论文导读：温湿度传感器的结构。温湿度传感器应安装在其中心点离地面1.5米处。温湿度传感器的工作原理。温湿度传感器的校准和维护。维护，HMP45D温湿度传感器的工作原理及维护。
关键词：HMP45D，温湿度传感器，原理，维护
引言
HMP45D温湿度传感器是芬兰VAISALA公司开发的具有HUMICAP技术的新一代聚合物薄膜电容传感器，目前大连周水子国际机场空管气象部门已投入业务运行的自动气象站[1]，均采用该传感器。论文范文，。由于该传感器的测量部分总是要和空气中的灰尘和化学物质接触，从而使传感器在某些环境中产生漂移。论文范文，。而仪器的电气参数会随时间的推移、温度变化及机械冲击产生变化，因此传感器需要进行定期维护和校准。
1.HMP45D温湿度传感器的结构
HMP45D温湿度传感器应安装在其中心点离地面1.5米处。其中，温度传感器是铂电阻温度传感器，湿度传感器是湿敏电容湿度传感器[2]，即HMP45D是将铂电阻温度传感器与湿敏电容湿度传感器制作成为一体的温湿度传感器，如图1所示。
图1 HMP45D温湿度传感器外型图
2.HMP45D温湿度传感器的工作原理
2．1 温度传感器工作原理
HMP45D温湿度传感器的测温元件是铂电阻传感器Pt100，其结构如图2。铂电阻温度传
感器是利用其电阻随温度变化的原理制成的。标准铂电阻的复现可达万分之几摄氏度的精确度，在-259.34～+630.74范围内可作为标准仪器。铂电阻材料具有如下特点：温度系数较大，即灵敏度较大；电阻率交大，易于绕制高阻值的元件；性能稳定，材料易于提纯；测温精度高，复现性好[3]。
图2 铂电阻温度传感器结构图
由于铂电阻具有阻值随温度改变的特性，所以自动气象站中采集器是利用四线制恒流源供电方式及线性化电路，将传感器电阻值的变化转化为电压值的变化对温度进行测量[4]。铂电阻在0℃时的电阻值R0是100Ω，以0℃作为基点温度，在温度t时的电阻值Rt为
 (1)
式中：α，β为系数，经标定可以求出其值。由恒流源提供恒定电流I0流经铂电阻Rt，电压I0Rt通过电压引线传送给测量电路，只要测量电路的输入阻抗足够大，流经引线的电流将非常小，引线的电阻影响可忽略不计。所以，自动气象站温度传感器电缆的长短与阻值大小对测量值的影响可忽略不计。论文范文，。测量电压的电路采用A/D转换器方式。
2．2 湿度传感器工作原理
HMP45D温湿度传感器的测湿元件是HUMICIP180高分子薄膜型湿敏电容，湿敏电容具有感湿特性的电介质，其介电常数随相对湿度的变化而变化，从而完成对湿度的测量。湿敏电容主要由湿敏电容和转换电路两部分组成，其结构如图3所示。它由上电极(upper electrode)、湿敏材料即高分子薄膜(thin-film polymer)、下电极(lower electrode)、玻璃衬底(glass substrate)几部分组成。
图3 湿敏电容传感器结构图
湿敏电容传感器上电极是一层多孔膜，能透过水汽；下电极为一对电极，引线由下电极引出；基板是玻璃。整个传感器由两个小电容器串联组成。湿敏材料是一种高分子聚合物，它的介电常数随着环境的相对湿度变化而变化。当环境湿度发生变化时，湿敏元件的电容量随之发生改变，即当相对湿度增大时，湿敏电容量随之增大，反之减小，电容量通常在48～56pF。传感器的转换电路把湿敏电容变化量转换成电压量变化，对应于湿度0～100%RH的变化，传感器的输出呈0～1V的线性变化。由此，可以通过湿敏电容湿度传感器测得相对湿度。
3．HMP45D温湿度传感器的校准和维护
对HMP45D 传感器的维护，要注意定期清洁，对于温度传感器测量时要保证Pt100 铂电阻表面及管脚的清洁干燥。论文范文，。在清洗铂电阻时一定要将湿度传感器取下，使用酒精或异丙酮进行清洗。其具体步凑如下：
1） 旋开探头处黑色过滤器，过滤器内有一层薄薄的白色过滤网，旋出过滤网，用干净的小毛刷刷去过滤网上的灰尘，然后用蒸馏水分别将它们清洗干净。
2） 等保护罩和滤纸完全风干之后，将其安装到传感器上。然后再将传感器通过外转接盒连接到采集器上，再和湿度标准传感器一起放入恒湿盐湿度发生器进行对比。恒湿盐容器的温湿参数[4]如表1。
表1HMP45D校准前后数据对比
 时间 （分） |
校准前 DRY 实际值 |
校准前 DRY 测量值 |
校准前 WET 实际值 |
校准前 WET 测量值 |
校准后 DRY 实际值 |
校准后 DRY 测量值 |
校准后 WET 实际值 |
校准后 WET 测量值 |
| 1 |
34.0 |
30.0 |
75.5 |
69.4 |
35.0 |
34.2 |
75.5 |
73.8 |
| 2 |
34.0 |
30.0 |
75.5 |
69.4 |
35.0 |
34.2 |
75.5 |
73.8 |
| 3 |
34.1 |
30.2 |
75.5 |
69.5 |
35.1 |
34.3 |
75.5 |
73.8 |
| 4 |
34.1 |
30.2 |
75.6 |
69.5 |
35.1 |
34.3 |
75.5 |
73.9 |
| 5 |
34.1 |
30.2 |
75.6 |
69.5 |
35.1 |
34.3 |
75.6 |
73.9 |
| 6 |
34.2 |
30.4 |
75.7 |
69.6 |
35.1 |
34.3 |
75.6 |
73.9 |
| 7 |
34.2 |
30.4 |
75.7 |
69.6 |
35.2 |
34.4 |
75.6 |
73.9 |
| 8 |
34.3 |
30.5 |
75.7 |
69.7 |
35.2 |
34.4 |
75.6 |
74.1 |
| 9 |
34.3 |
30.5 |
75.7 |
69.7 |
35.2 |
34.4 |
75.7 |
74.2 |
| 10 |
34.3 |
30.5 |
75.7 |
69.7 |
35.3 |
34.4 |
75.7 |
74.3 |
| 平均 |
34.15 |
30.29 |
75.62 |
69.55 |
35.13 |
34.32 |
75.58 |
73.95 |
 差值 |
3.86 |
6.07 |
0.81 |
1.63 |
3） 先将传感器置入低湿环境（湿度＜50%）进行对比，待其稳定后，记录10分钟的对比数据，每分钟一次。
4） 再将传感器置入高湿环境（湿度＞50%）进行对比，待其稳定后，记录10分钟的对比数据，每分钟一次。
5） 在平面坐标系中绘制测量输出曲线，并和理想输出曲线比较，判断其相对理想输出曲线是偏移变化还是线形度变化，最后通过HMP45D上两个电位器调节旋钮[5]，分别标注为W，D，如图4所示，进行调整。论文范文，。
图4 W，D调节按钮示意图
6）DRY 旋钮调整偏移，使测量曲线的高度产生变化[6]，如图5所示。论文范文，。
图5 DRY端偏移调整图
7）WET 旋钮调整线形度，使测量曲线的斜率产生变化，如图6所示。
图6 WET端偏移调整图
8）通过调整两旋钮使实际输出曲线尽可能接近理想输出曲线。
4.结论
HMP45D温湿度传感器是无法被密封保护的，传感器的测量部分总是要和空气中的灰尘和化学物质接触，故随着使用时间的增加，发生故障的概率也会增大。因此，传感器的定期维护和校准时十分重要的。机务员只有掌握其原理和结构以及维护和校准方法，才能够对自动气象站温湿度部分的故障进行分析和修复。
参考文献：
[1]中国气象局.II型自动气象站行业标准[S]. 北京：气象出版社, 2000.
[2]袁希光.传感器技术手册[M]. 北京：国防工业出版社, 1992:325-332.
[3]郑丽英.铂电阻温度传感器[M]. 成都：四川省气象局, 2006.
[4]袁野,何春林.VAISALA温湿度工作原理及校准[J].空中交通管理, 2009,4:46-47.
[5]江浩.VAISALA温度传感器的故障检测与诊断[J]. 空中交通管理, 2006,5:45-47.
[6]孙文良,沈秋宇,于文博,李东宇,李大明.HMP45D温湿度传感器的检定校准[J]. 气象水文海洋仪器, 2009, 3: 124-126 .
|
