空气温度和RH传感器:你需要知道的

虽然空气温度和相对湿度(RH)传感器提供了一种经济的方法来收集两个参数的测量数据，但您应该注意与这些传感器相关的一些问题。在本文中，我将提供一些关于空气温度/RH传感器的背景知识，讨论从全模拟传感器到数字传感器的权衡，突出与过滤器材料相关的问题，并提供一些选择传感器的提示。

一些温湿度传感器的背景知识

虽然太阳能，雨和风速传感器从地下设计，但在环境应用中存活良好，但相同的空气温度和相对湿度传感器也不是如此。空气温度/ rh传感器的核心元素根本不是专门用于气象应用的设计。相反，制造商传统上设计了大型市场行业的RH元素，例如汽车，HVAC和环境室（药品，洁净室等）

在Campbell Scientific，我们一直面临着提供满足用户特定环境需求的空气温度/RH传感器的挑战。我们面临的挑战是研究制造商提供的传感器，找到最好和最兼容的规格，在内部和现场测试传感器，如果它幸存下来，考虑将其添加到我们的产品列表中。(我们最新的空气温度/RH传感器EE181，在一些极端地点经历了现场测试，包括玻利维亚山脉，夏威夷的沿海地区，新西兰沿海地区，北美洲的冰川田地和东部海岸。）

通常情况下，我们会去找每一家与我们合作过的温度/湿度传感器制造商，帮助他们改进产品，使其在环境应用中工作得更好。尽管这些制造商可能会声称他们的传感器是为环境应用而设计的，但他们的传感器并不是专门设计用来长时间暴露在室外的。我们通常会发现一个或多个制造商没有发现的缺陷。即使是高端传感器也是如此。

通常情况下，我们发现提供卓越精度和分辨率的传感器在设计上并不适合长时间放置在室外，通常需要相当大的功率才能运行。我们的挑战是找到满足这些要求的空气温度/RH传感器:

• 提供我们需要的现场性能
• 有低功耗需求
• 不昂贵
• 有模拟电压输出，满足我们的数据记录器的范围
• 不要求发送校准(如果可能的话)
• 没有电缆开裂问题，或身体腐蚀和剥落问题
• 生存的元素

幸运的是，我们已经能够与制造商合作，解决我们的担忧，并随着时间的推移对传感器进行改进，就像在HMP60。HMP60最初具有镀铬铝体。随着时间的推移，镀铬将变成绿色并剥落。问题纯粹是化妆品，但这是一个滋扰。Vaisala最终将身体改为船用316L不锈钢。身体不再变成绿色或薄片，我们的客户很开心。

模拟/数字权衡

老式的全模拟传感器，如HMP35C，没有模数转换(A/D)电路。这些传感器有些难以校准，但它们表现得非常好，非常稳定。

所有新的空气温度/ rh传感器都使用某种类型的A / D转换，当您使用这些新传感器时使用这些新的传感器具有需要模拟电压输出的较旧传感器。这是因为传感器然后必须额外的数字 - 模拟（D / A）转换。因此，您必须依赖制造商进行几件事：初始A / D转换的巨大工作，D / A转换的巨大工作，因此数据记录器可以读取它，以及所有这些的性能传感器本身的温度范围。

这是我们在使用新型全数字温度/湿度传感器时遇到最多问题的地方。我们的经验是，制造商声称一件事，但我们看到的是另一件事，或者当放置在非常真实和混乱的模拟世界中时，传感器无法保持其校准。通过添加D/A转换来获得模拟电压输出，在混合中又增加了一个不确定性。

数字传感器的好处是它们通常很容易校准。“魔力”在于制造商使用的专有的RH元素和测量算法。大多数制造商实际上是在背景中进行很多非常快的测量，并输出随时间变化的平均值。

较新的Campbell Scientific数据记录器可以很好地读取数字输出类型的传感器，但编程可能很棘手——除了SDI-12输出，这是什么CS215用途。直接读取数字传感器的优点是它需要一个步骤-D / A处理图片。我们必须在需要时将数字输出传感器从几种不同的制造商集成到我们的数据记录器中。

过滤材料问题

在该领域中部署的任何空气温度/ RH传感器都必须在RH芯片周围使用某种类型的过滤材料，以保护其免受主要灰尘，污染物和水。这会产生一些问题：

• 大多数厂家使用的过滤材料可以很好地传递水蒸气，但对于温度来说就不是这样了。如果你曾经用空气温度/RH传感器进行过快速测量，你会注意到湿度的变化比温度的变化快得多。有些传感器需要10到20分钟才能达到平衡。这通常不是传感器的问题，而是过滤介质的问题。在非常低的风速下，延迟时间甚至会更长。
  
  
• 如果有冷凝水或水浸湿滤料，则滤料干燥需要时间。你不知道这个过程需要多长时间，因为这个过程高度依赖于风速和周围环境的实际湿度。与此同时，当你在等待滤料干燥时，测量结果是有偏差的。
  
  
• 过滤器在诱捕污染物和盐时很棒;然而，取决于所用过滤材料，可以随时间产生微气候，这将歪斜测量值。微亚亚酸盐也可以由空气温度/ RH传感器周围使用的脏多板或吸气屏蔽来产生。您可以常用的基础上替换或清洁过滤器元件和屏蔽。需要在视觉上检查传感器以确定需要做的频率。
  
  
• RH元素的凝结将加速其降级和漂移。这是旧传感器的问题。我们使用的一些更新的传感器使用在RH元素上使用专有的涂层来保护它并增加元件的寿命而不会降低性能。具有始终如一的潮湿的环境，例如沿海或雨林，将需要传感器校准或将其RH芯片更换在更频繁的间隔上。这可能是每六个月到一年的往往。
  
  
• 更多的制造商已经引入加热温度/RH传感器来解决冷凝问题。这个想法是，一个单独的温度探头测量空气温度，而RH元件有自己的温度传感器，保持在露点以上的特定温度。传感器在其温度下获取测量的湿度值，并将该值转换为空气温度值的正确湿度。这些传感器需要更多的电力来运行。坎贝尔科学公司目前还没有这种类型的模型，但我们必须将它们整合起来。
  
  
• RH传感器材料对污染敏感。降解或破坏特定RH感应元件的污染类型通常是制造商特有的。一般来说，石油化工敞口是不好的。很少有温度/湿度传感器能够在炼油厂周围正常工作。氨(动物或人类排泄物)、硫化氢或二氧化硫也是如此。

您可能会注意到，上面列出的大多数问题不适用于HVAC或环境室环境中的传感器。然而，在气象应用中长时间部署这些传感器则是另一回事。这就是为什么我们在这里做的测试非常彻底，并为我们自己验证制造商的声明。

温度/湿度传感器的选择提示

警告:我是一个坚定的信徒，“你得到了你付出的代价。”

以下是在选择空气温度/湿度传感器时需要考虑的一些问题。

你的预算是多少?

低成本传感器不会具有高端传感器的分辨率或准确性。但通常，低成本的传感器在现场执行很大，不需要校准（RH元素是可替换的），并且满足或超过它们所需的准确性和分辨率。

分辨率和性能规范是什么?

事实上，进行相对湿度测量是很困难的。汽相的水是一种移动的分子，在温度变化中其行为完全是非线性的。当温度低于冰点时，水的行为又发生了变化。市场上的每一个传感器都将面临一个严峻的挑战，当试图测量90%和更大的湿度值时，具有相应的高不确定性。一个更艰巨的挑战是在低于冰点的条件下测量相对湿度。

你真正需要什么准确性？

检查传感器的规格，用过滤器检查响应时间。问问题。请记住，一旦传感器被放入自然吸气，多板屏蔽，温度规格可能只是被扭曲。在温暖的阳光直射下，几乎没有风，屏蔽内的温度可能比实际环境温度高0.5°到1.5°C。

你想如何处理Rh漂流？

所有电容式RH芯片都会漂移。随着时间的推移，RH元素将热潮（产生表面裂缝网络），RH将漂移和超出规格。

您能中断测量数据收集，将传感器送去校准吗?对于更高端的传感器，你必须这样做。在某些情况下，你可以在现场用一个校准过的传感器交换探头。

您宁愿走到您的站点，并更换RH芯片吗?你不可能在高端传感器上做到这一点。你只是无法从现场可更换芯片获得高端性能。

您使用的是哪个数据记录器？

始终检查您想要与传感器一起使用的数据记录器的兼容性。

环境条件如何?

例如，传感器的位置是否始终保持高湿度?有很多灰尘吗?那么冻雨、雾凇或水平雪呢?

了解传感器所处的环境是很重要的。

• 湿度高的地方需要更频繁地更换传感器或更换RH芯片，这取决于传感器的类型。
• 吹灰也带来了一系列问题。在阳光明媚的日子里，风扇吸气或多板防护罩上的灰尘堆积会使温度歪斜。灰尘会堵塞滤料。
• 传感器的测量将在多板或风扇吸气防护罩被冰或雪覆盖后停止。此时，传感器测量的是防护罩内部的环境，而不是外部环境。

别忘了护盾!

即使考虑到所有与传感器一起使用屏蔽的问题，屏蔽仍然必须使用。户外应用需要将传感器放入某种类型的防护罩中，以保护传感器免受直接太阳能热负荷、直接雨/雪和吹出的碎片的影响。如果传感器在室内极其灰尘的环境中使用，请使用屏蔽罩。防护罩会提供一些保护。

结论

空气温度和RH传感器提供了使用一个传感器获取两个参数的测量数据的好处。但是，这些传感器的历史和性质带来了一些问题，您应该注意这些问题，以确保获得良好的测量数据。选择最能满足您需求的传感器也很关键。我希望本文为您的测量应用提供了有用的信息。如果你对空气温度/湿度传感器有任何问题或意见，请在下面发表。