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如何选择合适的湿度传感器

作者:IST上海应用支持中心2021.03.01阅读 1657

  首先,理解常用的湿度概念非常重要,因为湿度传感器的工作原理就是基于概念中所描述的物理过程。即便是基于完全相同的测量原理,不同的湿度传感器的性能可以千差万别,这是因为不同的材料特性或生产工艺CONTROL ENGINEERING China版权所有,会完全左右传感器在不同环境中的工作状态。所以,理解湿度测量的物理过程,有助于找到适合应用的传感器控制工程网版权所有,并取得最终产品的成功。
  1. 常用的湿度概念
  绝对湿度
  绝对湿度是指单位体积空气内可以容纳水分子的量,这个量常用质量的方式进行表征,所以绝对湿度的单位为 g/m3。在给定空间内,如果湿度未达到饱和状态(也就是不发生凝露现象),不论温度如何变化,空气的绝对湿度维持不变。
  相对湿度
  相对湿度是指空气中水分子的数量对所能容纳水分子最大数量的占比,相对湿度通过百分比的形式表征。空气储存水分子的能力随温度变化,温度越高空气储水能力越强。
  为了方便理解,我们将湿度概念类比为容器装水(Figure 1)。图中左侧容器代表了30℃空气的储水能力,即便30g水注入其中时,也只能达到容量的50%;而右侧容器代表了0℃空气的储水能力,即便只有5g水,也达到了容量的75%。
  相对湿度和绝对湿度都是对空气中水分含量的一种计算方式,他们之间需要使用温度参数进行换算。在压力应用中,气压参数也应当参与换算。

  Figure 1 绝对湿度vs相对湿度

  露点
  当温度不断降低,空气的储水能力不断下降,直至空气中水分即将溢出时的温度即为露点,此时空气的相对湿度刚刚达到100%。凝露现象在生活中屡见不鲜,例如在夏天的时候,冰镇饮料的外壁会有水珠凝结,这就是因为携带水分的高温空气在饮料表面快速降温,储水能力急剧下降,最终将所携带的水分堆积在低温表面形成水珠。
  2. 湿度测量原理
  IST全系湿度产品均基于电容式测量原理:当环境湿度发生改变时,高分子薄膜(Polymer,Figure 2)中的含水量发生变化控制工程网版权所有,致使电容介电常数发生改变,进而导致传感器电容量发生改变CONTROL ENGINEERING China版权所有,通过测量容值即可计算出当前环境湿度。IST通过对多种金属与高分子材料的组合使用,形成3个极具特色的湿度传感器产品线:P14系列,MK33,以及K5系列,以响应不同的测量场景。

  Figure 2 湿度电容中的高分子薄膜

  3. IST湿度传感器
  - P14:适用绝大多数测量场景,并且可以实现高湿度测量。高湿度测量往往是电容式湿度传感器的测量难点,其原因在于高密度的水分子会使湿度电容的高分子薄膜充分吸水,由于薄膜通透性不佳,即便在环境湿度下降后传感器也无法快速脱水,致使读数被钳制在高位。这个过程就像戴口罩呼吸,口罩的内侧会逐渐累计过量的水分子以至于形成水滴。IST通过先进工艺制造的薄膜结构具有极佳的“呼吸”能力,这使得电容内部的湿度水平可以快速同步环境湿度,实现准确稳定的湿度测量。
  基于该种呼吸性极佳的高分子薄膜,P14系列还针对不同的封装方式,不同的响应           速度,以及加热需求,推出了多种型号的湿度产品。
  - MK33:适用于油液湿度与高温气体湿度测量。基于另一种特殊薄膜材料。MK33的耐温可达到190℃,为行业之最。该种耐温的特性几乎使得MK33成为烟气湿度检测的最佳选择。
  - K5: 适用于低湿度检测场景。基于不同于之前的另一种特殊薄膜材料,K5在低湿度场景中具有更高的稳定性和分辨率。
  - HYT系列为数字型号湿度传感器控制工程网版权所有,基于以上传感元件的优良性能,通过I2C通信总线,可以直接读取经过标定的高精度湿度测量值。
  在未来的文章中,我们将针对每一型号的湿度传感器, 给出具体的使用说明和应用分享,敬请期待!
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