HMP45D溫濕度傳感器的工作原理及維護

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

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溫濕度傳感器的結構和工作原理，并深層次地介紹了傳感器定期維護和校準的基本方法，旨在提高設備的穩定性，以保證氣象儀器在使用中能夠提供準確的測量數據。

HMP45D；溫濕度傳感器；原理；維護

（一）HMP45D溫濕度傳感器的結構

HMP45D溫濕度傳感器應安裝在其中心點離地面 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溫濕度傳感器的測溫元件是鉑電阻傳感器Pt100，其結構如圖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。標準鉑電阻的復現可達萬分之幾攝氏度的精確度，在-259.34～+630.74范圍內可作為標準儀器。鉑電阻材料具有如下特點：溫度系數較大，即靈敏度較大；電阻率交大，易于繞制高阻值的元件；性能穩定，材料易于提純；測溫精度高，復現性好。

圖2 鉑電阻溫度傳感器結構圖

由于鉑電阻具有阻值隨溫度改變的特性，所以自動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化為電壓值的變化對溫度進行測量。鉑電阻在0℃時的電阻值R0是100Ω，以0℃作為基點溫度，在溫度t時的電阻值Rt為

式中：α，β為系數，經標定可以求出其值。由恒流源提供恒定電流I0流經鉑電阻Rt，電壓I0Rt通過電壓引線傳送給測量電路，只要測量電路的輸入阻抗足夠大，流經引線的電流將非常小，引線的電阻影響可忽略不計。所以，自動氣象站溫度傳感器電纜的長短與阻值大小對測量值的影響可忽略不計。測量電壓的電路采用A/D轉換器方式。

2.濕度傳感器工作原理

HMP45D溫濕度傳感器的測濕元件是 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，其介電常數隨相對濕度的變化而變化，從而完成對濕度的測量。濕敏電容主要由濕敏電容和轉換電路兩部分組成，其結構如圖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 濕敏電容傳感器結構圖

濕敏電容傳感器上電極是一層多孔膜，能透過水汽；下電極為一對電極，引線由下電極引出；基板是玻璃。整個傳感器由兩個小電容器串聯組成。濕敏材料是一種高分子聚合物，它的介電常數隨著環境的相對濕度變化而變化。當環境濕度發生變化時，濕敏元件的電容量隨之發生改變，即當相對濕度增大時，濕敏電容量隨之增大，反之減小，電容量通常在48～56pF。傳感器的轉換電路把濕敏電容變化量轉換成電壓量變化，對應于濕度 0～100%RH的變化，傳感器的輸出呈 0～1V的線性變化。由此，可以通過濕敏電容濕度傳感器測得相對濕度。

（三）HMP45D溫濕度傳感器的校準和維護

對HMP45D 傳感器的維護，要注意定期清潔，對于溫度傳感器測量時要保證Pt100 鉑電阻表面及管腳的清潔干燥。在清洗鉑電阻時一定要將濕度傳感器取下，使用酒精或異丙酮進行清洗。其具體步湊如下：

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

2.等保護罩和濾紙完全風干之后，將其安裝到傳感器上。然后再將傳感器通過外轉接盒連接到采集器上，再和濕度標準傳感器一起放入恒濕鹽濕度發生器進行對比。恒濕鹽容器的溫濕參數如表1。

表1 HMP45D校準前后數據對比

3.先將傳感器置入低濕環境（濕度＜50%）進行對比，待其穩定后，記錄10分鐘的對比數據，每分鐘一次。

4.再將傳感器置入高濕環境（濕度＞50%）進行對比，待其穩定后，記錄10分鐘的對比數據，每分鐘一次。

5.在平面坐標系中繪制測量輸出曲線，并和理想輸出曲線比較，判斷其相對理想輸出曲線是偏移變化還是線形度變化，最后通過HMP45D上兩個電位器調節旋鈕，分別標注為W，D，如圖4所示，進行調整。

圖4 W，D調節按鈕示意圖

6.DRY 旋鈕調整偏移，使測量曲線的高度產生變化，如圖5所示。

圖5 DRY端偏移調整圖

7.WET 旋鈕調整線形度，使測量曲線的斜率產生變化，如圖6所示。

圖6 WET端偏移調整圖

8.通過調整兩旋鈕使實際輸出曲線盡可能接近理想輸出曲線。

（四）結論

HMP45D溫濕度傳感器是無法被密封保護的，傳感器的測量部分總是要和空氣中的灰塵和化學物質接觸，故隨著使用時間的增加，發生故障的概率也會增大。因此，傳感器的定期維護和校準時十分重要的。機務員只有掌握其原理和結構以及維護和校準方法，才能夠對自動氣象站溫濕度部分的故障進行分析和修復。

[1]中國氣象局.II型自動氣象站行業標準[S].北京:氣象出版社,2000.

[2]袁希光.傳感器技術手冊[M].北京:國防工業出版社,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[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公司開發的具有HUMICAP技術的新一代聚合物薄膜電容傳感器，目前大連周水子國際機場空管氣象部門已投入業務運行的自動氣象站，均采用該傳感器。由于該傳感器的測量部分總是要和空氣中的灰塵和化學物質接觸，從而使傳感器在某些環境中產生漂移。而儀器的電氣參數會隨時間的推移、溫度變化及機械沖擊產生變化，因此傳感器需要進行定期維護和校準。

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。