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優(yōu)勢供應SENSORIKA變送器ACCA 23-724003

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江蘇邱成機電有限公司
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薄膜電容式
圖1
電容式水蒸氣傳感器是泛的商業(yè)化，在今天的市場(chǎng)中，主要是用于針對衡量對象的相對濕度。其核心元件是薄膜電容式濕度傳感器。薄膜電容式濕度傳感器通常是采用聚胺鹽或者是聚合物的薄膜，沉積在兩個(gè)導電電極上構成電容。在薄膜層吸收空氣中的水分子，亦或者失去水分子后，兩個(gè)電極之間的介電常數會(huì )發(fā)生改變。如今，還有另一種技術(shù)是使用耐高溫的，能夠讓薄膜電容式露點(diǎn)傳感器在的情況下進(jìn)行連續測量，有一定的穩定性。
（1）傳感器一般采用玻璃原料作為底座，主要作用起到支撐傳感器其余部分的作用。穩定的結構式傳感器正常工作的基礎。
（2）在兩個(gè)電極之中，底部電極由導電材料做成。
（3）薄膜層，是整個(gè)傳感器的核心，其厚度一般為。薄膜吸收水分子的數量與周?chē)髿猸h(huán)境的相對濕度存在密切的聯(lián)系。

圖2
（4）在兩個(gè)電極之中，頂部電極也是由導電性材料做成，對于整個(gè)傳感器的性能同樣起著(zhù)重要作用。為了得到快速響應，必須有較高的水的滲透性。因此，頂部聚合物電容是一種多孔性的結構，實(shí)際上充當一個(gè)微型濾網(wǎng)的功能，用以防止污染物，濾除灰塵和污拒。同時(shí)，確保水分子的快速滲透，保證傳感器的效率。
如圖1所示，電容式露點(diǎn)儀主要的傳感器模塊結構。圖中為底部平行板電容的結構示意，其中在A(yíng)與B是電極層，采用叉指式結構設計。
圖2中為頂部薄膜電容，依賴(lài)于其上的多孔結構，在使用時(shí)可以充當濾網(wǎng)的功能，濾除可能沾染的各種灰塵污拒等。

薄膜電容式露點(diǎn)傳感器其優(yōu)點(diǎn)是測量響應速度快，線(xiàn)性好，溫度測定范圍廣，穩定性與重復性較好，遲滯較低，溫度系數較低，材料成本低。缺點(diǎn)在于其長(cháng)期工作時(shí)，需要做定期校準，對于某些污染物較敏感，不可以在腐燭性的環(huán)境下工作；存在一定的溫度依賴(lài)性。
電阻式
與電容式露點(diǎn)儀相比，將傳感器部分以替代，其敏感材料是以季銨鹽的聚合物溶液作基體，將這種功能基與樹(shù)脂聚合物進(jìn)行反應，可以產(chǎn)生具有立體三維的，具有較好的穩定性。其基本原理為，相對濕度的變化可以導致陰極與陽(yáng)極之間的電阻發(fā)生變化，通過(guò)測量電阻傳感器的導電率變化，來(lái)確定相對濕度和露點(diǎn)溫度。
電阻式露點(diǎn)儀優(yōu)點(diǎn)在于溫度系數較小，功耗低，成本低。其缺點(diǎn)是在長(cháng)期使用中，需要進(jìn)行定期校準與維護，不適用于某些污染物存在的環(huán)境，對污染物較為敏感。如果在較寬的溫度范圍內使用，由于比響應速度慢，需要進(jìn)行有效的溫度補償控制，否則傳感器將難以正常工作。因此，這類(lèi)傳感器的應用受到較多的限制，在氣象領(lǐng)域尚未見(jiàn)到使用電阻式露點(diǎn)儀進(jìn)行觀(guān)測的公開(kāi)報道。
冷鏡式
是一種基于光學(xué)技術(shù)測定露點(diǎn)溫度儀器。它被稱(chēng)為是最準確、

靠的測定露點(diǎn)溫度的方法。如今冷鏡式露點(diǎn)儀測得的露點(diǎn)溫度，一般作為測量校準的參考。在較為理想的測量環(huán)境下，冷鏡式露點(diǎn)儀的測量精度可達到±0.1。C。
圖3
現今的冷鏡式露點(diǎn)儀工作原理都頗為相似，主要依賴(lài)于光電傳感器與溫度傳感器的互相配合，其工作原理如圖3所示，在光電檢測露點(diǎn)的裝置中，待測氣體在進(jìn)入露點(diǎn)檢測位置之后，當冷鏡的溫度高于此時(shí)氣體的露點(diǎn)溫度時(shí)，此時(shí)鏡面將處于干燥狀態(tài)，與此同時(shí)，光電傳感器中檢露裝置發(fā)射出來(lái)的光源在冷鏡面上幾乎*反射。在此之后，由光電傳感器感應接收到相應的信號，并同時(shí)反饋輸出光電信號，在經(jīng)過(guò)處理器的分析，輸出給驅動(dòng)電路，然后控制制冷器進(jìn)入工作狀態(tài)，對鏡面進(jìn)行降溫制冷。冷鏡表面的溫度在制冷器的制冷作用會(huì )持續下降，當冷鏡表面溫度降低至待測氣體露點(diǎn)溫度時(shí)，冷鏡表面上開(kāi)始逐漸結露。此時(shí)之前的入射光

源照射在冷鏡表面上，就會(huì )出現漫反射的現象，因此接收到的反射信號隨之減少。出現這種變化后，控制系統即時(shí)將制冷器切換為較大功率的制冷模式，在這種制冷模
露點(diǎn)濕度計是通過(guò)測量而測定空氣的儀器。普通露點(diǎn)濕度計一般是由光學(xué)鏡面、和電源等組成。當空氣連續通過(guò)光學(xué)鏡面時(shí)，用人工制冷方法使鏡面溫度降低，于是空氣中的水氣在鏡面上凝結。剛發(fā)生凝結時(shí)，由鏡面反射的光強急劇減弱，測量此瞬間凝結面的溫度(即露點(diǎn))便可推算出相應的濕度。此種形式的露點(diǎn)濕度計常在0℃以上時(shí)使用。 [1] 
發(fā)展過(guò)程編輯
20世紀科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為全面革新露點(diǎn)技術(shù)奠定了基礎。在Regnault露點(diǎn)儀的基礎上，人們對制冷方法、鏡面溫度的測量、露的檢測技術(shù)和冷鏡材料等進(jìn)行了不斷的改進(jìn)，并對露層的結構、機理及光電性質(zhì)進(jìn)行了初步探討，把露點(diǎn)濕度計的性能

和提高到一個(gè)新的水平。到20世紀50年代末期，采用熱電制冷、自動(dòng)跟蹤和測量露點(diǎn)的全自動(dòng)光電露點(diǎn)儀開(kāi)始發(fā)展起來(lái)，其后又出現了檢測露層的其他手段，80年代聲表面波(SAW)露點(diǎn)儀問(wèn)世。露點(diǎn)儀的發(fā)展過(guò)程主要集中在下面四個(gè)問(wèn)題上。
①制冷方法，即結露表面(鏡面)的降溫方法。
②露點(diǎn)的測量方法。
③露的檢測方法和鏡面溫度的控制技術(shù)。
④鏡面材料的選擇。 [2] 
工作原理編輯
露點(diǎn)濕度計的原理可以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗來(lái)說(shuō)明。若將一個(gè)光潔的金屬表面放到相對濕度低于100%的空氣中并使之冷卻，當溫度降到某一數值時(shí)，靠近該表面的相對濕度達到100%，這時(shí)將有露在表面上形成。因為在這個(gè)溫度下空氣中的水汽達到了，冷金屬表面附著(zhù)的水膜和空氣中的水汽處于，也就是說(shuō)，在單位時(shí)間內離開(kāi)和返回到表面上的水分子數相同，這就是Regnault原理。該原理可以敘述為：當一定體積的濕空氣在恒定的總壓力下被均勻降溫時(shí)，在冷卻過(guò)程中，氣體和水汽兩者的分壓力保持不變，直到空氣中的水汽達到飽和狀態(tài)，該狀態(tài)的溫度叫作。如果空氣的溫度是Ta，露生成的溫度為T(mén)d，則濕空氣的（U）可以通過(guò)下式算出：
U=（在露點(diǎn)Td時(shí)的飽和水汽分壓）/（在原來(lái)溫度Ta的飽和水汽分壓）×100%
在式中，的數值可以通過(guò)查
①光電冷凝式露點(diǎn)計
被測濕空氣進(jìn)入露點(diǎn)測量室時(shí)掠過(guò)冷鏡面，當鏡面溫度高于濕氣的露點(diǎn)溫度時(shí)，鏡面呈干燥狀態(tài)，此時(shí)光電檢露裝置中光源發(fā)出的光照

在鏡面上，幾乎*發(fā)射，由光電傳感器感應到并輸出光電信號，經(jīng)控制回路比較、放大、驅動(dòng)熱電泵，對鏡面制冷。當鏡面溫度降至濕氣露點(diǎn)溫度時(shí)，鏡面上開(kāi)始結露(霜)，光照在鏡面上出現漫反射，光電傳感器感應到的反射信號隨之減弱，此變化經(jīng)控制回路比較、放大后調節熱電泵激勵，使其制冷功率適當減小，最后，鏡面溫度保持在樣氣露點(diǎn)溫度上。鏡面溫度由一緊貼在冷鏡面下方的鉑電阻溫度傳感器感應，并顯示在顯示窗上。
圖1
圖1
光電冷凝式露點(diǎn)計的工作原理如圖1所示，被測樣氣由樣氣進(jìn)口1進(jìn)入測量室，由樣氣出口2逸出。當氣體經(jīng)過(guò)鏡面7時(shí)，鏡面被熱交換半導體制冷器8冷卻至露點(diǎn)。鏡面由光源4照明，并通過(guò)光敏橋3來(lái)檢測。當露滴在鏡面形成時(shí)，光反射的變化可通過(guò)直接光檢測器6的降低來(lái)確定。不同露點(diǎn)的光散射由散射檢測器5產(chǎn)生影響，使橋路趨于平衡，對放大器減少輸入信號，并成比例地控制晶閘管整流器12供給熱交換半導體制冷器的功率。脈沖電路11為控制電路。這樣連續使鏡面保持在恒定露點(diǎn)的溫度。露點(diǎn)溫度由測溫元件9來(lái)測量。
在測量過(guò)程中，隨著(zhù)溫度的降低，被測氣體中的水汽接近飽和狀態(tài)，由于引力作用，水分子吸附在鏡面上形成一層薄薄的水膜。這是形成露的階段。當鏡面溫度繼續下降時(shí)，水膜的厚度逐漸增加，這是形成露的第二階段。在這一階段內，自由表面對水分子的引力與水膜的表面張力之間的力量對比開(kāi)始發(fā)生變化，后者的影響逐漸起支配

作用。此時(shí)冷卻表面上的任何不穩定因素，例如鏡面上的微小傷口等，都會(huì )使水膜縮聚成液滴。隨著(zhù)鏡面溫度的進(jìn)一步下降，露滴開(kāi)始出現，通過(guò)顯微鏡可以看到孤立生長(cháng)而且分布不規則的露滴，然后露層以很快的速度在表面上擴散，此時(shí)可以認為液一氣平衡開(kāi)始，即達到露點(diǎn)。
表得到。在0℃以下，水汽達到飽和時(shí)，水在鏡面上結冰，此時(shí)的溫度又叫作。過(guò)去，人們習慣上不予區別，通稱(chēng)為。如果用目視觀(guān)察露和霜的形成，可以看到，它們都是在鏡面某一個(gè)固定的地方首先出現，然后很快地擴展到整個(gè)鏡面。因此，對露(霜)點(diǎn)作出正確判斷是中的難點(diǎn)之一。
式的控制之下，冷鏡表面的溫度將達到一種動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)。我們判斷此時(shí)的冷鏡表面的溫度就是待測氣體的露點(diǎn)溫度。通過(guò)緊貼在冷鏡表

面的怕電阻傳感器，與測溫電路的配合，即可將冷鏡表面的溫度采集到中，在輸出到上位機軟件中，露點(diǎn)儀的使用者就可以直觀(guān)的對待測氣體的露點(diǎn)溫度進(jìn)行觀(guān)察分析 
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