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湿度传感器选用技巧实用手册

2006-02-23 15:50 北京市大兴县卧龙新技术研究所 北京市大兴县卧龙新技术研究所 阅读 0
核心摘要: 本文基于多年研发生产经验,提供湿度传感器选用实用指南。内容涵盖传感器分类、精度与稳定性、温度系数、供电要求、互换性、校正方法,以及初步性能判断的简便方法。分析市场主流产品(电容式、金属氧化物、氯化锂)的优缺点,重点介绍WLC-4型温湿度传感器的突出性能,包括宽温区工作、长期稳定性强、安全适用等。最后给出用户选用建议,强调考察生产厂家资质与检测设备的重要性。

随着科技发展,科研、农业、暖通、纺织、机房、航空航天、电力等领域对湿度传感器的需求日益增长。湿度测量与控制已成为普遍技术条件,但如何选用和判断湿度传感器性能仍是复杂问题。本文基于多年研发生产经验,提供实用指南。

1. 湿度传感器的分类与感湿特点

湿度传感器分为电阻式和电容式,基本形式为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。水蒸气吸附后,元件阻抗或介电常数变化,从而制成湿敏元件。国内外产品水平不一,用户需深入了解以选择最优产品。

1.1 精度与长期稳定性

精度应达±2%~±5%RH,否则难以作为计量器具。通常产品资料在常温(20℃±10℃)洁净气体中测量,实际使用中受尘土、油污、有害气体影响,会产生老化、精度下降。长期稳定性和使用寿命是关键,年漂移量控制在1%RH的产品很少,一般约±2%。

1.2 温度系数

湿敏元件对温度敏感,温度系数一般在0.2~0.8%RH/℃,且不同相对湿度下系数有差异。温漂非线性,需电路温度补偿。采用单片机软件补偿或无补偿的传感器难以保证全温范围精度,硬件温度跟随性补偿效果最佳。多数湿敏元件难以在40℃以上正常工作。

1.3 供电要求

金属氧化物陶瓷、高分子聚合物、氯化锂等湿敏材料施加直流电压会导致性能变化甚至失效,因此必须使用交流电供电。

1.4 互换性

湿度传感器普遍存在互换性差的问题,同一型号传感器不能互换,影响使用效果,增加维修调试难度。部分厂家已取得改进。

1.5 湿度校正

湿度校正比温度校正困难。温度标定可用标准温度计,湿度标定则需严格环境条件。常用饱和盐溶液检定法,并测量温度。

2. 初步判断湿度传感器性能的方法

在标定困难时,可通过以下简便方法判断:

(1) 一致性判定:同一厂家产品一次购买两支以上,通电比较输出值,观察一致性。可在24h内间隔记录,覆盖高、中、低湿度情况。

(2) 用嘴呵气或加湿,观察灵敏度、重复性、升湿脱湿性能、分辨率及最高量程。

(3) 开盒和关盒测试,比较一致性,观察热效应。

(4) 高温和低温测试后恢复,与实验前记录比较,考查温度适应性。

最终性能需依据质检部门正规检测,可用饱和盐溶液标定或与名牌产品比对,并进行长期标定。

3. 市场产品分析

国内市场上电容式湿敏元件较多,感湿材料主要为高分子聚合物、氯化锂和金属氧化物。电容式优点为响应快、体积小、线性好、较稳定,但低价产品线性度、一致性、重复性差,30%RH以下和80%RH以上变形严重。长期稳定性不理想,漂移严重,容值变化为pF级,1%RH变化不足0.5pF。多数不具备40℃以上工作能力。抗腐蚀能力欠缺,存在光照失效、静电失效等现象。金属氧化物陶瓷湿敏电阻有类似优点,但尘埃环境下细孔被封堵,需通电除尘,效果有限,且不能在易燃易爆环境使用。氯化锂湿敏电阻长期稳定性极强,通过严格工艺可达到较高精度,稳定性、线性度、一致性优良,是长期使用寿命的可靠保证。

4. WLC-4型温湿度传感器性能介绍

北京市大兴县卧龙新技术研究所生产的WLC-4型温湿度传感器具有突出优点:

(1) 工作温度范围-40℃~100℃,全量程测湿,线性均匀,多片组合线性化处理,人工修正温漂,保证测湿和温度补偿精度,互换精度达1%RH。

(2) 长期稳定性强,0℃~50℃环境下3年漂移量不超过2%RH。采用长期通电老化、严格控制制剂质量、独特感湿液配方等工艺,保持氯化锂优点,克服寿命短、温度范围窄、高湿低湿适应性差等缺点。

(3) 电阻式产品,感湿感温部分可与电子电路分立使用,连线可拉长,提高环境适应性,降低生产成本,避免高低温高低湿对电子器件影响,在易燃易爆环境下更安全。

5. 用户选用须知

用户应了解供货单位,考察生产设施和生产许可证。正规检测设备(约百万元)是生产合格产品的必要条件。随着使用经验积累,对湿度传感器的认识将不断深入,推动技术发展。

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