干湿球测湿法采用间接测量方法

干湿球测湿法采用间接测量方法，通过测量干球、湿球的温度经过计算得到湿度值. 因此对使用温度没有严格限制，在高温环境下测湿不会对传感器造成损坏。

干湿球湿度计的特点：

早在18世纪人类就发明了干湿球湿度计，干湿球湿度计的准确度还取决于干球、湿球两支温度计本身的精度；湿度计必须处于通风状态：只有纱布水套、水质、风速都满足一定要求时，才能达到规定的准确度。干湿球湿度计的准确度只有5％一7％RH。

附：湿度测量的基本概念

在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环境湿度进行测量及控制。对环境温、湿度的控制以及对工业材料水份值的监测与分析都已成为比较普遍的技术条件之一,但在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数。这是因为测量湿度要比测量温度复杂得多，温度是个独立的被测量，而湿度却受其他因素(大气压强、温度)的影响。此外，湿度的校准也是一个难题。国外生产的湿度标定设备价格十分昂贵。

一、湿度定义

在计量法中规定,湿度定义为"物象状态的量"。日常生活中所指的湿度为相对湿度，用RH%表示。总言之，即气体中(通常为空气中)所含水蒸气量(水蒸气压)与其空气相同情况下饱和水蒸气量(饱和水蒸气压)的百分比。

湿度很久以前就与生活存在着密切的关系,但用数量来进行表示较为困难。对湿度的

表示方法有绝对湿度、相对湿度、露点、湿气与干气的比值(重量或体积)等等。

二、湿度测量方法

湿度测量从原理上划分有二、三十种之多。但湿度测量始终是世界计量领域中著名的难题之一。一个看似简单的量值，深究起来，涉及相当复杂的物理-化学理论分析和计算，初涉者可能会忽略在湿度测量中必需注意的许多因素，因而影响传感器的合理使用。

常见的湿度测量方法有：动态法(双压法、双温法、分流法)，静态法(饱和盐法、硫酸法)，露点法，干湿球法和电子式传感器法。

① 双压法、双温法是基于热力学P、V、T平衡原理，平衡时间较长，分流法是基于绝对湿气和绝对干空气的精确混合。由于采用了现代测控手段，这些设备可以做得相当精密，却因设备复杂，昂贵，运作费时费工，主要作为标准计量之用，其测量精度可达±2%RH以上。

② 静态法中的饱和盐法，是湿度测量中最常见的方法，简单易行。但饱和盐法对液、气两相的平衡要求很严，对环境温度的稳定要求较高。用起来要求等很长时间去平衡，低湿点要求更长。特别在室内湿度和瓶内湿度差值较大时，每次开启都需要平衡6~8小时。

③ 露点法是测量湿空气达到饱和时的温度，是热力学的直接结果，准确度高，测量范围宽。计量用的精密露点仪准确度可达±0.2℃甚至更高。但用现代光-电原理的冷镜式露点仪价格昂贵，常和标准湿度发生器配套使用。

④ 干湿球法，这是18世纪就发明的测湿方法。历史悠久，使用最普遍。干湿球法是一种间接方法，它用干湿球方程换算出湿度值，而此方程是有条件的：即在湿球附近的风速必需达到2.5m/s以上。普通用的干湿球温度计将此条件简化了，所以其准确度只有5~7%RH,干湿球也不属于静态法，不要简单地认为只要提高两支温度计的测量精度就等于提高了湿度计的测量精度。

⑤电子式湿度传感器法

电子式湿度传感器产品及湿度测量属于90年代兴起的行业, 近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得了长足进步。湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代湿度测控系统创造了有利条件，也将湿度测量技术提高到新的水平。

三、湿度测量方案的选择

现代湿度测量方案最主要的有两种：干湿球测湿法，电子式湿度传感器测湿法。下面对这两种方案进行比较，以便客户选择适合自己的湿度测量方法。

干湿球测湿法的维护相当简单，在实际使用中，只需定期给湿球加水及更换湿球纱布即可。与电子式湿度传感器相比，干湿球测湿法不会产生老化，精度下降等问题。所以干湿球测湿方法更适合于在高温及恶劣环境的场合使用。

电子式湿度传感器的特点：

而电子式湿度传感器是近几十年，特别是近20年才迅速发展起来的。湿度传感器生产厂在产品出厂前都要采用标准湿度发生器来逐支标定，电子式湿度传感器的准确度可以达到2％一3％RH。

在实际使用中，由于尘土、油污及有害气体的影响，使用时间一长，会产生老化，精度下降，湿度传感器年漂移量一般都在±2%左右，甚至更高。一般情况下，生产厂商会标明1次标定的有效使用时间为1年或2年，到期需重新标定。

电子式湿度传感器的精度水平要结合其长期稳定性去判断，一般说来，电子式湿度

传感器的长期稳定性和使用寿命不如干湿球湿度传感器。

湿度传感器是采用半导体技术，因此对使用的环境温度有要求，超过其规定的使用温度将对传感器造成损坏。

所以电子式湿度传感器测湿方法更适合于在洁净及常温的场合使用。

四、湿度传感器选择的注意事项

①．选择测量范围

和测量重量、温度一样，选择湿度传感器首先要确定测量范围。除了气象、科研部门外，搞温、湿度测控的一般不需要全湿程(0-100％RH)测量。

②、选择测量精度

测量精度是湿度传感器最重要的指标，每提高-个百分点，对湿度传感器来说就是上一个台阶，甚至是上一个档次。因为要达到不同的精度，其制造成本相差很大，售价也相差甚远。所以使用者一定要量体裁衣，不宜盲目追求"高、精、尖"。

如在不同温度下使用湿度传感器，其示值还要考虑温度漂移的影响。众所周知，相对湿度是温度的函数，温度严重地影响着指定空间内的相对湿度。温度每变化0.1℃。将产生0.5％RH的湿度变化(误差)。使用场合如果难以做到恒温，则提出过高的测湿精度是不合适的。

多数情况下，如果没有精确的控温手段，或者被测空间是非密封的，±5％RH的精度就足够了。对于要求精确控制恒温、恒湿的局部空间，或者需要随时跟踪记录湿度变化的场合，再选用±3％RH以上精度的湿度传感器。

而精度高于±2％RH的要求恐怕连校准传感器的标准湿度发生器也难以做到，更何况传感器自身了。相对湿度测量仪表，即使在20-25℃下，要达到2％RH的准确度仍是很困难的。通常产品资料中给出的特性是在常温(20℃±10℃)和洁净的气体中测量的。

③、考虑时漂和温漂

在实际使用中，由于尘土、油污及有害气体的影响，使用时间一长，电子式湿度传器会产生老化，精度下降，电子式湿度传器年漂移量一般都在±2%左右，甚至更高。一般情况下，生产厂商会标明1次标定的有效使用时间为1年或2年，到期需重新标定。

④、其它注意事项

湿度传感器是非密封性的，为保护测量的准确度和稳定性，应尽量避免在酸性、碱性及含有机溶剂的气氛中使用。也避免在粉尘较大的环境中使用。为正确反映欲测空间的湿度，还应避免将传感器安放在离墙壁太近或空气不流通的死角处。如果被测的房间太大，就应放置多个传感器。

有的湿度传感器对供电电源要求比较高，否则将影响测量精度。或者传感器之间相互干扰，甚至无法工作。使用时应按照技术要求提供合适的、符合精度要求的供电电源。

传感器需要进行远距离信号传输时，要注意信号的衰减问题。当传输距离超过200m以上时，建议选用频率输出信号的湿度传感器。

由HM1500／1520型湿度传感器和单片机构成的智能湿度测量仪电路如图所示。该仪表采用+5V电源，配4只共阴极LED数码管。电路*使用了3片IC：IC1为HM1500／1520型湿度传感器，IC2是由美

国微芯片(Microchip)公司生产的带10位ADC的单片机PIC16F874，IC3为7达林顿反相驱动器阵列MC1413。PIC16F874是一种高性价比的8位单片机，内含8路逐次逼近式10位A／D转换器，最多可对8路湿度信号进行模数转换，现仅用其中一路。JT为4MHz石英晶体，配上振荡器电容C1、C2之后可为单片机提供4MHz时钟频率。PIC16F874的电源电压范围较宽(+2．5～+5V)，适合低压供电，静态电流小于2mA。RA口(RA0～RA7)为I／O接口，现利用PA0(亦称AIN0)口线来接收湿度传感器所产生的电压信号。PA1～PA4输出位扫描信号，经过MC1413获得反相后的位驱动信号。RB口中的RB0～RB6输出7段码信号，接LED显示器相应的笔段电极a～g。PIC16F874还具有掉电保护功能，MCLR为掉电复位锁存端。当UDD从+5V降至+4V以下时，芯片就进入复位状态。一旦电源电压又恢复正常，必须经过72ms的延迟时间才脱离复位状态，转入正常运行状态。在掉电期间RAM中的数据保持不变，绝不会丢失。 一种智能温湿度控制器的设计

随着电力系统规模越来越大、电压等级越来越高，供电可靠性也要求更加严格。供配电设备环境的温度、湿度是影响设备运行的重要因素。温度过高会加速仪器设备元器件老化，缩短其使用寿命，甚至直接导致设备损坏；低温、潮湿，设备表面产生凝露则有可能发生爬电、闪络等事故。

一种智能温湿度控制器的设计

基于以上考虑，在中高压开关柜、箱变、端子箱等供配电设备中进行湿度控制是十分必要的。下面将介绍一种WHD型智能湿度控制器的设计方法，最多实现三路湿度的测量与控制；结合RS485总线技术及上位机软件，可实现数据及状态信息远传，满足低压配电智能化及网络化发展的需求。

1 硬件电路设计

1.1 硬件设计的总体思路

硬件系统以单片机为核心，按功能可划分为：电源供电、湿度测量、控制输出、人机对话以及通讯五个部分，如图1所示。

电源供电电路将AC220V或其他类型辅助电源转化为系统工作所需的直流电源。单片机将传感器测得的湿度值进行比较、处理，确定输出控制部分继电器的工作状态，并显示和发送湿度数值及输出控制部分的工作状态信息。人机对话部分具有按键信息录入功能，用户可根据实际情况，通过按键编程设置系统的工作参数。

1.2 硬件的具体电路及原理

核心器件单片机选用STC公司的STC89C58RD+型单片机，它是一款兼容51内核的增强型8位机，片上资源丰富，抗干扰能力突出。STC89C58RD+(D版本)支持6时钟/机器周期，内含32K字节用户程序空间，片上集成1280字节RAM，16K字节EEPROM空间；支持

ISP/IAP功能，无须专用编程器；片上还集成了看门狗电路及MAX810专用复位电路。

湿度的测量选用SENSIRION公司开发的数字式湿度一体传感器芯片SHT11。该传感器可同时测湿度，并提供全程标定的数据输出，所以使用该传感器既可以降低硬件成本，又方便了整机测试。其技术参数如下表所示：

温度参数：

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该传感器与CPU之间的通讯采用二线制方式，即DATA(数据)线和CLK(同步时钟脉冲)线。测量三路温度、湿度时，CPU与传感器的连接电路如图2所示。CPU通用I/O口中的P1.0和P1.1，P1.2和P1.3，P1.4和P1.5分别与三路温湿度传感器SHT11连接，其中P1.0、P1.2、P1.4分别作为各路通讯的DATA(数据)线，P1.1、P1.3、P1.5分别作为各路通讯的CLK(同步时钟)线，DATA线需外加10KΩ的上拉电阻将信号提高至高电平(详情请参考SHT11数据手册)。实际使用时，传感器与控制器之间(即图中虚线部分)以屏蔽线连接，经验证，CPU与传感器之间的最大通讯距离为10米。如果使用74HC245或其他芯片提高I/O口的驱动能力，可增加通讯距离，但会降低系统的抗干扰性能，因此不予采纳。

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程序初始化包括配置CPU的SFR，设置I/O口初始状态，从EEPROM读取工作参数，设置看门狗定时器的复位时间等。需要注意的是，一般只在主程序中喂狗，看门狗的复位时间时要设置的比测量程序中可能出现的最长等待时间还要长。以下给出主程序的部分C语言源代码。

void Main ()

{

WDT_CONTR = 0x00;//关闭看门狗

InitialEeprom();//读EEPROM

InitialIO();//初始化I/O状态

InitialSFR();//设置SFR

InitialSHT11();//初始化传感器

InitialComm ();//初始化通讯口

WDT_CONTR = 0x35;//喂狗1.25秒

while(1)

{

WDT_CONTR = 0x35;

KeyScan();//按键查询

KeyProcess();//按键信息处理

}

}

通讯收发处理、显示和温湿度测量控制均以中断方式实现，优先级顺序为：串口通讯中断(最高)→显示中断→测量控制中断(最低)。

系统通讯采用标准MODBUS-RTU规约，便于上位机管理软件设计，与其他网络仪表组网使用，实现对供配电系统的完整监测。

3 产品应用

在电力供配电环境中进行温湿度控制，一般采取如图5所示的方案。

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通过温湿度传感器采集开关柜或箱式变电站中的温度、湿度信息，经控制器处理后输出继电器触点信号(断开或导通)，再将触点信号连接到温湿度调节设备(一般使用加热器或风扇)的电源回路中，用于控制其工作或停止，以实现对温湿度的智能化控制。

WHD型智能温湿度控制器通用技术指标如下：

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此类温湿度控制器可控制一路、二路或三路温湿度，每一路温湿度传感器对应一组(二个)继电器输出触点，其中一个触点用于控制加热器，实现升温或除湿控制，另一触点用于控制风扇，实现排风控制。当传感器或加热器发生故障时，控制器会发出报警信号。

控制器中还可设置温湿度控制的回滞量，即调节设备的启动条件与停止条件之差。如图6所示，以加热升温为例，当环境温度降低到预先设置“加热启动温度”以下时，控制器输出触点导通信号，加热器工作，环境温度逐渐上升；当环境温度上升至“加热停止温度”以上时，控制器输出触点断开信号，加热器停止加热。根据经验，回滞量一般设置在4～10(℃或RH%)范围内较合适。

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铝合金加热器是电力供配电系统中最常用的温湿度调节设备，下面是由经验总结的环境空间大小与加热器功率选择的关系，供读者参考。

WHD型智能温湿度控制器可将测量的温湿度值及控制系统中的各种状态信息通过RS485通讯接口向上位机远传，由上位机管理软件实现遥测、遥控，满足了智能化、网络化发展的要求。

本文介绍了一种智能温湿度控制器的设计方法及应用，可实现最大三路温湿度的采集、控制，并具有编程参数设置和RS485(MODBUS-RTU)通讯功能。经实践验证，参照此方法设计的WHD系列产品在实际应用中易于用户使用，控温及控湿效果显著。同时，该产品的抗电磁干扰性能突出，例如，5kHz和100kHz频段抗脉冲群干扰可达到三级，适合在电磁环境相对恶劣的电气设备中使用。

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