基于双压法的湿度传感器测试系统研制

　　湿度传感器在生产和生活中应用十分广泛,在出厂之前必须进行校准测试,把不能满足精度要求的传感器筛选出来。校准测试的关键是提供一个精度高、 可控的湿度基准测试环境,但存在两个困难:一是如何在较大的温度范内,快速创造可控制的标准湿度环境?二是湿度传感器本身非线性输出,一致性较差,如何保 证测试基准的准确度?因此,本文提出了并研制了一种基于双压法的湿度传感器测试系统。

　　1双压法湿度发生器原理

　　双压法湿度发生器基本结构如图1所示,气泵把压力为P1的空气或氮气被引入充有一定量水的增湿罐,经过一定时间的循环之后,气流中的水蒸汽达到 饱和状态,此时饱和水蒸气压为ews。然后再把饱和气体膨胀(减压)至P2,进入测试腔。在膨胀过程中ews也将会按照与主体膨胀的相同比率变化。因此在 测试腔可得到水蒸气分压力e=ews×P/P1。由于设备所采用导热性极好的材料和结构,所以保证了测试腔与增湿罐的温度相同,使得增湿罐与测试腔气体的 饱和水蒸气压一样。根据相对湿度定义,RH=e/ews=ews×(P/P1)/ews=P/P1,可见通过改变增湿罐内的压力P1即可连续改变测试腔内 的相对湿度。

　　从理论上说,系统中的饱和水蒸气压并不是完全与气体压力无关,因此在实际计算中需要引入一个压力相关系数更准确地计算测量室中的相对湿度: RH=(P×f(P1))/(P1×f(P)),上式中的压力相关系数f(P)和f(P1)均小于1.01。

　　要保证双压法湿度发生器的精度,关键在于测试腔的恒温控制精度。从结构上把测试腔放在了水浴室中,当温度偏低的时候,通过DO和AO口发出不同频率的电脉冲,控制电加热器的加热量。当温度偏高的时候,启动压缩机制冷降低水温。

　　2控制系统设计

　　2.1控制系统硬件配置

　　湿度传感器测试系统的监控包括两个部分,一是湿度发生器的监控;二是被测湿度传感器的监测和记录。为了简化设计,湿度发生器的监控采用了BS- 3600现场控制器,具有8路模拟量输入(AI),8路开关量输入(DI),4路模拟量输出(AO)和4路数字量输出(DO)。监控点见表1所示。

　　根据测试系统夹具的要求,一次可测试9支湿度传感器,因此,只要选择具有9个AI点的控制器即可。BS系列控制器具有CAN总线模块,可以联网 并与上位计算机通信。测量腔的压力在100kP左右,选用量程0~150kPa,处于传感器满量程的中上部分,可以保证准确度较高;增湿罐的压力变化范围 在0.1~0.7MPa之间,选用量程0~1MPa的传感器,精度0.1% FS可以达到设计要求。

　　2.2软件设计

　　控制系统软件的主要功能包括:系统自检、恒温控制、湿度运算和状态监控等三部分内容。控制流程图见图 2。