數(shù)字式溫濕度計濕度測量原理
(1) 電容式濕度傳感器(主流技術)
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結(jié)構(gòu):高分子薄膜(如聚酰亞胺)作為介電質(zhì),兩側(cè)鍍金屬電極形成電容器。
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工作機制:
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環(huán)境濕度變化→薄膜吸/脫附水分子→介電常數(shù)變化→電容值改變。
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電容值與相對濕度(%RH)成近似線性關系(需溫度補償)。
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典型傳感器:Honeywell HIH4030、Sensirion SHT系列。
(2) 信號處理流程
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電容-頻率/電壓轉(zhuǎn)換:通過振蕩電路將電容變化轉(zhuǎn)換為頻率或電壓信號。
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ADC轉(zhuǎn)換:數(shù)字量化濕度信號。
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溫度補償:濕度傳感器受溫度影響,需用溫度測量值修正濕度讀數(shù)(算法內(nèi)置)。
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數(shù)字溫度計校準步驟
1.設備連接與預熱
1.將被校數(shù)字溫度計與標準鉑電阻溫度計(如PT100)并列置于恒溫槽中,確保傳感器浸入深度≥100mm。
2.連接數(shù)字溫度計輸出信號至數(shù)據(jù)采集器,通電預熱20分鐘。
2.零點校準
1.設置恒溫槽至0℃,待溫度波動≤±0.1℃時保持10分鐘。
2.記錄標準溫度值T標與數(shù)字溫度計示值T測,計算零點誤差ΔT=T測-T標。
3.若誤差超差(如±0.3℃),通過校準菜單修正零點參數(shù)。
3.量程校準
1.升溫至量程上限(如150℃),穩(wěn)定后記錄標準值與測量值。
2.調(diào)整量程增益系數(shù),確保上限點誤差≤±0.5%FS。
4.多點校準
1.選取校準點:0℃、50℃、100℃、150℃(量程為0-150℃時)。
2.每點穩(wěn)定后同步記錄數(shù)據(jù),計算線性誤差(要求≤±0.2%FS)。
3.通過多點擬合功能優(yōu)化溫度-電壓特性曲線。
5.回程誤差測試
1.從50℃以1℃/min速率升溫至100℃,記錄各點示值。
2.同速率降溫至50℃,計算同溫度點升/降溫比較大偏差(應≤±0.3℃)。
6.穩(wěn)定性驗證
1.在100℃恒溫點持續(xù)運行4小時,每小時記錄1次數(shù)據(jù)。
2.比較大漂移量應≤±0.1℃(滿足年穩(wěn)定性≤0.2%FS要求)。
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工作用輻射溫度計的理論基礎:黑體輻射定律
所有溫度高于***零度(-273.15℃)的物體均會向外輻射電磁波,其輻射特性遵循以下物理定律:
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普朗克定律(Planck's Law):描述黑體輻射能量按波長和溫度的分布規(guī)律。
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斯特藩-玻爾茲曼定律(Stefan-Boltzmann Law):黑體總輻射功率與溫度的四次方成正比(P=εσT4,其中ε為發(fā)射率,σ為斯特藩-玻爾茲曼常數(shù))。
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維恩位移定律(Wien's Displacement Law):峰值輻射波長與溫度成反比(λmax=Tb,b為維恩常數(shù))。
溫度數(shù)據(jù)采集儀基本結(jié)構(gòu)與**組件
溫度數(shù)據(jù)采集儀通常由以下模塊構(gòu)成:
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溫度傳感器:熱電偶(K/J/T型)、熱電阻(PT100、PT1000)、熱敏電阻(NTC/PTC)、紅外傳感器等。
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信號調(diào)理電路:包括放大、濾波、冷端補償(針對熱電偶)、線性化處理等。
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模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC):將模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,決定分辨率和采樣率。
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微處理器(MCU):控制采集時序、數(shù)據(jù)處理、存儲及通訊。
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存儲模塊:內(nèi)置存儲器(SD卡、Flash)或外接存儲設備。
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通訊接口:USB、RS-485、Wi-Fi、藍牙、4G等(用于數(shù)據(jù)傳輸)。
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電源管理:電池或外部供電,支持低功耗模式。
恒溫槽校準步驟
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1.設備配置與預平衡
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將標準鉑電阻溫度計(如PT100,擴展不確定度U≤0.05℃)安裝于槽體幾何中心及四角位置,浸入深度≥100mm
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連接多通道數(shù)據(jù)采集器,通電預熱1小時,初始溫度設定為25℃
2.溫度均勻性校準
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設置目標溫度(如-20℃、50℃、150℃),待溫度穩(wěn)定(波動≤±0.01℃/10min)后保持30分鐘
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同步讀取5個測溫點的數(shù)據(jù),計算工作區(qū)域比較大溫差(允差≤±0.05℃/工業(yè)級)
3.溫度波動性測試
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在中間溫度點(如100℃)連續(xù)采集數(shù)據(jù)30分鐘,采樣間隔10秒
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計算溫度波動度:t波動=(tmax-tmin)/2(應≤±0.02℃/高精度槽)
4.溫度穩(wěn)定性驗證
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在量程上限(如200℃)連續(xù)運行8小時,每小時記錄中心點溫度值
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漂移量ΔT=|t終-t初|應≤±0.1℃(AA級恒溫槽指標)
5.升溫/降溫速率測試
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設置從50℃→150℃全功率升溫,記錄達到設定值±0.1℃范圍所需時間
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計算平均速率(典型值≥3℃/min),超差時檢查加熱系統(tǒng)功率
6.參數(shù)修正與報告
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通過PID參數(shù)調(diào)整補償溫度偏差,重測關鍵點驗證修正效果
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生成校準證書,包含均勻性、波動度、穩(wěn)定性及測量不確定度(如U=0.03℃,k=2)
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溫度開關校準前準備
1. 標準器及配套設備
1.標準溫度源:選用干井爐或恒溫槽,溫度波動度≤±0.3℃,均勻性≤±0.5℃,確保溫場穩(wěn)定。
2.溫度測量設備:配備二等標準鉑電阻溫度計或高精度數(shù)字溫度表(最大允許誤差≤±0.1℃),用于實時監(jiān)測溫度源實際值。
3.開關狀態(tài)檢測:準備數(shù)字多用表或通斷測試儀(響應時間≤10ms),用于檢測溫度開關觸點通斷狀態(tài)及動作響應時間。
4.輔助工具:絕緣耐高溫夾具(固定溫度開關探頭)、計時器(記錄動作時間偏差)、高溫防護手套。
2. 環(huán)境條件
1.實驗室溫度(20±5)℃,相對濕度≤70%,避免氣流擾動影響溫場均勻性。
2.遠離振動源及強電磁干擾設備,工作臺穩(wěn)固防振,電氣接地良好。
3.高溫校準時需設置安全防護區(qū),防止人員接觸高溫部件。
3. 被校儀器檢查
1.外觀檢查:外殼無變形、破損,接線端子無氧化,標簽(型號、動作溫度值)清晰。
2.機械性能檢查:開關動作機構(gòu)靈活無卡滯,復位彈簧無銹蝕或疲勞,觸點無燒蝕或污漬。
3.功能預測試:常溫下手動觸發(fā)開關,通斷狀態(tài)正常,觸點電阻≤0.1Ω(通過多用表測量)。
4.校準點設置:根據(jù)規(guī)格書預設至少3個動作溫度點,升溫/降溫速率≤1℃/min,避免過沖。
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