劉 鋒 董薔薇

（民航大連空中交通管理站，遼寧 大連 116033）

HMP45D溫濕度傳感器的工作原理及維護(hù)

劉 鋒 董薔薇

（民航大連空中交通管理站，遼寧 大連 116033）

文章介紹了HMP45D溫濕度傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理，并深層次地介紹了傳感器定期維護(hù)和校準(zhǔn)的基本方法，旨在提高設(shè)備的穩(wěn)定性，以保證氣象儀器在使用中能夠提供準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)。

HMP45D；溫濕度傳感器；原理；維護(hù)

（一）HMP45D溫濕度傳感器的結(jié)構(gòu)

HMP45D溫濕度傳感器應(yīng)安裝在其中心點(diǎn)離地面 1.5米處。其中，溫度傳感器是鉑電阻溫度傳感器，濕度傳感器是濕敏電容濕度傳感器，即HMP45D是將鉑電阻溫度傳感器與濕敏電容濕度傳感器制作成為一體的溫濕度傳感器，如圖 1所示。

圖1 HMP45D溫濕度傳感器外型圖

（二）HMP45D溫濕度傳感器的工作原理

1.溫度傳感器工作原理

HMP45D溫濕度傳感器的測(cè)溫元件是鉑電阻傳感器Pt100，其結(jié)構(gòu)如圖2。鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻隨溫度變化的原理制成的。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的復(fù)現(xiàn)可達(dá)萬(wàn)分之幾攝氏度的精確度，在-259.34～+630.74范圍內(nèi)可作為標(biāo)準(zhǔn)儀器。鉑電阻材料具有如下特點(diǎn)：溫度系數(shù)較大，即靈敏度較大；電阻率交大，易于繞制高阻值的元件；性能穩(wěn)定，材料易于提純；測(cè)溫精度高，復(fù)現(xiàn)性好。

圖2 鉑電阻溫度傳感器結(jié)構(gòu)圖

由于鉑電阻具有阻值隨溫度改變的特性，所以自動(dòng)氣象站中采集器是利用四線制恒流源供電方式及線性化電路，將傳感器電阻值的變化轉(zhuǎn)化為電壓值的變化對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量。鉑電阻在0℃時(shí)的電阻值R0是100Ω，以0℃作為基點(diǎn)溫度，在溫度t時(shí)的電阻值Rt為

式中：α，β為系數(shù)，經(jīng)標(biāo)定可以求出其值。由恒流源提供恒定電流I0流經(jīng)鉑電阻Rt，電壓I0Rt通過(guò)電壓引線傳送給測(cè)量電路，只要測(cè)量電路的輸入阻抗足夠大，流經(jīng)引線的電流將非常小，引線的電阻影響可忽略不計(jì)。所以，自動(dòng)氣象站溫度傳感器電纜的長(zhǎng)短與阻值大小對(duì)測(cè)量值的影響可忽略不計(jì)。測(cè)量電壓的電路采用A/D轉(zhuǎn)換器方式。

2.濕度傳感器工作原理

HMP45D溫濕度傳感器的測(cè)濕元件是 HUMICIP180高分子薄膜型濕敏電容，濕敏電容具有感濕特性的電介質(zhì)，其介電常數(shù)隨相對(duì)濕度的變化而變化，從而完成對(duì)濕度的測(cè)量。濕敏電容主要由濕敏電容和轉(zhuǎn)換電路兩部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。它由上電極（upper electrode）、濕敏材料即高分子薄膜（thin-film polymer）、下電極（lower electrode）、玻璃襯底（glass substrate）幾部分組成。

圖3 濕敏電容傳感器結(jié)構(gòu)圖

濕敏電容傳感器上電極是一層多孔膜，能透過(guò)水汽；下電極為一對(duì)電極，引線由下電極引出；基板是玻璃。整個(gè)傳感器由兩個(gè)小電容器串聯(lián)組成。濕敏材料是一種高分子聚合物，它的介電常數(shù)隨著環(huán)境的相對(duì)濕度變化而變化。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生變化時(shí)，濕敏元件的電容量隨之發(fā)生改變，即當(dāng)相對(duì)濕度增大時(shí)，濕敏電容量隨之增大，反之減小，電容量通常在48～56pF。傳感器的轉(zhuǎn)換電路把濕敏電容變化量轉(zhuǎn)換成電壓量變化，對(duì)應(yīng)于濕度 0～100%RH的變化，傳感器的輸出呈 0～1V的線性變化。由此，可以通過(guò)濕敏電容濕度傳感器測(cè)得相對(duì)濕度。

（三）HMP45D溫濕度傳感器的校準(zhǔn)和維護(hù)

對(duì)HMP45D 傳感器的維護(hù)，要注意定期清潔，對(duì)于溫度傳感器測(cè)量時(shí)要保證Pt100 鉑電阻表面及管腳的清潔干燥。在清洗鉑電阻時(shí)一定要將濕度傳感器取下，使用酒精或異丙酮進(jìn)行清洗。其具體步湊如下：

1.旋開探頭處黑色過(guò)濾器，過(guò)濾器內(nèi)有一層薄薄的白色過(guò)濾網(wǎng)，旋出過(guò)濾網(wǎng)，用干凈的小毛刷刷去過(guò)濾網(wǎng)上的灰塵，然后用蒸餾水分別將它們清洗干凈。

2.等保護(hù)罩和濾紙完全風(fēng)干之后，將其安裝到傳感器上。然后再將傳感器通過(guò)外轉(zhuǎn)接盒連接到采集器上，再和濕度標(biāo)準(zhǔn)傳感器一起放入恒濕鹽濕度發(fā)生器進(jìn)行對(duì)比。恒濕鹽容器的溫濕參數(shù)如表1。

表1 HMP45D校準(zhǔn)前后數(shù)據(jù)對(duì)比

3.先將傳感器置入低濕環(huán)境（濕度＜50%）進(jìn)行對(duì)比，待其穩(wěn)定后，記錄10分鐘的對(duì)比數(shù)據(jù)，每分鐘一次。

4.再將傳感器置入高濕環(huán)境（濕度＞50%）進(jìn)行對(duì)比，待其穩(wěn)定后，記錄10分鐘的對(duì)比數(shù)據(jù)，每分鐘一次。

5.在平面坐標(biāo)系中繪制測(cè)量輸出曲線，并和理想輸出曲線比較，判斷其相對(duì)理想輸出曲線是偏移變化還是線形度變化，最后通過(guò)HMP45D上兩個(gè)電位器調(diào)節(jié)旋鈕，分別標(biāo)注為W，D，如圖4所示，進(jìn)行調(diào)整。

圖4 W，D調(diào)節(jié)按鈕示意圖

6.DRY 旋鈕調(diào)整偏移，使測(cè)量曲線的高度產(chǎn)生變化，如圖5所示。

圖5 DRY端偏移調(diào)整圖

7.WET 旋鈕調(diào)整線形度，使測(cè)量曲線的斜率產(chǎn)生變化，如圖6所示。

圖6 WET端偏移調(diào)整圖

8.通過(guò)調(diào)整兩旋鈕使實(shí)際輸出曲線盡可能接近理想輸出曲線。

（四）結(jié)論

HMP45D溫濕度傳感器是無(wú)法被密封保護(hù)的，傳感器的測(cè)量部分總是要和空氣中的灰塵和化學(xué)物質(zhì)接觸，故隨著使用時(shí)間的增加，發(fā)生故障的概率也會(huì)增大。因此，傳感器的定期維護(hù)和校準(zhǔn)時(shí)十分重要的。機(jī)務(wù)員只有掌握其原理和結(jié)構(gòu)以及維護(hù)和校準(zhǔn)方法，才能夠?qū)ψ詣?dòng)氣象站溫濕度部分的故障進(jìn)行分析和修復(fù)。

[1]中國(guó)氣象局.II型自動(dòng)氣象站行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:氣象出版社,2000.

[2]袁希光.傳感器技術(shù)手冊(cè)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1992:325-332.

[3]鄭麗英.鉑電阻溫度傳感器[M].成都:四川省氣象局, 2006.[4]袁野,何春林.VAISALA溫濕度工作原理及校準(zhǔn)[J].空中交通管理,2009,4:46-47.

[5]江浩.VAISALA溫度傳感器的故障檢測(cè)與診斷[J].空中交通管理,2006,5:45-47.

TP212.11

A

1008-1151(2011)04-0013-02

HMP45D溫濕度傳感器是芬蘭 VAISALA公司開發(fā)的具有HUMICAP技術(shù)的新一代聚合物薄膜電容傳感器，目前大連周水子國(guó)際機(jī)場(chǎng)空管氣象部門已投入業(yè)務(wù)運(yùn)行的自動(dòng)氣象站，均采用該傳感器。由于該傳感器的測(cè)量部分總是要和空氣中的灰塵和化學(xué)物質(zhì)接觸，從而使傳感器在某些環(huán)境中產(chǎn)生漂移。而儀器的電氣參數(shù)會(huì)隨時(shí)間的推移、溫度變化及機(jī)械沖擊產(chǎn)生變化，因此傳感器需要進(jìn)行定期維護(hù)和校準(zhǔn)。

2011-01-14

劉鋒（1982 - ），男，供職于民航大連空中交通管理站，碩士，從事氣象裝備保障工作。