Principio del sensor de humedad
La característica de una resistencia sensible a la humedad es que el sustrato está cubierto con una fina película hecha de material sensible a la humedad. Cuando el vapor de agua del aire se absorbe en la película sensible a la humedad, la resistividad y el valor de resistencia del elemento cambian. Esta característica se puede utilizar para medir la humedad.
Los condensadores sensibles a la humedad generalmente utilizan condensadores de película de polímero. Los materiales poliméricos comúnmente utilizados incluyen poliestireno, poliimida, acetato butírico, etc. Cuando cambia la humedad ambiental, la constante dieléctrica del condensador sensible a la humedad cambia y su capacitancia también cambia. El cambio de capacitancia es proporcional a la humedad relativa.
La precisión de los sensores electrónicos de humedad puede alcanzar el 2-3% de HR, que es mayor que la precisión de los bulbos húmedos y secos.
El sensor de humedad tiene una linealidad deficiente y una capacidad anticontaminación deficiente. Cuando el sensor de humedad detecta humedad ambiental, quedará expuesto al entorno medido durante mucho tiempo y se contaminará fácilmente, lo que afectará la precisión de la medición y la estabilidad a largo plazo. Este aspecto no es tan bueno como el método de bulbo húmedo y seco. A continuación se muestra una breve introducción a varios sensores de humedad.
1. Sensor de humedad de cloruro de litio
(1) Higrómetro de resistencia de cloruro de litio
La primera batería de cloruro de litio basada en el principio de características de resistencia-humedad. El sensor fue desarrollado por F.W. Dunmore de la Oficina Estadounidense de Estándares. Este componente tiene una serie de ventajas como alta precisión, estructura simple y bajo precio, y es adecuado para medición y control en condiciones de temperatura y humedad ambiente.
El rango de medición del elemento cloruro de litio está relacionado con la concentración de cloruro de litio y otros componentes en la capa sensible a la humedad. El rango efectivo de detección de humedad de un solo componente suele estar dentro del 20% de humedad relativa. Por ejemplo, el rango de sensibilidad a la humedad de una concentración del 0,05 % es aproximadamente (80 ~ 100) % RH, y el rango de concentración correspondiente del 0,2 % es (60 ~ 80) % RH. Se puede observar que al medir un amplio rango de humedad, se deben usar juntos componentes de diferentes concentraciones. La cantidad de componentes en una combinación de higrómetro que se puede usar para mediciones a escala real suele ser cinco. El rango de medición de los higrómetros de cloruro de litio que utilizan el método de composición suele ser (15 ~ 100)% RH, y algunos productos extranjeros afirman que su rango de medición puede alcanzar (2 ~ 100)% RH.
(2) Higrómetro de cloruro de litio con punto de rocío
El higrómetro de cloruro de litio con punto de rocío fue desarrollado por primera vez por la empresa Forboro de los Estados Unidos. Posteriormente, China y muchos países han realizado muchas modificaciones. trabajo de investigación. Este higrómetro es similar al higrómetro resistivo de cloruro de litio mencionado anteriormente, pero el principio de funcionamiento es completamente diferente. En resumen, funciona utilizando el cambio de la presión del vapor de agua saturado de una solución acuosa saturada de cloruro de litio con la temperatura.
2. Sensor de humedad de carbono
El sensor de humedad de carbono fue propuesto por primera vez por E.K. Carver y C.W. Breasefield en Estados Unidos en 1942. En comparación con los componentes generadores de sonido de uso común, como horquillas, casquillos y cloruro de litio, los sensores de humedad de carbono tienen las ventajas de una respuesta rápida, buena repetibilidad, ausencia de efectos de corrosión y bucles de histéresis estrechos, y han atraído mucha atención. A principios de la década de 1970, el departamento meteorológico de mi país desarrolló un sensor de humedad de carbono y logró resultados positivos. La incertidumbre de la medición es inferior al 5% de HR, la constante de tiempo es de 2 a 3 segundos a temperatura ambiente, la histéresis generalmente es de alrededor del 7% y la estabilidad de la resistencia específica también es buena.
3. Higrómetro de alúmina
La ventaja destacada de los sensores de alúmina es que pueden ser muy pequeños (por ejemplo, el sensor de humedad utilizado en las radiosondas tiene un espesor de sólo 90 μm y un peso de 12 mg), alta sensibilidad (el límite inferior de medición alcanza el punto de rocío de -110 ℃), velocidad de respuesta rápida (generalmente entre 0,3 s) y la señal de medición se emite directamente en forma de parámetros eléctricos, lo que simplifica enormemente la procedimiento de procesamiento de datos. Además, también es adecuado para medir la humedad en líquidos. En determinadas áreas de medición de la industria y la meteorología son de esperar las características anteriores. Por lo tanto, se considera uno de varios sensores satisfactorios para la detección atmosférica a gran altitud. Es por estas características que la gente se interesa por este método. Sin embargo, es lamentable que, aunque los profesionales de muchos países han hecho esfuerzos incansables para mejorar el rendimiento de los sensores, todavía están explorando cuestiones prácticas importantes, como las condiciones técnicas para producir productos con calidad estable y mejorar la estabilidad del rendimiento.
El mundo nunca ha tenido un gran avance. Por lo tanto, hasta ahora los sensores sólo se han utilizado en condiciones específicas y dentro de un rango limitado. En los últimos años, este método ha comenzado a aparecer en mediciones industriales de bajo punto de congelación.
4. Sensor de humedad cerámico
En el campo de la medición de humedad, la medición de humedad alta y baja y sus condiciones de temperatura alta y baja sigue siendo un eslabón débil bajo la tecnología de medición de humedad. Las condiciones de alta temperatura son las más importantes. En el pasado, el higrómetro ventilado de bulbo húmedo y seco era casi el único método que podía usarse en tales condiciones de temperatura, pero hubo varios problemas en el uso real que no fueron satisfactorios. Por otro lado, con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, cada vez hay más ocasiones en las que se requiere la medición de la humedad a altas temperaturas, como la medición y el control de la humedad en el cemento, la fundición de metales, el procesamiento de alimentos y muchos otros procesos industriales que involucran condiciones de proceso. y control de calidad. Por ello, a partir de la década de 1960, muchos países comenzaron a desarrollar sensores de humedad adecuados para medir a altas temperaturas. Teniendo en cuenta las condiciones de uso del sensor, la gente naturalmente se centra en algunos materiales inorgánicos que son a la vez absorbentes y resistentes a altas temperaturas. La práctica ha demostrado que los componentes cerámicos no sólo tienen propiedades sensibles a la humedad, sino que también pueden utilizarse como componentes sensibles a la temperatura y a los gases. Estas propiedades lo convierten en un sensor multifuncional prometedor. Terada, Fukushima, Nitta, etc. ya han dado un paso muy exitoso en este sentido. En 1980, desarrollaron sensores multifuncionales llamados "Porcelana húmeda-II" y "Porcelana húmeda-III". El primero puede medir la temperatura y la humedad y se utiliza principalmente en acondicionadores de aire, mientras que el segundo puede medir la humedad y diversos vapores orgánicos como el alcohol y se utiliza principalmente en el procesamiento de alimentos.
Los tipos de sensores anteriores se utilizan ampliamente y existen otros sensores de humedad desarrollados en base a diferentes principios, que no se presentarán uno por uno aquí. Casi todos los sensores tienen variación de tiempo y variación de temperatura. Debido a que el sensor de humedad debe estar en contacto con el vapor de agua de la atmósfera, no se puede sellar. Esto determina que su estabilidad y vida útil sean limitadas. En circunstancias normales, el fabricante indicará que el tiempo de uso efectivo de 1 calibración es de 1 año o 2 años, y el fabricante será responsable de la recalibración después de la expiración. Al elegir un sensor, los usuarios deben considerar los canales para una futura recalibración, no ser codiciosos por lo barato ni supersticiosos con los productos extranjeros e ignorar el servicio posventa.
La variación de temperatura se mencionó en la Sección 1. Al seleccionar un sensor de humedad, considere el rango de temperatura de la aplicación para ver si el sensor seleccionado puede funcionar normalmente a la temperatura especificada y si la deriva de temperatura excede las especificaciones de diseño. Se debe recordar a los usuarios que el coeficiente de temperatura α de un sensor de humedad capacitivo es una variable que varía con el rango de temperatura y humedad. Esto se debe a que los coeficientes dieléctricos del agua y los polímeros no están sincronizados con la temperatura. El coeficiente de temperatura α depende principalmente de los coeficientes dieléctricos del agua y los materiales sensibles a la humedad, por lo que el coeficiente de temperatura del sensor de humedad capacitivo no es una constante. El coeficiente de temperatura del sensor de humedad capacitivo es más pequeño a temperatura ambiente y humedad media. Entre 5 y 25 °C, se puede ignorar la variación de temperatura de la humedad media y baja. Sin embargo, cuando se utiliza en áreas de alta temperatura y alta humedad o áreas de temperatura negativa y alta humedad, es necesario considerar el impacto de la deriva de temperatura y realizar las compensaciones o correcciones necesarias.
Temperatura (℃) humedad (%RH) en sitio
Fábrica textil 23 60
Fábrica de tejidos 18 85
Fábrica farmacéutica 10 ~ 3050 ~ 60
Quirófano 23 ~ 26 50 ~ 60
Fábrica de imprenta para industria ligera 23 ~ 27 49 ~ 51
Fábrica de cigarrillos 21 ~ 24 55 ~ 65
Fábrica de cerillas 18 ~ 2250
Semiconductor electrónico 22 30 ~ 45
Sala de ordenadores 20 ~ 30 40 ~ 70
Comunicación Expansión de Cable -10 ~ 300 ~ 20
Fermentación de cerveza comestible 4 ~ 8 50 ~ 70
Cultivo de semillas agrícolas 15 ~ 4040 ~ 75
Cobertizo artificial 5 ~ 40 40 ~ 100
Almacenamiento y congelación de frutas-3 ~ 5 80 ~ 90
Bodega subterránea de verduras-3 ~-1 70 ~ 80
Protección de reliquias culturales 16 ~ 18 50 ~ 55
Nota: El rango de aplicación (%RH/℃) en diferentes campos se inventó ya en el siglo XVIII, mientras que los sensores electrónicos de humedad se han desarrollado rápidamente en las últimas décadas, especialmente en el últimos 20 años. La alternancia de cosas viejas y nuevas está estrechamente relacionada con los cambios en las ideas de las personas. Debido a que los precios de las bombillas húmedas y secas y de los higrómetros capilares siguen siendo significativamente más bajos que los de los sensores de humedad, algunas personas no reconocen el precio de los sensores electrónicos de humedad. Al igual que cuando las personas que están acostumbradas a usar escobas pasan a usar aspiradoras, siempre sienten que no es bueno gastar cientos de dólares para comprar una aspiradora, es mejor gastar unos pocos dólares para comprar una escoba para equilibrarse psicológicamente. .
Debido a que el método tradicional de medición de la humedad está tan profundamente grabado en la mente de las personas, algunas personas han formado el concepto inherente de que solo los higrómetros de bulbo húmedo y seco son precisos. Algunos usuarios compararon el sensor de humedad que acaban de comprar con el higrómetro de bulbo seco y húmedo. Si notan una indicación diferente, inmediatamente asumen que el sensor de humedad no es exacto. Cabe señalar que la precisión de los termómetros de bulbo seco y húmedo es de solo 5% -7% de humedad relativa, que no solo es menor que la del sensor electrónico de humedad, sino que también depende de la precisión de los termómetros de bulbo seco y de bulbo húmedo. El higrómetro debe estar ventilado: la camisa de agua de gasa, la calidad del agua y la velocidad del viento cumplen ciertos requisitos para lograr la precisión especificada. Antes de salir de fábrica, los fabricantes de sensores de humedad utilizan generadores de humedad estándar para calibrarlos uno por uno. El más común es un generador de humedad estándar de flujo dividido. Por lo tanto, esperamos que los usuarios utilicen el mismo método cuando se requiera calibración y eviten el uso de instrumentos de baja precisión para calibrar o comparar sensores de alta precisión.