了解湿度测量：提高精度的关键见解
比较相对湿度测量仪器的长期性能涉及的不仅仅是比较它们的精度规格。虽然精度规格提供了一个很好的开始，但它们并不能说明仪器整体性能的全貌，尤其是在现实世界条件下。在本博客中，除了精度规格，我们将提供在选择相对湿度测量仪器时需要考虑的四个关键因素。
1.定义和区别
精度与不确定度不同，但可作为技术规格的一部分。精度是一个定性术语，但可以使用测量不确定性的表达式来定义它。
例如，交付前校准可以“声明”仪器的引用规格或精度。
Rotronic技术规格中所陈述的精度是指参考仪器的测量值和被测仪器的测量值之间的最大差值，被称为测量误差。
测量不确定度被定义为“真实值”预期所在的范围。例如，参考值为35.0%rh的被测仪器读数可能是34.8%rh，不确定度为±0.4%rh。这意味着真实值预计在34.4%rh至35.2%rh的范围内。
公差在Rotronic技术规格中被作为极限允许的测量误差使用，它与测量不确定度不同。因此，需要额外的测量不确定度来决定是否符合应用规格。
规格与不确定度不同。规格让客户知道在每个操作范围内，给定产品可以合理地预期什么样的性能，可以考虑的最大允许测量误差和测量不确定度。
2.电容式湿度测量误差的分类
温度和压力依赖性
相对湿度取决于温度和压力
Rotronic HygroClip探头自动补偿物理温度依赖性。先进的电子元件包含基于WMO标准的类似饱和蒸汽压表，以便进行精确校正。
在常见的相对湿度测量中通常不考虑总气体压力。一个例外是当存在较大的压差时，比如几巴。例如，由于压力变化的影响，压力腔室或真空腔室出气口的相对湿度测量将为腔室内的实际相对湿度提供不同的读数。
Rotronic HygroClip探头可以设置为不同的压力，以改善补偿，特别是在输出露点等计算值时。
温度误差
温度会对湿度测量的几个方面产生重大影响。所有电子元件的组件都可能受到温度变化的影响。此外，电容式湿度传感器的吸湿性会随温度而变化。此外，温度传感器本身的精度（也用于补偿）对湿度测量的精度有影响。
HygroClip – 湿度传感器温度补偿
所有相对湿度传感器都需要补偿温度对湿度输出信号的影响，以在宽范围的温度条件下保持准确的测量。Rotronic Hycroclip探头内的AirChip 3000在存储器中保存了一组31个表，对应-100°C至+200˚C范围内的温度值。每个表都持有以10%rh的步长0%rh和100%rh之间的补偿数据。结合高精度温度测量、低功耗、低自热设计和先进的电子元件，Rotronic HygroClip可以在广泛的温度范围内实现精确的相对湿度和温度测量。
线性误差
理想的传感器在湿度与其输出方面是完全线性的（见上图），但相对湿度传感器（0…100%rh之间）的典型响应是非线性的。根据电子电路校正的有效性，仪器可能存在线性误差。如果传感器和相关电子元件都具有可再现的特性，则线性误差是系统误差。
与AirChip3000结合使用的湿度传感器的电容是相对湿度（%rh）的非线性函数。AirChip3000将从湿度传感器读取的原始值更改为线性值，并根据温度对湿度传感器的影响和每个探头的独特补偿值对这些值进行补偿。
HygroClip — 湿度传感器线性化
每个HygroClip探头都有一个名为AirChip3000的内置微控制器，它在内存中保存了一组两个表（A1%和A2%），其中包括应用于湿度传感器生成的原始湿度数据的校正（线性化）。每个表包含101个值（从0到100%rh，步长为10%rh），以实现湿度传感器的非常精确的线性化。表A1%为出厂默认值。表A2%保存了用户在调整过程中产生的额外校正。线性化湿度值是通过将两个表中的相应校正值加到原始湿度值上而获得的。插值用于中间原始值。用户可以随时将AirChip3000重置为其原始出厂设置。
注意：误选调整值可能会导致线性误差的不同分布，并可能对仪器精度产生不利影响。
通常，仪器制造商推荐的调整值是以最小化线性误差为目标确定的。调整这些值应能减少线性误差。
Rotronic关于调整点的建议：
- 1.在23℃和35%rh下的第一个调整点：该标准调整点用于提高传感器在典型环境条件下的基线精度。在这个点下的调整有助于确保在温和环境中进行可靠的测量。
- 2.在23℃和35%rh以上如50%rh-80%rh下的第二个调整点：在较高湿度水平下的调整点，如80%rh，可以提高传感器在较高湿度条件下准确测量的能力。这一步对于验证湿度水平升高时的性能至关重要，可确保传感器在其工作范围内保持准确。
- 3.在23℃和35%rh以下如10%rh-20%rh的第三个调整点：这个低湿度调整点提高了传感器在干燥条件下的性能。低于20%rh的调整对于确认传感器即使在湿度很小的环境中也能检测并报告精确的数据至关重要。
通过使用这三个不同的点，调整可确保传感器的整体精度得到优化，并在宽湿度范围内保持公差水平
调整误差
校准是将测量仪器的输出与参考值进行比较，并报告结果。调整是改变仪器的输出并校准它以匹配参考的输出。
用于提供已知湿度和温度值进行校准的参考仪器有其自身的不确定度，由精度、重复性、再现性和滞后值组成，在指定最终仪器不确定度时必须考虑这些不确定度。此外，如果在校准服务期间没有进行调整，则必须考虑测量误差，并将其纳入仪器结果的计算中，或将其作为未校正的误差添加到精度中。
使用Rotronic湿度标准进行调整
温度对Rotronic湿度标准的平衡湿度有影响，证书中23°C的校准值与表中实际温度的湿度值之间的差值必须手动添加到调整参考值的输入中。
迟滞
滞后是通过运行湿度条件的升序和降序获得的相应数据对之间可以测量的最大差值。滞后决定了湿度仪器的再现性。
对于任何给定的仪器，滞后值取决于几个因素：
通常，随着传感器长时间暴露在高湿度和高温下，传感器滞后现象会增加。
注意：温度会改变传感器和电缆的电容。电子元件报告的湿度值必须补偿温度对探头的影响。
只有说明传感器的滞后值，同时提供有关如何执行测试的详细信息，才有意义。在实际测量实践中，条件非常多样化，滞后可能会也可能不会达到最大值。因此，将迟滞视为一个既不能完全预测也不能补偿的随机值是合理的。当规定了仪器的精度时，滞后最大值的一半应作为正负误差平均分布。然而，不应将仪器再现性规定为小于滞后的全值。
3.了解湿度精度
精度，当提及测量仪器时，通常意味着测量的量值与真实量值之间的接近程度。然而，在实际中，重要的是要记住，没有“真实”值——每次测量都有一定程度的测量不确定性和测量误差。Rotronic数据表上的精度规格仅描述了仪器读数与参考设备读数之间的允许差异（测量误差）。
在许多情况下，精度规格本身不足以评估湿度传感器的长期可靠性，特别是如果在条件多变的环境中工作。原因如下：
4.温度范围内的精度变化
大多数精度规格仅在特定温度或较窄的温度范围内有效，例如23°C或20°C±5°C范围内的±0.8%rh。如果您在这些参数之外使用仪器，其精度可能会降低。这是因为相对湿度探头对温度敏感，其性能受到环境温度变化的影响。
注意事项：
5.校准测量不确定度：一个关键因素
每一次测量，无论多么精确，都带有一些不确定性。校准不确定度是指校准程序的精确性，是了解湿度仪器总精度的关键信息。
6.长期漂移（稳定性）：潜在的挑战
所有相对湿度测量仪器都会经历一些长期漂移——由于电子元件老化、机械磨损和污染物积聚等因素，读数会随着时间的推移而变化。电容式相对湿度传感器容易漂移，因为它们暴露在它们正在测量的环境中。湿度传感器中聚合物的老化是一种正常行为，湿度条件越高，通常显示的值就越高。
当漂移超过3%rh时，Rotronic建议更换传感器，因为传感器之后会漂移得越来越快。
漂移的常见原因：
根据传感器的设计和环境，长期漂移可以是可预测的或不可预测的。虽然温度传感器通常可以密封以避免接触污染物，但相对湿度传感器通常是“空气呼吸器”，使其更容易受到环境影响。
Rotronic湿度和温度探头在清洁空气中使用时的漂移为每年小于1%RH。
7.处理污染物：颗粒物和蒸汽
相对湿度传感器对环境中的污染物特别敏感。这些污染物可能会暂时或永久地影响读数，具体取决于其类型和浓度。两种常见的污染物是：
结论：精度规格以外的探究
选择正确的相对湿度测量仪器需要的不仅仅是查看数据表上的精度规格。温度范围、校准不确定性、长期漂移和环境污染物等因素在决定设备真正的长期性能方面都起着至关重要的作用。为了避免超公差情况，请深入了解产品数据，与厂商沟通，并将规格与特定应用相适配，确保在仪器安装、维护和校准中运用良好实践。