CN106940205B - 一种用于高湿环境下的湿度传感器的标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于高湿环境下的湿度传感器的标定方法，包括：在恒温槽内的水面上方安装有加热装置及反馈温度探头，在所述恒温槽外安装有湿度传感器的电控部件，所述湿度传感器的温湿度传感探头放置在所述加热装置上；采用所述电控部件，控制所述加热装置跟随恒温槽设定温度加热到多个不同的温度点；在每个温度持续一段时间，直到所述温湿度传感探头周围的水汽处于饱和汽状态且反馈温度与湿度传感器显示温度一致；根据当前所述温度对应的饱和水汽绝对湿度值，对所述湿度传感器进行标定。本发明实施例的方法，通过恒温槽模拟高湿环境下的湿度值，又通过加热及温度反馈系统判断系统是否达到要求，从而实现对现有的湿度传感器的测量范围进行标定。
Description
技术领域
本发明涉及测试技术领域，特别是涉及一种用于高湿环境下的湿度传感器的标定方法。
背景技术
石油化工、电力烟囱气体排量是否符合国家环保标准，需要对烟囱中的水汽含量进行精确测量。现有的湿度传感器按测试原理可分为干湿球法、增重法、湿敏电容式、半导体式、露点仪、红外式及可调谐半导体光谱吸收 (TDLAS)等几种，但是高温烟气环境下：现有的湿度传感器并不适合烟囱的测试环境。
TDLAS气体传感器前端传感探头均为光学器件，不受电磁干扰，激光线宽窄，不受其他气体干扰，是最适合高温烟气监测的气体传感器。
但是对于TDLAS在高温烟气中的应用有一个技术难题：烟囱中的气体温度一般在50～200℃，甚至会高达400℃，因此即使是水汽含量很低，绝对湿度数值也很大(50000～200000ppm)。即使TDLAS技术能够满足高温烟气的湿度测试要求，用以湿度校准和标定的装置(如露点仪和湿度发生器)自身的测量范围较小，无法满足要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的湿度传感器自身的测量范围较小，无法满足要求。本发明的实施例提供一种用于高湿环境下的湿度传感器的标定方法，包括：在恒温槽内的水面上方安装有加热装置、所述湿度传感器的温湿度传感探头，在所述恒温槽外安装有湿度传感器的电控部件，所述湿度传感器的温湿度传感探头放置在所述加热装置上；
采用所述电控部件，跟随恒温槽设定温度控制所述加热装置加热到多个不同的温度点，所述电控部件连接的反馈温度探头在所述水面上方，用于检测各个温度点；
在每个温度持续一段时间，直到所述温湿度传感探头周围的水汽处于饱和汽状态且温度与反馈温度探头检测的温度一致；
在所述水汽处于饱和汽状态且温度一致，根据当前所述温度对应的湿度值，对所述湿度传感器进行标定。
优选地，所述方法之前包括：
采用湿度发生器及露点仪测得的基准湿度值，对所述湿度传感器进行预标定。
优选地，所述加热到多个不同的温度点的过程包括：
所述电控部件控制所述加热装置加热到第一温度时，所述湿度传感器在所述恒温槽内检测到相同的所述基准湿度值；
所述电控部件控制所述加热装置，在所述第一温度的基础上，加热到所述多个温度点。
优选地，所述基准湿度值为20000±5000ppm；所述第一温度为20摄氏度；
多个所述温度点为序列X，X＝20+10N，N为正整数。
优选地，每个温度持续一段时间包括：
所述N不大于5，持续40分钟；所述N大于5，持续60分钟。
优选地，所述加热装置为加热膜；所述电控部件包括：放置在所述恒温槽外部的TDLAS主机和与所述加热膜连接的温控开关，安装在所述恒温槽内与所述温控开关电连接的监测所述加热膜温度的反馈温度探头。
优选地，所述恒温槽还包括，部分置于所述恒温槽内，用于显示所述加热膜下方的所述传感部件周围的湿气温度是否恒定的温度计。
与现有技术相比，本发明包括以下优点：
本发明实施例的方法，通过恒温槽模拟高湿环境下的湿度值，从而实现对现有的湿度传感器的测量范围进行标定。标定后的湿度传感器可用于湿度测量范围广的高湿环境。
附图说明
图1是实施例中采用的恒温槽的结构示意图；
图2是实施例的流程图；
图3是实施例的装置的工作原理图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1，示出了本发明的实施例中的硬件环境结构。恒温槽内安装有加热膜，加热膜下方有型号为PT100的反馈温度探头及气室，反馈温度探头用于监测加热膜的温度。恒温槽外部具有控制加热膜加热温度的温控开关、以及TDLAS主机。在实施例中，湿度传感器的标定采用TDLAS进行标定，当然，也同样适用于其他型号的传感器。
TDLAS湿度传感器分为TDLAS主机和气室(探测部分)两部分，他们通过光纤连接，气室内安装有TDLAS湿度传感器的温湿度传感探头。下面详细说明标定过程。
参见图2、图3，一种用于高湿环境下的湿度传感器的标定方法，包括：
S11：在恒温槽内的水面上方安装有加热装置、所述湿度传感器的温湿度传感探头，在所述恒温槽外安装有湿度传感器的电控部件，所述湿度传感器的温湿度传感探头放置在所述加热装置上；
S12：采用所述电控部件，跟随恒温槽设定温度控制所述加热装置加热到多个不同的温度点，所述电控部件连接的反馈温度探头在所述水面上方，用于检测各个温度点；
S13：在每个温度持续一段时间，直到所述温湿度传感探头周围的水汽处于饱和汽状态且温度与反馈温度探头检测的温度一致；
S14：在所述水汽处于饱和汽状态且温度一致，根据当前所述温度对应的湿度值，对所述湿度传感器进行标定。
其中，所述加热装置为图1中的加热膜；所述电控部件包括：图1中放置在所述恒温槽外部的TDLAS主机和与所述加热膜连接的温控开关，安装在所述恒温槽内与所述温控开关电连接的监测所述加热膜温度的反馈温度探头PT100。湿度传感器的温湿度传感探头位于所述图1中的加热膜下方的气室内。
所述恒温槽还包括，部分置于所述恒温槽内，用于显示所述加热膜下方的所述温湿度传感探头周围的湿气温度是否恒定的温度计。
本发明实施例的方法，通过恒温槽模拟高湿环境下的湿度值，从而实现对现有的湿度传感器的测量范围进行标定。标定后的湿度传感器可用于湿度测量范围广的高湿环境。
下面对具体的标定过程详细说明。首先，在标定之前，采用的湿度传感器需要经过预标定。
采用湿度发生器及露点仪测得的基准湿度值，对所述湿度传感器进行预标定。预标定后，作为一个首次标定的基准。
例如，所述基准湿度值为20000±5000ppm；所述第一温度为20摄氏度；
利用湿度标定装置(湿度发生器及露点仪)标定湿度传感器30℃、 55％RH相对湿度点(相当于23℃、100％饱和水汽的绝对湿度湿度值)，即确定在此湿度点下，湿度传感器示值准确；
将湿度传感器的温湿度传感探头放入恒温槽，恒温槽温度设置20摄氏度，恒温槽温度稳定后，观察传感器读数，如传感器绝对湿度湿度稳定于 23694ppm±300ppm(相当于20℃，100％RH的绝对湿度)超过半小时，且感应的温度与所述反馈温度探头检测的温度一致，则认为恒温槽上层水汽稳定并达到饱和状态。
预标定之后，加热到多个不同的温度点的过程包括：
所述电控部件控制所述加热装置加热到第一温度时，所述湿度传感器在所述恒温槽内检测到相同的所述基准湿度值；
所述电控部件控制所述加热装置，在所述第一温度的基础上，加热到所述多个温度点。每个温度点均需要温湿度传感探头感应的温度与所述反馈温度探头检测的温度一致。
其中，多个所述温度点为序列X，X＝20+10N，N为正整数。
在温度一致后，每个温度持续一段时间包括：
所述N不大于5，持续40分钟；所述N大于5，持续60分钟。
分别记录40℃、60℃、80℃饱和水汽环境下的过程输出值ratio，形成运算过程值ratio与标准值的曲线，取其系数作为标定参数，输入系统进行标定。
最后对传感器进行校验。
标定数据设定(各温度的饱和气ppmv值可根据维萨拉湿度计算软件得到)
注：等同温、湿度环境仅为与标定点绝对湿度相近的高温低湿环境之一，只为举例说明。
最终的标定过程如下：
由朗伯-比尔定律，气体分子体积比公式为：
其中C表示统一单位截面面积内待测气体成分分子数与总气体分子数之比，I0为入射光光强，It为经过气室的出射光光强，
为吸收系数，L 为光所经过的待测气体的吸收路径长度。
C与绝对含量P(单位ppmv)的换算为
设
吸收系数包含温度、压力修正等可由HITRAN 数据库查得。光程L、系统误差等通过与标准设备对标生成标定系数A0、A1。例：某一湿度标准设备(如露点仪)显示绝对湿度为Y，而系统输出ratio为 X，可由换算公式得到
标定就是得到X与X’的关系，具体见下表：
| 标准示值(ppmv) | 系统输出ratio(X) | 计算得到X’ |
| Y1 | X1 | X’1 |
| Y2 | X2 | X’2 |
| Y3 | X3 | X’3 |
| … | … | … |
用最小二乘法拟合X与X’的关系，得到标定系数A0、A1。
因此得到准确的测试值C＝A1*ratio+A0。再由准确的C计算得到此时气体绝对含量ppmv。
同一吸收峰，系统计算的ratio与实际值C为线性关系，即，小范围湿度标定可以延伸并使用于更大的湿度范围。
通过上述的公式和设备流程，可根据不同温度下的湿度值，对待标定的湿度传感器进行标定，从而得到对湿度传感器较大湿度范围的标定。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种用于高湿环境下的湿度传感器的标定方法，其特征在于，通过恒温槽模拟高湿环境下的湿度值，所述高湿环境下的湿度值是指100%饱和水汽的绝对湿度值；包括：
在恒温槽内的水面上方安装有加热装置、所述湿度传感器的温湿度传感探头，在所述恒温槽外安装有湿度传感器的电控部件，所述湿度传感器的温湿度传感探头放置在所述加热装置上；
采用所述电控部件，跟随恒温槽设定温度控制所述加热装置加热到多个不同的温度点，所述电控部件连接的反馈温度探头在所述水面上方，用于检测各个温度点；每个温度点均需要温湿度传感探头感应的温度与所述反馈温度探头检测的温度一致；
在每个温度持续一段时间，直到所述温湿度传感探头周围的水汽处于饱和汽状态且温度与反馈温度探头检测的温度一致；
在所述水汽处于饱和汽状态且温度一致，根据当前温度对应的湿度值，对所述湿度传感器进行标定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法之前包括：
采用湿度发生器及露点仪测得的基准湿度值，对所述湿度传感器进行预标定。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述加热到多个不同的温度点的过程包括：
所述电控部件控制所述加热装置加热到第一温度时，所述湿度传感器在所述恒温槽内检测到相同的所述基准湿度值；
所述电控部件控制所述加热装置，在所述第一温度的基础上，加热到多个温度点。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基准湿度值为20000±5000ppm；所述第一温度为20摄氏度；
多个温度点为序列X，X=20+10N，N为正整数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，每个温度持续一段时间包括：
所述N不大于5，持续40分钟；所述N大于5，持续60分钟。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热装置为加热膜；所述电控部件包括：放置在所述恒温槽外部的TDLAS主机和与所述加热膜连接的温控开关。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述恒温槽还包括，部分置于所述恒温槽内，用于显示所述加热膜下方的传感部件周围的湿气温度是否恒定的温度计。
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