2.3 Выбор датчика влажности
В настоящее время на практике для измерения относительной влажности применяется несколько технологий, использующих свойство различных структур изменять свои физические параметры[3] (емкость, сопротивление, проводимость и температуру) в зависимости от степени насыщения водяным паром. Каждой из этих технологий свойственны определенные достоинства и недостатки (точность, долговременная стабильность, время преобразования и т.д.). В таблице 2.8 приведен сравнительный анализ характеристик емкостных и резистивных датчиков относительной влажности, при производстве которых применяются различные материалы.
Таблица 2.8.
Технология производства HONEYWELL
Технологии производства других производителей
Активный материал
Термо- реактивный полимер
Термо- реактивный пластик
Однородный термо- пластик
Однородная триокись алюминия
Хлорид литиевая пленка
Испари- тельный психрометр
Подложка
керамическая или кремниевая
керамическая, кремниевая или стеклянная
полистирол или майлар
нет
керамическая
Изменяющийся параметр
емкость
сопро- тивление
прово- димость
темпе- ратура
Измеряемый параметр
% RH
Температура влажной и сухой колбы
Диапазон измерения
0…100 % RH
20…100 % RH
2…90 % RH
15…< 100 % RH
Точность
±1,0…±5,0%
±3,0…±5,0%
±3,0…±10,0%
±5,0%
3,0…4,0%
Взаимозаменяемость
±2,0…±10,0% RH
±3,0…±20,0% RH
±2,0…±20,0% RH
±5,0…±25,0% RH
плохая
±30…±10,0% RH
отличная
Гистерезис
< 1,0…3,0 %
2,0…5,0%
3,0…6,0%
< 2%
очень высокий
высокий
Линейность
±1,0%
±2,0%
очень плохая
Время отклика
15,0…60,0 сек
15,0…90,0 сек
2,0…5,0 мин
3,0…5,0 мин
Диапазон рабочих температур
-40…+185°C
-30…+190°C
-25…+100°C
+10…+40°C
-10…+75°C
-
0…+100°C
Температурный эффект
-0,0022%RH/°C
0,3/%RH/°C
< 0,3/%RH/°C
>1,0/%RH/°C
< 0,5/%RH/°C
Долговременная стабильность
±1,0%RH/5лет
±1,0%RH/1год
±3,0%RH/1год
>1,0%RH/год
±0,1%RH/1год
Стойкость к загрязнению
хорошая
очень хорошая
±1,0/%RH/°C
Стойкость к конденсату
Среди всех типов емкостные датчики, благодаря полному диапазону измерения, высокой точности и температурной стабильности, получили наибольшее распространение как для измерения влажности окружающего воздуха, так и применения в производственных процессах.
Компания Honeywell производит семейство емкостных датчиков влажности, применяя метод многослойной структуры (рис. 2.8), образуемой двумя плоскими платиновыми обкладками и диэлектрическим термореактивным полимером, заполняющим пространство между ними. Термореактивный полимер, по сравнению с термореактивной пластмассой, обеспечивает датчику более широкий диапазон рабочих температур и высокую химическую стойкость к таким агрессивным жидкостям и их парам, как изопропил, бензин, толуол и аммиак. В дополнение к этому датчики на основе термореактивного полимера имеют самый большой срок службы в этиленоксидных стерилизационных процессах.
Рисунок 2.8 Метод многослойной структуры, применяемый при изготовлении датчиков влажности
В процессе работы водяной пар проникает через верхнюю пористую обкладку конденсатора (рис. 2.8) и уравновешивается с окружающим газом. Одновременно эта обкладка защищает электрические процессы, протекающие в полимерном слое, от внешних физических воздействий (света и электромагнитного излучения). Слой полимера, покрывающий пористый платиновый электрод сверху, служит защитой конденсатора от пыли, грязи и масел. Такая мощная фильтрационная система, с одной стороны, обеспечивает датчику длительную бесперебойную работу в условиях сильной загрязненности окружающей среды, с другой — снижает время отклика.
Выходной сигнал любого (емкостного или резистивного) абсорбционного датчика влажности представляет собой функцию от температуры и влажности, поэтому для получения высокой точности измерения в широком диапазоне рабочих температур требуется температурная компенсация характеристики преобразования. Компенсация особенно необходима, когда датчик используется в индустриальном оборудовании для измерения влажности и точки росы. Именно для этих целей некоторые модели датчиков Honeywell имеют встроенный платиновый терморезистор сопротивлением 1000 Ом, который расположен с обратной стороны подложки (рис. 2.9).
Рисунок 2.9 Структура датчика влажности со встроенным платиновым датчиком температуры
Датчики влажности Honeywell — это интегрированные приборы. Помимо чувствительного элемента и термосенсора, на той же подложке расположена схема обработки сигнала, которая обеспечивает преобразование сигнала, его усиление и линеаризацию. Выходной сигнал датчика Honeywell является функцией от напряжения питания, окружающей температуры и влажности. Чем выше напряжение питание, тем больше размах выходного сигнала и, соответственно, чувствительность. Связь же между измеренной датчиком влажностью, истинной влажностью и температурой показана на объемной диаграмме (рис. 2.10).
Рисунок 2. 10 Связь между измеренной датчиком влажностью, истинной влажностью и температурой
Она легко аппроксимируется с помощью комбинации двух выражений:
Прямая наилучшего соответствия при 25 °C (жирная линия на диаграмме), описывается выражением Uвых = Uпит(0,0062 · (%RH25) + 0,16). Из этого уравнения определяется процент RH25 при температуре 25 °C.
Далее производится температурная коррекция и вычисляется истинное значение RH: RHистинная = (%RH25) · (1,0546 - 0,00216T), где T измеряется в °C.
Выражения выше соответствуют характеристикам реальных датчиков со следующими отклонениями:
Рисунок 2.11 Характеристики преобразования датчика влажности Honeywell при различных температурах
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6