CN113484376A - 一种高精度微水传感器零点漂移校正方法及存储设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高精度微水传感器零点漂移校正方法及存储介质,所述方法包括以下步骤:通过热敏电阻及湿敏传感器获得当前的第一温度值及第一湿度值;将湿敏传感器进行第一次加热,并通过热敏电阻及湿敏电阻获得第二温度值及第二湿度值;将湿敏传感器进行第二次加热,并通过热敏电阻及湿敏传感器获得第三温度值及第三湿度值;根据获得的第一温度值、第一湿度值、第二温度值、第二湿度值、第三温度值及第三湿度值,通过温度漂移补偿公式计算出温度漂移系数;将计算的温度漂移系数代入至维萨拉的DRYCAP校准技术,计算出湿度零点值。避免测量数据出现不可靠的问题,以及无需采用昂贵的传感器,减少采购周期及成本。
Description
技术领域
本发明涉及微水密度检测技术领域,特别涉及一种高精度微水传感器零点漂移校正方法及存储设备。
背景技术
微水密度传感器用于测量气体的微量水分含量,使用电容型湿度传感器。而在现有的微水密度测量中,如芬兰维萨拉的DRYCAP校准技术,使用单个热敏电阻紧贴湿敏传感器进行加热,结束加热后用该热敏电阻测量其降温过程中的温度值变化,并记录湿度传感器对应的湿度值,实现湿度传感器的零点校正功能。从而克服传感器经过长期工作后,出现零点漂移,测量数据不可靠的问题。
然而现有的校正技术需要在校正过程中对传感器进行加热,在高湿区间表现良好。但由于湿敏传感器(高分子电容式湿敏传感器)会随着温度的变化发生漂移,这会导致在测量极低的露点时(-80℃到-50℃)或湿度小于0.2%的测量时,温度漂移会带来很大的测量误差,使得零点校正结果不可靠,并导致测量数据结果不可靠。在测量极低的露点时,为了减少温度变化发生的漂移,必须使用具有极低温度漂移系数的湿敏传感器,该系列的传感器多为进口器件且价格非常昂贵,采购周期长。同时即便采用进口的传感器,随着使用时间的推移,温度漂移的现象依然会愈加严重,导致测量误差逐渐变大。
发明内容
为此,需要提供一种高精度微水传感器零点漂移校正方法现有的微水密度传感器中湿敏传感器会随着温度发生漂移而易造成零点校正结果不可靠的问题。
为实现上述目的,发明人提供了一种高精度微水传感器零点漂移校正方法,包括以下步骤:
通过热敏电阻及湿敏传感器获得当前的第一温度值及第一湿度值;
将湿敏传感器进行第一次加热,并通过热敏电阻及湿敏电阻获得第二温度值及第二湿度值;
将湿敏传感器进行第二次加热,并通过热敏电阻及湿敏传感器获得第三温度值及第三湿度值;
根据获得的第一温度值、第一湿度值、第二温度值、第二湿度值、第三温度值及第三湿度值,通过温度漂移补偿公式计算出温度漂移系数;
将计算的温度漂移系数代入至维萨拉的DRYCAP校准技术,计算出湿度零点值。
进一步优化,所述步骤“将湿敏传感器进行第一次加热”及步骤“将湿敏传感器进行第二次加热”均包括以下步骤:
通过所述热敏电阻对湿敏传感器进行加热。
进一步优化,所述步骤“将湿敏传感器进行第一次加热”包括以下步骤:
将湿敏传感器加热至第二温度值,所述第二温度值为当前环境温度加上第一预设温度;
所述步骤“将湿敏传感器进行第二次加热”包括以下步骤:
将湿敏传感器加热至第三温度值,所述第二温度值为当前环境温度加上第二预设温度。
进一步优化,所述第二预设温度为第一预设温度的两倍。
进一步优化,所述步骤“根据获得的第一温度值、第一湿度值、第二温度值、第二湿度值、第三温度值及第三湿度值,通过温度漂移补偿公式计算出温度漂移系数;将计算的温度漂移系数代入至维萨拉的DRYCAP校准技术,计算出湿度零点值”具体包括以下步骤:
通过GO-ff-Gratch和Wexler修正公式分别计算出第一温度值T1下的饱和水蒸气压Pws1、第二温度值T2下的饱和水蒸气压Pws2及第三温度值T3下的饱和水蒸气压Pws3;
将第一温度值T1、第一湿度值RH1、第二温度值T2、第二湿度值RH2、第三温度值T3及第三湿度值RH3代入至方程组:
方程1:RH1=RH0+Pw/Pws1;
方程2:RH2=RH0+Pw/Pws2+(T2-T1)K;
方程3:RH3=RH0+Pw/Pws3+(T3-T1)K;
计算得到温度漂移系数K及湿度零点值RH0。
进一步优化,所述步骤“计算得到温度漂移系数K及湿度零点值RH0”之后还包括以下步骤:
根据计算得到的湿度零点值RHO得到湿度值RHreal=Pw/Pws1=RH1-RH0。
还提供了另一个技术方案:一种存储设备,所述存储设备存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器运行时执行如上述所述高精度微水传感器零点漂移校正方法的步骤。
区别于现有技术,上述技术方案通过采用两段式加热技术,通过对微水传感器中的湿敏传感器进行两次加热,获得三组温湿度数值,根据获得的三组温湿度数值进行计算得到温度漂移系数,然后将计算出的温度漂移系数代入到维萨拉的DRYCAP校准技术中,进而计算出可靠的湿度零点值,当湿度传感器由于温度变化发生漂移时,也可以得到可靠的湿度零点值,避免测量数据出现不可靠的问题,以及无需采用昂贵的传感器,减少采购周期及成本。
附图说明
图1为具体实施方式所述DRYCAP探头的不同温度时RH与1/Pws关系曲线示意图;
图2为具体实施方式所述DRYCAP探头的一种结构示意图。
图3为具体实施方式所述高精度微水传感器零点漂移校正方法的一种流程示意图。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果,以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
如图1-2所示,芬兰维萨拉的DRYCAP校准技术中,DRYCAP探头包含了一个高分子湿敏薄膜电容和热敏电阻,电容值与湿度值成正比,热敏电阻用于加热湿敏电容并记录冷却过程中的温度值。在加热和冷却的过程中记录了两组温度值T1及T2,对应温度下的两组湿度值RH1和RH2,Rh为湿度的零点漂移量。
根据GO-ff-Gratch和Wexler修正公式可求出温度T下的饱和水蒸气压(Pws):
其中,Pws为饱和水蒸气压,T为温度,其中C1、C2、C3、C4及C5为固定常量参数。
因为相对湿度=Pw/Pws,则实际测量值RH1=RH0+Gain*Pw/Pws,其中,RH1为实际测量值,RH0为零点漂移量,Gain为线性系数,通常为100%,Pw为温度T时的实际水蒸气压,Pws为温度T时的饱和水蒸气压;其中,Pws可以根据GO-ff-Gratch和Wexler修正公式即可求得,及在同一水蒸气压下测量2个温度T值即2个Pws就可以计算出漂移量,其中,Pw通常在这一过程中保持不变。
请参阅图3,本实施例提供了一种高精度微水传感器零点漂移校正方法,包括以下步骤:
步骤S110:通过热敏电阻及湿敏传感器获得当前的第一温度值及第一湿度值;
步骤S120:将湿敏传感器进行第一次加热,并通过热敏电阻及湿敏电阻获得第二温度值及第二湿度值;
步骤S130:将湿敏传感器进行第二次加热,并通过热敏电阻及湿敏传感器获得第三温度值及第三湿度值;
步骤S140:根据获得的第一温度值、第一湿度值、第二温度值、第二湿度值、第三温度值及第三湿度值,通过温度漂移补偿公式计算出温度漂移系数;
步骤S150:将计算的温度漂移系数代入至维萨拉的DRYCAP校准技术,计算出湿度零点值。
首先,通过二段式加热方式获得三组温湿度数值,即在未加热是的热敏电阻的第一温度值T1及湿敏传感器的第一湿度值RH1,第一次加热后的热敏电阻的第二温度值T2及湿敏传感器的第二湿度值RH2,以及第二次加热后的热敏电阻的第三度值T3及湿敏传感器的第三湿度值RH3,然后通过根据计算得到的三组温湿度数值即可计算出湿度传感器的温度漂移系数,然后通过将温度漂移系数代入至维萨拉的DRYCAP校准技术,即可计算出可靠的湿度零点值。当湿度传感器由于温度变化发生漂移时,也可以得到可靠的湿度零点值,避免测量数据出现不可靠的问题,以及无需采用昂贵的传感器,减少采购周期及成本。
本实施例中,采用的微水传感器的探头为DRYCAP探头,通过将热敏电阻紧贴湿敏传感器,其中,湿敏传感器采用高分子电容式湿敏传感器;在本实施例中,当对湿敏传感器进行第一次加热及第二次加热时,均采用紧贴湿敏传感器的热敏电阻对湿敏传感器进行加热,而在其他实施例中,也可以通过其他方式对湿敏传感器进行加热,如激光加热等方式。
在本实施例中,所述步骤“将湿敏传感器进行第一次加热”包括以下步骤:将湿敏传感器加热至第二温度值,所述第二温度值为当前环境温度加上第一预设温度;
所述步骤“将湿敏传感器进行第二次加热”包括以下步骤:将湿敏传感器加热至第三温度值,所述第二温度值为当前环境温度加上第二预设温度。
在本实施例中,对湿敏传感器进行两次加热,第一次加热将湿敏传感器加热至第二温度值,第二次加热将湿敏传感器加热至第三温度值,其中,第二温度值为当前环境的温度加上第一预设温度,第三温度值为当前环境的温度加上第二预设温度,其中,由于温度补偿系数在较小的温度范围(50℃)内基本保持不变,且由于在实际的生产工艺中,传感器的补偿系数无法做到完全一致,该系数可能为正数,也可能为负数,且参数很小,通常小于0.02RH/℃,不易被测量出来。故将第一预设温度设置为10℃,而将第二预设温度设置为第一预设温度的两倍,即第二预设温度为20℃;而在其他实施例中,可以根据实际需要分别设置第一预设温度及第二预设温度,如将第一预设温度设置为20℃,将第二预设温度设置为40℃;也可以单独设置第一预设度和第二预设温度,如将第一预设温度设置为10℃,将第二预设温度设置为15℃等;在其他实施例中,也可以通过其他方式获得第二温度值及第三温度值,如对湿敏传感器加热第一预设时间后,获得第二温度值,对湿敏传感器加热第二预设时间后,获得第三温度值。
在本实施例中,所述步骤“根据获得的第一温度值、第一湿度值、第二温度值、第二湿度值、第三温度值及第三湿度值,通过温度漂移补偿公式计算出温度漂移系数;将计算的温度漂移系数代入至维萨拉的DRYCAP校准技术,计算出湿度零点值”具体包括以下步骤:
通过GO-ff-Gratch和Wexler修正公式分别计算出第一温度值T1下的饱和水蒸气压Pws1、第二温度值T2下的饱和水蒸气压Pws2及第三温度值T3下的饱和水蒸气压Pws3;
将第一温度值T1、第一湿度值RH1、第二温度值T2、第二湿度值RH2、第三温度值T3及第三湿度值RH3代入至方程组:
方程1:RH1=RH0+Pw/Pws1;
方程2:RH2=RH0+Pw/Pws2+(T2-T1)K;
方程3:RH3=RH0+Pw/Pws3+(T3-T1)K;
计算得到温度漂移系数K及湿度零点值RH0。
通过将测量得到的第一温度值T1、第一湿度值RH1、第二温度值T2、第二湿度值RH2、第三温度值T3及第三湿度值RH3代入至方程1、方程2及方程3中,既可以计算得到温度漂移系数K及湿度零点值RH0;通过两次加热,将湿敏传感器加热到两个不同的温度点,并记录当前的湿度变化情况,并计算出温度变化的漂移系数K,将给系数补偿到零点校正中,从而实现了测量极低的露点时(-80℃到-50℃)或湿度小于0.2%的测量时的准确测量,提高了产品的测量精度;同时该技术可以采用具有较大温度漂移的高分子电容湿度传感器,使其具备了测量极低露点的能力,大大降低了产品成本,同时使得可选择的传感器范围扩大,不受限于进口的传感器类型。
其中,所述步骤“计算得到温度漂移系数K及湿度零点值RH0”之后还包括以下步骤:
根据计算得到的湿度零点值RHO得到湿度值RHreal=Pw/Pws1=RH1-RH0。
另一实施例中,一种存储设备,所述存储设备存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器运行时执行如上述所述高精度微水传感器零点漂移校正方法的步骤:
通过热敏电阻及湿敏传感器获得当前的第一温度值及第一湿度值;
将湿敏传感器进行第一次加热,并通过热敏电阻及湿敏电阻获得第二温度值及第二湿度值;
将湿敏传感器进行第二次加热,并通过热敏电阻及湿敏传感器获得第三温度值及第三湿度值;
根据获得的第一温度值、第一湿度值、第二温度值、第二湿度值、第三温度值及第三湿度值,通过温度漂移补偿公式计算出温度漂移系数;
将计算的温度漂移系数代入至维萨拉的DRYCAP校准技术,计算出湿度零点值。
首先,通过二段式加热方式获得三组温湿度数值,即在未加热是的热敏电阻的第一温度值T1及湿敏传感器的第一湿度值RH1,第一次加热后的热敏电阻的第二温度值T2及湿敏传感器的第二湿度值RH2,以及第二次加热后的热敏电阻的第三度值T3及湿敏传感器的第三湿度值RH3,然后通过根据计算得到的三组温湿度数值即可计算出湿度传感器的温度漂移系数,然后通过将温度漂移系数代入至维萨拉的DRYCAP校准技术,即可计算出可靠的湿度零点值。当湿度传感器由于温度变化发生漂移时,也可以得到可靠的湿度零点值,避免测量数据出现不可靠的问题,以及无需采用昂贵的传感器,减少采购周期及成本。
本实施例中,采用的微水传感器的探头为DRYCAP探头,通过将热敏电阻紧贴湿敏传感器,其中,湿敏传感器采用高分子电容式湿敏传感器;在本实施例中,当对湿敏传感器进行第一次加热及第二次加热时,均采用紧贴湿敏传感器的热敏电阻对湿敏传感器进行加热,而在其他实施例中,也可以通过其他方式对湿敏传感器进行加热,如激光加热等方式。
在本实施例中,所述步骤“将湿敏传感器进行第一次加热”包括以下步骤:将湿敏传感器加热至第二温度值,所述第二温度值为当前环境温度加上第一预设温度;
所述步骤“将湿敏传感器进行第二次加热”包括以下步骤:将湿敏传感器加热至第三温度值,所述第二温度值为当前环境温度加上第二预设温度。
在本实施例中,对湿敏传感器进行两次加热,第一次加热将湿敏传感器加热至第二温度值,第二次加热将湿敏传感器加热至第三温度值,其中,第二温度值为当前环境的温度加上第一预设温度,第三温度值为当前环境的温度加上第二预设温度,其中,由于温度补偿系数在较小的温度范围(50℃)内基本保持不变,且由于在实际的生产工艺中,传感器的补偿系数无法做到完全一致,该系数可能为正数,也可能为负数,且参数很小,通常小于0.02RH/℃,不易被测量出来。故将第一预设温度设置为10℃,而将第二预设温度设置为第一预设温度的两倍,即第二预设温度为20℃;而在其他实施例中,可以根据实际需要分别设置第一预设温度及第二预设温度;在其他实施例中,也可以通过其他方式获得第二温度值及第三温度值,如对湿敏传感器加热第一预设时间后,获得第二温度值,对湿敏传感器加热第二预设时间后,获得第三温度值。
在本实施例中,所述步骤“根据获得的第一温度值、第一湿度值、第二温度值、第二湿度值、第三温度值及第三湿度值,通过温度漂移补偿公式计算出温度漂移系数;将计算的温度漂移系数代入至维萨拉的DRYCAP校准技术,计算出湿度零点值”具体包括以下步骤:
通过GO-ff-Gratch和Wexler修正公式分别计算出第一温度值T1下的饱和水蒸气压Pws1、第二温度值T2下的饱和水蒸气压Pws2及第三温度值T3下的饱和水蒸气压Pws3;
将第一温度值T1、第一湿度值RH1、第二温度值T2、第二湿度值RH2、第三温度值T3及第三湿度值RH3代入至方程组:
方程1:RH1=RH0+Pw/Pws1;
方程2:RH2=RH0+Pw/Pws2+(T2-T1)K;
方程3:RH3=RH0+Pw/Pws3+(T3-T1)K;
计算得到温度漂移系数K及湿度零点值RH0。
通过将测量得到的第一温度值T1、第一湿度值RH1、第二温度值T2、第二湿度值RH2、第三温度值T3及第三湿度值RH3代入至方程1、方程2及方程3中,既可以计算得到温度漂移系数K及湿度零点值RH0;通过两次加热,将湿敏传感器加热到两个不同的温度点,并记录当前的湿度变化情况,并计算出温度变化的漂移系数K,将给系数补偿到零点校正中,从而实现了测量极低的露点时(-80℃到-50℃)或湿度小于0.2%的测量时的准确测量,提高了产品的测量精度;同时该技术可以采用具有较大温度漂移的高分子电容湿度传感器,使其具备了测量极低露点的能力,大大降低了产品成本,同时使得可选择的传感器范围扩大,不受限于进口的传感器类型。
其中,所述步骤“计算得到温度漂移系数K及湿度零点值RH0”之后还包括以下步骤:
根据计算得到的湿度零点值RHO得到湿度值RHreal=Pw/Pws1=RH1-RH0。
需要说明的是,尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述,但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此,基于本发明的创新理念,对本文所述实施例进行的变更和修改,或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域,均包括在本发明的专利保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高精度微水传感器零点漂移校正方法,其特征在于,包括以下步骤:
通过热敏电阻及湿敏传感器获得当前的第一温度值及第一湿度值;
将湿敏传感器进行第一次加热,并通过热敏电阻及湿敏电阻获得第二温度值及第二湿度值;
将湿敏传感器进行第二次加热,并通过热敏电阻及湿敏传感器获得第三温度值及第三湿度值;
根据获得的第一温度值、第一湿度值、第二温度值、第二湿度值、第三温度值及第三湿度值,通过温度漂移补偿公式计算出温度漂移系数;
将计算的温度漂移系数代入至维萨拉的DRYCAP校准技术,计算出湿度零点值。
2.根据权利要求1所述高精度微水传感器零点漂移校正方法,其特征在于,所述步骤“将湿敏传感器进行第一次加热”及步骤“将湿敏传感器进行第二次加热”均包括以下步骤:
通过所述热敏电阻对湿敏传感器进行加热。
3.根据权利要求1所述高精度微水传感器零点漂移校正方法,其特征在于,所述步骤“将湿敏传感器进行第一次加热”包括以下步骤:
将湿敏传感器加热至第二温度值,所述第二温度值为当前环境温度加上第一预设温度;
所述步骤“将湿敏传感器进行第二次加热”包括以下步骤:
将湿敏传感器加热至第三温度值,所述第二温度值为当前环境温度加上第二预设温度。
4.根据权利要求3所述高精度微水传感器零点漂移校正方法,其特征在于,所述第二预设温度为第一预设温度的两倍。
5.根据权利要求1所述高精度微水传感器零点漂移校正方法,其特征在于,所述步骤“根据获得的第一温度值、第一湿度值、第二温度值、第二湿度值、第三温度值及第三湿度值,通过温度漂移补偿公式计算出温度漂移系数;将计算的温度漂移系数代入至维萨拉的DRYCAP校准技术,计算出湿度零点值”具体包括以下步骤:
通过GO-ff-Gratch和Wexler修正公式分别计算出第一温度值T1下的饱和水蒸气压Pws1、第二温度值T2下的饱和水蒸气压Pws2及第三温度值T3下的饱和水蒸气压Pws3;
将第一温度值T1、第一湿度值RH1、第二温度值T2、第二湿度值RH2、第三温度值T3及第三湿度值RH3代入至方程组:
方程1:RH1=RH0+Pw/Pws1;
方程2:RH2=RH0+Pw/Pws2+(T2-T1)K;
方程3:RH3=RH0+Pw/Pws3+(T3-T1)K;
计算得到温度漂移系数K及湿度零点值RH0。
6.根据权利要求5所述高精度微水传感器零点漂移校正方法,其特征在于,所述步骤“计算得到温度漂移系数K及湿度零点值RH0”之后还包括以下步骤:
根据计算得到的湿度零点值RHO得到湿度值RHreal=Pw/Pws1=RH1-RH0。
7.一种存储设备,所述存储设备存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1-6任意一项所述高精度微水传感器零点漂移校正方法的步骤。
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