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湿度传感器的好处-皓敦机电

2022-01-11 14:55:26已围观来源:编辑:辛文远

准确的水分管理的好处现在已被广泛接受,这明显超过了混凝土生产商的投资和后续成本。监测原料中的水分,在混合过程中控制水的添加,并最终检查成品材料的水分,会带来实质性的好处。产品产量可以最大限度地提高,有效利用材料,降低能源消耗,并确保高质量的成品。

拥有30年使用低功率微波测量湿度的经验,皓敦机电公司已成为微波湿度测量技术领域的行业领导者。传感器的微波穿透被测量的材料,它们不受灰尘环境或颜色变化的影响。由于生产的大量传感器,Hydronix降低了在线测量水分的成本,使所有生产商都能更广泛地使用它。

测量技术

用微波来测量湿度的方法有多种多样的。在混凝土行业中,最常用的方法是谐振腔技术。在过去,一个模拟微波传感器将通过谐振器的频移(响应从左到右移动)和振幅衰减(响应高度的变化)的组合来测量湿度,见图1。这种组合被测量为一个单一的模拟响应,因此频移和衰减不能被分离。皓敦机电公司在20世纪80年代开辟了新的领域,引入了一种创新的数字微波传感器,从而可以使用精确的数字技术精确地测量频移分量。这一发展导致了传感器的两个显著改进,即精度的提高,也是一个非常显著的湿度范围的扩展,随着湿度水平的增加,传感器将给出一个真正的线性响应。

每种材料对传感器产生的微波场都有不同的影响。随着水分的增加,响应会发生变化,幅度会降低。

图1:水分会导致材料介电特性的变化,从而导致频移和振幅衰减 [1]

不太先进的传感器只是在一个固定的频率下测量振幅的变化。在自定义频率范围内的测量比那些使用开放频带在单一频率范围内工作的传感器能提供更准确的结果,如防盗报警系统或Wi-Fi(433MHz或2.4GHz)使用的传感器。制造测量非固定频率振幅变化的传感器所需的组件更复杂,但提供了优越的结果。其原因如图2和图3所示。

图2:测量 图2显示了在固定频率(f1)的振幅变化下,数字多频测量和模拟测量之间的差异。

随着水分的增加,频率从f1转移到f2、f3,然后是f4。两者之间的变化在大小上是相似的。一个具有数字测量技术的传感器将持续扫描频率响应,并将跟踪当材料变得更湿润时频率的相同变化。

对于相同的湿度变化,一个频率传感器简单地测量频率f1的振幅变化,将测量从A1到A2、A3,然后是A4的变化。可以看出,随着材料变得越来越湿润,传感器逐渐失去了记录读数变化的能力。通常情况下,一个好的模拟传感器将失去从大约12%开始记录额外水分变化的能力。

这不仅影响了传感器记录在这个水平以上的湿度变化的能力,而且还意味着整个湿度曲线缺乏如图3所示的线性性。

图3:非线性测量技术的效果 [2]

使用非线性测量技术需要对传感器读数进行重要的数学操作,以便输出出对水分变化的线性响应。

数字多频测量仪能够测量从0%的水分到材料饱和度,同时在整个工作范围内保持灵敏度和精度。诚然,在混凝土行业中,这是不必要的。当批处理到严格的质量和成本目标时,在0%到12%工作的准确度方面的好处是有益的和明显的。

这也突出了一个声称是数字传感器的模拟传感器和一个传感器之间的关键区别,因为它可以处理信号并输出一个看似线性的测量,而它使用了一个数字微波湿度测量技术,它本身是线性的。后者将覆盖线性响应与后续的处理,以微调曲线,并结合诸如板载信号平滑、警报和平均功能等功能。

精度要求校准

校准是定义传感器响应的变化与材料的含水量的变化之间的关系的过程。这是必需的,因为每种材料都有自己的电特性(介电特性),这对微波场的影响是不同的。

一个好的传感器应该只需要对一个给定的材料进行校准一次。质量差的传感器需要持续重新校准。如果校准良好,一个准确和温度稳定的湿度传感器应该全年在线性湿度线上上下滑行。

然而,一个校准差的好传感器或一个校准好的不可靠的传感器,可能在短时间内在校准的湿度范围内表现良好。当传感器离开这个湿度范围时,读数将显示出越来越大的误差。同样的误差也将存在于具有底层非线性测量技术的传感器上。

对于要求很高的最终用户,即使是一个很小的校准误差也会导致很大的误差,因为即使使用如图4所示的精确传感器,湿度也会变化。

尽管可能很有吸引力,但主要制造商会同意,传感器制造商提出的关于其设备不需要校准的任何索赔将导致现场次优结果,无论有关传感器测量技术的任何技术索赔。

对于同一类型材料的粗砂和细砂,具有不同的校准良好的传感器可能比声称一种校准适用的传感器更准确。

图4显示了由于非常小的校准误差或校准斜率梯度的假设而产生的不断增加的不准确性。在校准点,2.5%和3.5%之间的湿度相当准确,但随着工作湿度范围远离此范围,可能改变季节或雨天,误差将逐渐增加显示的灰色区域是理论正确校准和使用之间的差异。

图4:假设有一个校准斜率的影响 通常将材料箱中的湿度传感器校准为绝对湿度百分比。Hydronix总是建议,校准传感器的最佳和最故障安全的方法是使用多点技术,如他们在Hydro-Com软件中使用的技术,见图5。

图5:推荐采用多点校准技术的温度稳定性

 [3]

当用潜在的陡峭校准线测量聚合时,传感器读数的一个小变化将对应于湿度读数的大变化。因此,传感器读数随温度变化保持稳定至关重要。

良好的湿度传感器中的电子硬件应设计成对温度变化无关。此外,Hydronix有一个软件补偿算法,可以测量电子设备的温度,并微调传感器以进行任何进一步的补偿。每个传感器都有一组独特的温度系数,这些温度系数存储在传感器存储器中,确保每个单元的最大稳定性。

得出结论

市场上有各种各样的湿度测量传感器,所有这些传感器都声称能提供最好和最准确的结果。众所周知,微波测量技术在混凝土行业中取得了最好的效果。在选择传感器时,您应确保其温度完全稳定,并在您希望操作的工作范围内完全呈线性分布。一个数字传感器利用一种基础测量技术,能够保持从吸收点(也称为S,S.D)到完全饱和的线性的定义,将提供良好的精度,仅受校准的精度限制。

Hydronix系列的传感器在全球超过65个国家得到了支持,我们的工程师团队也得到了我们的免费全球交换计划的支持。