了解濕度測(cè)量：提高精度的關(guān)鍵見解

比較相對(duì)濕度測(cè)量?jī)x器的長(zhǎng)期性能涉及的不僅僅是比較它們的精度規(guī)格。雖然精度規(guī)格提供了一個(gè)很好的開始，但它們并不能說(shuō)明儀器整體性能的全貌，尤其是在現(xiàn)實(shí)世界條件下。在本博客中，除了精度規(guī)格，我們將提供在選擇相對(duì)濕度測(cè)量?jī)x器時(shí)需要考慮的四個(gè)關(guān)鍵因素。

1.定義和區(qū)別

精度與不確定度不同，但可作為技術(shù)規(guī)格的一部分。精度是一個(gè)定性術(shù)語(yǔ)，但可以使用測(cè)量不確定性的表達(dá)式來(lái)定義它。

例如，交付前校準(zhǔn)可以“聲明"儀器的引用規(guī)格或精度。

Rotronic技術(shù)規(guī)格中所陳述的精度是指參考儀器的測(cè)量值和被測(cè)儀器的測(cè)量值之間的最大差值，被稱為測(cè)量誤差。

測(cè)量不確定度被定義為“真實(shí)值"預(yù)期所在的范圍。例如，參考值為35.0%rh的被測(cè)儀器讀數(shù)可能是34.8%rh，不確定度為±0.4%rh。這意味著真實(shí)值預(yù)計(jì)在34.4%rh至35.2%rh的范圍內(nèi)。

公差在Rotronic技術(shù)規(guī)格中被作為極限允許的測(cè)量誤差使用，它與測(cè)量不確定度不同。因此，需要額外的測(cè)量不確定度來(lái)決定是否符合應(yīng)用規(guī)格。

規(guī)格與不確定度不同。規(guī)格讓客戶知道在每個(gè)操作范圍內(nèi)，給定產(chǎn)品可以合理地預(yù)期什么樣的性能，可以考慮的最大允許測(cè)量誤差和測(cè)量不確定度。

2.電容式濕度測(cè)量誤差的分類

溫度和壓力依賴性

相對(duì)濕度取決于溫度和壓力

Rotronic HygroClip探頭自動(dòng)補(bǔ)償物理溫度依賴性。先進(jìn)的電子元件包含基于WMO標(biāo)準(zhǔn)的類似飽和蒸汽壓表，以便進(jìn)行精確校正。

在常見的相對(duì)濕度測(cè)量中通常不考慮總氣體壓力。一個(gè)例外是當(dāng)存在較大的壓差時(shí)，比如。例如，由于壓力變化的影響，壓力腔室或真空腔室出氣口的相對(duì)濕度測(cè)量將為腔室內(nèi)的實(shí)際相對(duì)濕度提供不同的讀數(shù)。

Rotronic HygroClip探頭可以設(shè)置為不同的壓力，以改善補(bǔ)償，特別是在輸出露點(diǎn)等計(jì)算值時(shí)。

溫度誤差

溫度會(huì)對(duì)濕度測(cè)量的幾個(gè)方面產(chǎn)生重大影響。所有電子元件的組件都可能受到溫度變化的影響。此外，電容式濕度傳感器的吸濕性會(huì)隨溫度而變化。此外，溫度傳感器本身的精度（也用于補(bǔ)償）對(duì)濕度測(cè)量的精度有影響。

HygroClip – 濕度傳感器溫度補(bǔ)償

所有相對(duì)濕度傳感器都需要補(bǔ)償溫度對(duì)濕度輸出信號(hào)的影響，以在寬范圍的溫度條件下保持準(zhǔn)確的測(cè)量。Rotronic Hycroclip探頭內(nèi)的AirChip 3000在存儲(chǔ)器中保存了一組31個(gè)表，對(duì)應(yīng)-100°C至+200?C范圍內(nèi)的溫度值。每個(gè)表都持有以10%rh的步長(zhǎng)0%rh和100%rh之間的補(bǔ)償數(shù)據(jù)。結(jié)合高精度溫度測(cè)量、低功耗、低自熱設(shè)計(jì)和先進(jìn)的電子元件，Rotronic HygroClip可以在廣泛的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)精確的相對(duì)濕度和溫度測(cè)量。

線性誤差

理想的傳感器在濕度與其輸出方面是線性的（見上圖），但相對(duì)濕度傳感器（0…100%rh之間）的典型響應(yīng)是非線性的。根據(jù)電子電路校正的有效性，儀器可能存在線性誤差。如果傳感器和相關(guān)電子元件都具有可再現(xiàn)的特性，則線性誤差是系統(tǒng)誤差。

與AirChip3000結(jié)合使用的濕度傳感器的電容是相對(duì)濕度（%rh）的非線性函數(shù)。AirChip3000將從濕度傳感器讀取的原始值更改為線性值，并根據(jù)溫度對(duì)濕度傳感器的影響和每個(gè)探頭的獨(dú)特補(bǔ)償值對(duì)這些值進(jìn)行補(bǔ)償。

HygroClip — 濕度傳感器線性化

每個(gè)HygroClip探頭都有一個(gè)名為AirChip3000的內(nèi)置微控制器，它在內(nèi)存中保存了一組兩個(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，步長(zhǎng)為10%rh），以實(shí)現(xiàn)濕度傳感器的非常精確的線性化。表A1%為出廠默認(rèn)值。表A2%保存了用戶在調(diào)整過(guò)程中產(chǎn)生的額外校正。線性化濕度值是通過(guò)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。插值用于中間原始值。用戶可以隨時(shí)將AirChip3000重置為其原始出廠設(shè)置。

注意：誤選調(diào)整值可能會(huì)導(dǎo)致線性誤差的不同分布，并可能對(duì)儀器精度產(chǎn)生不利影響。

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。

Rotronic關(guān)于調(diào)整點(diǎn)的建議：

• 1.在23℃和35%rh下的第一個(gè)調(diào)整點(diǎn)：該標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整點(diǎn)用于提高傳感器在典型環(huán)境條件下的基線精度。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(cè)量。

• 2.在23℃和35%rh以上如50%rh-80%rh下的第二個(gè)調(diào)整點(diǎn)：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(cè)量的能力。這一步對(duì)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.在23℃和35%rh以下如10%rh-20%rh的第三個(gè)調(diào)整點(diǎn)：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(duì)于確認(rèn)傳感器即使在濕度很小的環(huán)境中也能檢測(cè)并報(bào)告精確的數(shù)據(jù)至關(guān)重要。

通過(guò)使用這三個(gè)不同的點(diǎn)，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

調(diào)整誤差

校準(zhǔn)是將測(cè)量?jī)x器的輸出與參考值進(jìn)行比較，并報(bào)告結(jié)果。調(diào)整是改變儀器的輸出并校準(zhǔn)它以匹配參考的輸出。

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度，由精度、重復(fù)性、再現(xiàn)性和滯后值組成，在指定最終儀器不確定度時(shí)必須考慮這些不確定度。此外，如果在校準(zhǔn)服務(wù)期間沒(méi)有進(jìn)行調(diào)整，則必須考慮測(cè)量誤差，并將其納入儀器結(jié)果的計(jì)算中，或?qū)⑵渥鳛槲葱Ｕ恼`差添加到精度中。

使用Rotronic濕度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整

溫度對(duì)Rotronic濕度標(biāo)準(zhǔn)的平衡濕度有影響，證書中23°C的校準(zhǔn)值與表中實(shí)際溫度的濕度值之間的差值必須手動(dòng)添加到調(diào)整參考值的輸入中。

遲滯

滯后是通過(guò)運(yùn)行濕度條件的升序和降序獲得的相應(yīng)數(shù)據(jù)對(duì)之間可以測(cè)量的最大差值。滯后決定了濕度儀器的再現(xiàn)性。

對(duì)于任何給定的儀器，滯后值取決于幾個(gè)因素：

• 用于測(cè)量滯后的濕度循環(huán)的總跨度

• 傳感器在每種濕度條件下的暴露時(shí)間

• 測(cè)量期間的溫度穩(wěn)定性

• 用于確定傳感器平衡和之前傳感器歷史的標(biāo)準(zhǔn)




通常，隨著傳感器長(zhǎng)時(shí)間暴露在高濕度和高溫下，傳感器滯后現(xiàn)象會(huì)增加。

注意：溫度會(huì)改變傳感器和電纜的電容。電子元件報(bào)告的濕度值必須補(bǔ)償溫度對(duì)探頭的影響。

只有說(shuō)明傳感器的滯后值，同時(shí)提供有關(guān)如何執(zhí)行測(cè)試的詳細(xì)信息，才有意義。在實(shí)際測(cè)量實(shí)踐中，條件非常多樣化，滯后可能會(huì)也可能不會(huì)達(dá)到最大值。因此，將遲滯視為一個(gè)既不能預(yù)測(cè)也不能補(bǔ)償?shù)碾S機(jī)值是合理的。當(dāng)規(guī)定了儀器的精度時(shí)，滯后最大值的一半應(yīng)作為正負(fù)誤差平均分布。然而，不應(yīng)將儀器再現(xiàn)性規(guī)定為小于滯后的全值。

3.了解濕度精度

精度，當(dāng)提及測(cè)量?jī)x器時(shí)，通常意味著測(cè)量的量值與真實(shí)量值之間的接近程度。然而，在實(shí)際中，重要的是要記住，沒(méi)有“真實(shí)"值——每次測(cè)量都有一定程度的測(cè)量不確定性和測(cè)量誤差。Rotronic數(shù)據(jù)表上的精度規(guī)格僅描述了儀器讀數(shù)與參考設(shè)備讀數(shù)之間的允許差異（測(cè)量誤差）。









在許多情況下，精度規(guī)格本身不足以評(píng)估濕度傳感器的長(zhǎng)期可靠性，特別是如果在條件多變的環(huán)境中工作。原因如下：


• Rotronic精度規(guī)格不包括滯后、重復(fù)性、線性、長(zhǎng)期穩(wěn)定性和測(cè)量不確定度等因素。




4.溫度范圍內(nèi)的精度變化

• 大多數(shù)精度規(guī)格僅在特定溫度或較窄的溫度范圍內(nèi)有效，例如23°C或20°C±5°C范圍內(nèi)的±0.8%rh。如果您在這些參數(shù)之外使用儀器，其精度可能會(huì)降低。這是因?yàn)橄鄬?duì)濕度探頭對(duì)溫度敏感，其性能受到環(huán)境溫度變化的影響。









注意事項(xiàng)：


• 溫度靈敏度：隨著溫度偏離校準(zhǔn)溫度，許多相對(duì)濕度探頭的精度會(huì)降低。這在環(huán)境室或過(guò)程控制系統(tǒng)等溫度變化很大的行業(yè)尤為重要。

5.校準(zhǔn)測(cè)量不確定度：一個(gè)關(guān)鍵因素

每一次測(cè)量，無(wú)論多么精確，都帶有一些不確定性。校準(zhǔn)不確定度是指校準(zhǔn)程序的精確性，是了解濕度儀器總精度的關(guān)鍵信息。

6.長(zhǎng)期漂移（穩(wěn)定性）：潛在的挑戰(zhàn)

所有相對(duì)濕度測(cè)量?jī)x器都會(huì)經(jīng)歷一些長(zhǎng)期漂移——由于電子元件老化、機(jī)械磨損和污染物積聚等因素，讀數(shù)會(huì)隨著時(shí)間的推移而變化。電容式相對(duì)濕度傳感器容易漂移，因?yàn)樗鼈儽┞对谒鼈冋跍y(cè)量的環(huán)境中。濕度傳感器中聚合物的老化是一種正常行為，濕度條件越高，通常顯示的值就越高。

當(dāng)漂移超過(guò)3%rh時(shí)，Rotronic建議更換傳感器，因?yàn)閭鞲衅髦髸?huì)漂移得越來(lái)越快。

漂移的常見原因：


• 電子元件老化

• 材料的機(jī)械退化

• 灰塵、顆粒或化學(xué)蒸汽等污染物




根據(jù)傳感器的設(shè)計(jì)和環(huán)境，長(zhǎng)期漂移可以是可預(yù)測(cè)的或不可預(yù)測(cè)的。雖然溫度傳感器通?？梢悦芊庖员苊饨佑|污染物，但相對(duì)濕度傳感器通常是“空氣呼吸器"，使其更容易受到環(huán)境影響。









Rotronic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。

7.處理污染物：顆粒物和蒸汽

相對(duì)濕度傳感器對(duì)環(huán)境中的污染物特別敏感。這些污染物可能會(huì)暫時(shí)或地影響讀數(shù)，具體取決于其類型和濃度。兩種常見的污染物是：


• 顆粒污染物，如灰塵或鹽，會(huì)積聚在傳感器上并影響其讀數(shù)。在大多數(shù)情況下，由于傳感器上的小氣候，顆粒物會(huì)減緩響應(yīng)時(shí)間或在特定濕度下產(chǎn)生測(cè)量偏差（取決于鹽的類型）。

• 蒸汽污染物，如揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC），會(huì)導(dǎo)致傳感器讀數(shù)漂移，特別是在環(huán)境室等封閉系統(tǒng)中。這種污染通常會(huì)導(dǎo)致讀數(shù)降低，因?yàn)閂OC會(huì)阻止水分子進(jìn)入傳感器。












• 選擇合適的保護(hù)過(guò)濾器和定期清潔可以幫助減少顆粒污染物的影響，但蒸汽污染物比較難過(guò)濾。 在惡劣的環(huán)境中，預(yù)計(jì)會(huì)有更高的年漂移?？s短校準(zhǔn)和調(diào)整周期可以幫助保持精度。









結(jié)論：精度規(guī)格以外的探究

選擇正確的相對(duì)濕度測(cè)量?jī)x器需要的不僅僅是查看數(shù)據(jù)表上的精度規(guī)格。溫度范圍、校準(zhǔn)不確定性、長(zhǎng)期漂移和環(huán)境污染物等因素在決定設(shè)備真正的長(zhǎng)期性能方面都起著至關(guān)重要的作用。為了避免超公差情況，請(qǐng)深入了解產(chǎn)品數(shù)據(jù)，與廠商溝通，并將規(guī)格與特定應(yīng)用相適配，確保在儀器安裝、維護(hù)和校準(zhǔn)中運(yùn)用良好實(shí)踐。