汽）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。

以上為傳感器受到外在影響后的變化

當漂移超過3%rh時，Rotronic建議更換傳感器，因為傳感器之后會漂移得越來越快。

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。

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)果的準確度。

在實際測量應用中，條件非常多樣化，遲滯可能會也可能不會達到最大值。因此，將遲滯視為一個既不能全部預測也不能補償?shù)碾S機值也是合理的。

保證精度常用的方法

#精度

測量性能的關鍵因素

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），以實現(xiàn)濕度傳感器非常精確的線性化。表A1%為出廠默認值。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確定的。調(diào)整這些值應能減少線性誤差。

羅卓尼克關于調(diào)整點的建議：

濕度和溫度測量的三個點調(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)整點在23°C和35%rh下：該標準調(diào)整點用于提高傳感器在典型環(huán)境條件下的基準精度。在這個點下的調(diào)整有助于確保在溫和環(huán)境中進行可靠的測量。

2.第二個調(diào)整點在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，如80%rh，可以提高傳感器在較高濕度條件下準確測量的能力。這一步對于驗證濕度水平升高時的性能至關重要，可確保傳感器在其工作范圍內(nèi)保持準確。

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

通過使用這三個不同點的調(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

校準是將測量儀器的輸出與參考值進行比較，并出具結(jié)果。而調(diào)整是改變儀器的輸出并校準它以匹配參考的輸出。因為應用中存在的一些外在因素會導致測量漂移，在一定的周期內(nèi)，需要通過校準來判斷傳感器的精度是否在限定的規(guī)格內(nèi)。

用于提供已知濕度和溫度值進行校準的參考儀器有其自身的不確定性，如精度、重復性、再現(xiàn)性不一樣，會影響儀器校準的可靠性和穩(wěn)定性。所以參考儀器的選擇對校準數(shù)據(jù)的可靠性很重要，校準儀器本身精度都不高，那么校準出來的傳感器數(shù)據(jù)就更加不準確了。

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、校準、調(diào)整中運用良好的實踐，才能在應用中維持傳感器的長期測量性能。

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