温度湿度压力测量仪的研究

广西计量检测研究院 李英梅

温度湿度压力测量仪的研究

广西计量检测研究院 李英梅

经过对国内外相关测量技术现状的分析，本文提出将单片机技术融入干湿球方法的原理，从而设计出温度湿度压力一体机的测量工具。

温度测量；湿度测量；干湿球；平衡电桥

1 前言

现阶段，以单片机的相对湿度作为测量原理的测量方式主要有两种，其一是湿度传感器，然而此方法的精确度很大程度上取决于相关的传感器灵敏度与测量范围。而目前对湿度传感器的研究依旧处在起步阶段，现有的传感器因其测量范围的局限与多次使用导致的不稳定性而存在较大缺陷。其二干湿球测量方法则具有快捷稳定、简单可靠、适应范围广、应用性强等特点，成为目前使用最为广泛的湿度测量方法。

2 现阶段国内外研究情况

2.1 温度研究近况

温度的高精度测量是现代工业生产制造加工过程中的常有步骤，也是十分经典的课题之一。现有的精确测量温度的技术手段中常用的是电阻式测温、热电偶式测温、石英谐振型测温与PN结型测温法。上述测温方法的原理都是分析计算根据温度变化造成的相关物理参数的改变来间接得出温度的准确数值。

举例来说，电阻式温度传感器采用电阻作为传感材料，可细分为热电阻式与热敏电阻式。前者主要以金属材料制得，最为广泛使用并且拥有相关国际标准的是铂电阻，其测温范围较广，也能达到0.001℃的精确度。而热敏电阻则是半导体材料，是开发比较早，种类比较多，技术比较成熟的传感器材料。它的主要特点是：较高的灵敏度、宽泛的工作温度、小体积易加工、小热容、反应迅速、可用于远距离的温度测量。但由于热敏电阻的非线性温度关系，只能在特定的、较为狭窄的区间发挥作用。

2.2 湿度研究近况

湿度的表示方法不一，但主要是依据混合气体的定义引申出来的，如混合比，现阶段使用的单位以及符号表示主要还是根据世界气象组织的规定要求。

湿度测量的历史古老而千奇百怪，比如最初的毛发湿度测量法、露点测量法，到现阶段利用各种材料吸收不同程度的水分造成的电性能变化，类似电阻、电容等电学参数的测量方式，或是通过不同程度湿空气的光学特性参数来进行测量计算。然而在实地测量中却发现，以湿度传感器为测量方式的测湿仪只能在稳定的湿度环境范围下进行测量，而且精度达不到期望值。比如，用铂电阻制作的干湿球测湿仪在外界环境处在90%RH时有较高的精度，误差可以控制在2%以内，但是在低湿度下效果并不理想。而且铂电阻的非线性温度曲线会影响温度的精确读数。若是选择线性热敏电阻代替铂电阻作为传感器，如线性LPTC，可以将相对湿度的精确度提高到1%RH，故比较设计构造适合对湿度测量的数学模型。

3 整体设计部分

笔者设计的系统将采用干湿球测量方法作为理论基础，线性缓变电阻作为温度感应元件，湿度信号则由平衡电桥法测15路，代入干湿球换算方程得出相应测量值，以及带温度补正的硅压阻式压力传感器来进行压力测量。

注意：（1）需要实时记录15路温度数值，并且计算出相应的7路湿度相对值。

（2）大气压力值以hPa为单位，取有效数字五位，不用科学记数法表。

温度计量用摄氏温度即可，无须进行华氏温度换算。

硬件结构设计部分如下图所示。

（1）本设计所使用LPTC作为温度传感装置中的热敏电阻，较好的优化了线性程度，可以在－20℃～50℃的温度区域内保持电阻阻值根据温度变化进行相应的线性变化。

（2）本设计用于引线测温电阻的电桥选用三线制与四线制的电桥，引线电桥自身电阻不对温度测量产生需纳入考虑程度上的影响，故而相较于原有两线平衡电桥提高了抗干扰能力。

（3）利用单片机控制多路开关开合以调整不同热敏电阻的连入切出，可以达到测量15路温度数值的目的。从而对每一个测量值进行与真实值的比对，方便实时校正。

（4）干湿球湿度测量含有两支完全相同的温度计，一支直接暴露于外界环境中用以测量环境温度，另一支测量因水蒸发吸热造成的温度下降差值。再将水蒸发与周围环境中水汽混合比形成的数学模型函数关系联系起来得到相关数值。

4 总结

温度、压力作为重要的物理量，它们的精确测量不仅仅是科学技术方面亟待突破创新的难关，也是逐渐进步发展的工业生产等产业必不可少的衡量参数，具有极高的技术意义和经济价值。本文关于温度湿度压力测量仪的探究设计，拥有灵活简易、综合性强、精确度高的特点，较好地解决了在测量范围以及空间分布上的局限性，也保证了测量的高度精确，具有一定的前瞻性，在接下来的研究实践中，有望得到更好的结果与反馈。

[1]李寅虎.温度湿度压力测量仪[J].通信与信息系统,河北大学.2010.

李英梅，女，1963出生，广西南宁人，工程师，研究方向：温湿度和压力仪器仪表的检定检测。