Jak czytać specyfikację do czujników wilgotności względnej, część 1

Artykuł pokazujący w jaki sposób czytać specyfikację do czujników wilgotności i temperatury powietrza, wykorzystywanych w produktach marki APONE.

WSTĘP

Odczytywanie specyfikacji dotyczących wilgotności względnej czujników jest często niezadowalająca, ponieważ nie ma ustalonych standardów określających czujniki wilgotności. W związku z tym, raporty mogą wprowadzać w błąd i prawie nie ma możliwości porównania różnych typów czujników wilgotności ze sobą. W tym dokumencie pokażemy szczegóły jak interpretować nazewnictwo w naszych dokumentacjach do czujników wilgotności i temperatury. Ponadto, pokażemy procedury testowania czujników aby użytkownik mógł łatwo zrozumieć specyfikację czujników wilgotności i temperatury zastosowane w przetwornikach APONE.

ZASTOSOWANIE

Ten artykuł dotyczy czujników wilgotności i temperatury powietrza APONE z dokładnością ±0.8 %RH  oraz ±0.1 °C.

DOKŁADNOŚĆ

Czujniki wilgotności względnej w większości przypadków zbudowane są z elementu polimerowego w którym zachodzą procesy absorpcji i desorpcji cząstek wody. Proces pochłaniania i oddawania cząstek gazowych jest bardzo skomplikowany i niesie ze sobą  dodatkowe zjawiska. Niemniej, aby czujniki sprawdziły się w zastosowaniach komercyjnych zjawiska te należy uprościć dzięki czemu możliwe będzie testowanie czujników używając standardowych i powszechnych urządzeń.
Dla łatwego zrozumienia, dokładność można podzielić na trzy niezależne terminy:  dokładność kalibracyjna, histereza i żywotność. Ponadto, krótka stabilność czujnika jest problemem i występują dodatkowe zjawiska w trudnych warunkach tj. bardzo niskie temperatury, bardzo wysokie temperatury jak bardzo suche lub wilgotne środowiska.

DOKŁADNOŚĆ KALIBRACYJNA

Dokładność kalibracyjna jest głównym czynnikiem do określania dokładności w specyfikacji. Zawiera informacje na temat odchylenia pomiarów czujnika względem czujnika wzorcowego o bardzo dużej dokładności. Główna powód do wprowadzania tolerancji do kalibracji jest pojawianie się zmiennych czynników np. jednorodność warunków w komorze kalibracyjnej, różnice między partiami czujników, dokładność kalibracji względem wzorca i stabilność czujników. Dokładność kalibracji mierzy się względem punktu rosy, dzięki czemu użytkownik będzie mógł odtworzyć pomiary.

Dwa parametry określające dokładność:

1. Typowa dokładność: wspomniane powyżej odchylenie względem wzorca może charakteryzować się średnią wartością  i współczynnikiem k (k =1). Dla przykładu takich jak partia, średnia wartość to ±2k, innymi słowy 95% z czujników znajduje się w tym standardowym zakresie.  Rysunek 1. określa odchylenie czujnika względem średniej. Zakres współczynnika k w normalnej dystrybucji jest równoważny odchyleniu standardowemu σ.
   

   Rys. 1. Rozkład odchylenia czujnika względem średniej

2. Maksymalna wartość dokładności: tylko czujniki z maksymalną dokładnością kwalifikują się do sprzedaży. W związku z tym, żadne czujniki z niższą dokładnością nie są wysyłane do klienta. Maksymalne dokładności określane są dla pełnego zakresu napięcia zasilania (jeśli nie zaznaczono inaczej w specyfikacji danego czujnika). Ogólnie ujmując, specyfikacja jest podawana dla 25°C, niemniej dla wybranych czujników podawana jest również dla wartości 0-100°C.

HISTEREZA

Wartość histerezy to różnica wartości pomiarów tego samego czujnika w pewnym punkcie, która z jednej strony wzrasta z suchego środowiska, a z drugiej strony w środowisku wilgotnym.

Czujniki wilgotności zapamiętuje warunki z przeszłości i zatrzymuje ujemny offset podczas gdy czujniki z zapamiętaną wilgotnością mają dodatni offset. Histereza występuje z racji konstrukcji i budowy czujnika. Na rysunku 2 widzimy przykładowy pomiar histerezy. Ścieżka z suchego do wilgotnego i z wilgotnego do suchego jest zaznaczona pełnymi kropkami. Czas oczekiwania jest to o. 30 min. Kropki z białym środkiem, określają dokładność kalibracji.

Rys. 2. Przykład pomiaru histerezy

POMIAR DOKŁADNOŚCI KALIBRACJI I HISTEREZY

Dokładność kalibracji i wartość histerezy jest określana uwzględniając pełny zakres wilgotności w pętli: 10% ➤ 30% ➤ 50% ➤ 70% ➤ 90% ➤ 90% ➤ 70% ➤ 50% ➤ 30% ➤ 10% w określonym czasie oczekiwania 30 min dla każdego punktu. Do określania dokładności kalibracji przy określonej wartości wilgotności ,wykorzystuje się wartość średnią. Różnica między przebiegiem rosnącym i malejącym określa wartość histerezy. Rysunek 3 pokazuje przykład rozkładów dokładności, gdzie po lewej wartości spełniają założenia, a po prawej są poza zakresem. Kropki z białym środkiem oznaczają wartości średnie.

Rys. 3. Przykład rozkładów dokładności

PODSUMOWANIE CZĘŚCI 1:

W tej części artykuł zawiera informacje na temat pojęć: histereza, wilgotność, kalibracja i dokładność czujników wilgotności i temperatury opartych o element polimerowy.