湿度传感器校准方法和装置及具有可校准湿度传感器的传感装置

摘要

为了校准湿度传感器(1)，在两个已知的、必要时要测量的气体压力值(P1，P2)时，用该湿度传感器分别测量相对湿度(U1，U2)。而其他环境条件则保持不变。然后从公式K＝((P1/P2)×(U2－U1)/(P1/P2－1)得出一个从该湿度传感器的测量值减去的校正值来校正其测量值。所以无须测量实际的湿度值既可校准湿度传感器(1)。

说明书

本发明涉及一种湿度传感器的校准方法，这种方法用一个湿度传感器分别测出一个第一环境条件下和不同于第一环境条件的第二环境条件下的湿度值并从这两种环境条件的参数和测出的湿度值中确定该湿度传感器的一个校正值。

用湿度传感器可测量敞露的或封闭的气体体积中的相对湿度，即溶解于该气体中的湿气量与给定温度下该气体内溶解的最大湿气量的比较。

这种测量例如常用于确定各种气候条件的相对空气湿度，但在工业领域例如也常用于确定高压储气罐中的相对空气湿度。

湿度传感器经常受到物理的和化学的严重影响并由此可明显改变其最初校准的动作特性，所以需要在一定的时间间隔内进行再校准。

从先有技术(DE 3936138 A1，US 6073480)已知的湿度传感器的校准方法是这样进行的，在第一温度时进行第一次湿度测量，而后在第二温度时进行第二次湿度测量，且在两次测量时气体压力不变。通过测出的温度值和湿度值可计算湿度测量的校正系数，因为温度和实际相对湿度之间的数学关系是已知的。

但在使用这种方法时，一方面需要在湿度传感器的范围内设置温度传感器，另一方面需要使用加热元件或冷却元件。此外，这种校准方法需要时间来调节相应的测量的温度。

与此相反，本发明的目的是提出一种湿度传感器的校准方法以及一种相应的装置和具有一个校准的湿度传感器的传感器装，这种方法简化了校准过程，且只需很少的实施辅助手段。

根据本发明，这个方法是这样实现的，在第一压力P1和不同于第一压力的第二压力P2以及在相同条件时分别测量一个湿度值U1，U2，其中至少第一压力值P1和第二压力值P2的比值是已知的，且可从压力值的比值与测出的湿度值中确定湿度传感器的校正值。

此外，这个目的是通过一种装置来实现的，该装置具有一个压力传感器、一个输入装置和一个计算装置，该输入装置用来把湿度传感器的测量值输入第一个数据存储器中，而该计算装置则从两个压力值和两个在相同条件下在相应压力值时测出的湿度值的比值确定湿度传感器的校正值。

如果在两个不同的压力情况下测量湿度值，且温度和其他环境条件保持不变以及相同的湿气量保持完全溶解在该气体中时，则两次测量之间的相对湿度的值是变化的。从这两个压力值的比值中可得出相对的气体湿度的两个实际存在的湿度值的比值。如果压力和测出的气体相对湿度的比值不一致，则可从偏差中确定校正值，该校正值在相应的湿度测量时确定，然后从相对湿度的测出值中减去或加入该校正值。

所以湿度传感器校准装置设置了一个压力传感器以及一个输入装置，当设备的湿度传感器范围内没有设置该压力传感器时，通过该输入装置把该湿度传感器测出的湿度值输入该校准装置中，然后该校准装置的计算装置从测出的数据确定并输出校正值。

校准方法最好这样进行，即按下列方程式从一个测出的湿度值中确定要减去的校正系数k：

           k＝((P1/P2)×U2-U2)/(P1/P2-1)。

对密度和温度都保持不变的气体来说，被测的两个压力值的比值是与实际存在的相对空气湿度的比值相等的，即：

           P1/P2＝U1_(实际)/U2_(实际)。

在校准前，由于测出的湿度值U1，U2与实际的湿度值不吻合，所以实际的湿度值按下式计算：

U1_(实际)＝U1-k以及U2_(实际)＝U2-k。

于是得方程式：P1/P2＝(U1-k)/(U2-k)。

这个方程式依k解之，得：

k＝((P1/P2)×U2-U1)/P1/P2-1)。

在假定k与U值无关的条件下，上式成立。所以，通过本发明的校准方法，在用一个压力传感器的情况下即可校准湿度传感器，而无须直接测定实际存在的湿度。只需要使用一个校准的压力传感器，但由此简化了各压力传感器在其校准时的相对稳定。

在一个可加压力的充气设备中，湿度传感器的校准方法最好按这样的实际方式进行：用一个设置在设备上的阀放出或充入气体，并记录气体放出/充入前后的压力值和湿度值，其中在湿度测量前分别等待温度平衡。

在可加压力的充气设备上，一般都设置有充气或放气用的阀门。通过这种阀门可放出气体或充入气体，而且放出的气体可存储在一个外部的压力罐中。放出气体或充入气体前后分别进行湿度测量，并在放出或充入气体后，必须等待温度平衡，因为两次湿度测量必须在同一的温度时进行，因为由于气体的卸压或增压都会引起温度下降或温度上升。不用阀门，也可用减压器。

为了校准湿度传感器，该湿度传感器可在该设备的一个小的、压力密闭的部分(测量室)中运行，所以不同的压力值不需要整个设备内的压力变化，而是只需设置了该湿度传感器的那部分容积内的气体压力变化。相应的压力传感器可设置在设备内的湿度传感器的范围内，但这些压力传感器也可在校准过程中放入该容积内，可在设备外的排出或充入气体的相应输入管中进行相应压力的测量。所以不需要对可加压力的充气设备的大量改动或配置，维修人员就可方便地、可靠地和快速地进行校准。为此，装入湿度传感器的测量室配置了合适的元件(阀、减压器等)来产生校准方法所需的湿度传感器的两个压力。

此外，本发明涉及一个传感装置，这个传感装置具有一个按权利要求1至3所述方法校准的湿度传感器和一个校准装置，该校准装置具有一个存储器，在该存储器中可存储一个从测出的湿度值中减出的校正值，其中该校准装置减去从湿度测出的测量值中的校正值并把结果输入一个显示装置。

所以，传感装置具有一个校准装置8，通过该校准装置在校正由湿度传感器测出的湿度值后用校正值进行校正，从而把实际存在的湿度值例如在一个测试站中作为校正的测量值读出或继续处理。

下面结合附图来说明本发明，附图表示：

图1一个湿度传感器及其校准装置的示意图；

图2计算校正值用的计算装置的功能示意图；

图3校准过程的流程图。

图1表示一个气密测量室2内的湿度传感器1。测量室2具有第一个气体接头3和第二个气体接头4，用这两个接头一方面可把该测量室与一个充分的可加压力的设备5连接起来，另一方面可用一根压力软管6与另一个气室连通。

此外，在测量室2中设置了一个压力传感器7。该压力传感器可用市售的压力传感器，但它应当是校准过的并具有尽可能高的测量精度。

为了测量可加压力的设备5中的例如气体湿度并同时校准湿度传感器1，测量室2首先通过第一个气体接头3与可加压力的设备5连接，这样就可进行气体交换和压力平衡。然后用压力传感器7测量该测量室中的气体压力，并把测量室2与可加压力的设备隔开。此外，在现有的条件下，用湿度传感器1测量第一湿度值。其中与湿度传感器的引线9连接并在正常运行时把存储在存储器10中的校正值从湿度传感器1的直接测量值中减去的校准装置8在校准时要进行跨接。

然后用第二个气体接头4通过压力软管6从测量室2中放入一定的气体量，于是气体压力下降。而后测量室2重新进行气密性的密封。

在测量室2内的温度正常化以后，便可测量第二个湿度值U2以及第二个压力值P2。然后从两个测出的压力值以及从两个测出的和未校正的湿度测量值中可确定一个校正值，该校正值被存储在存储器10中。在下次湿度测量时，在校准装置8以内把存储在该存储器中的校正值在一个减法单元11中从通过湿度传感器1测出的湿度值减去，并作为校正过的测量值用一个显示器17输出。

图2表示校准过程中的测量和计算步骤示意图。在第一个步骤中，用湿度传感器1探测湿度值U1。与此同时，用压力传感器7探测压力值P1。这两个测量值分别存入第一存储器12和第二存储器13中。

然后，在第二个步骤中，在压力下降和其他环境条件相同的情况下测量第二个测量值U2和第二个压力值P2。这两个测量值又是存储在第一和第二数据存储器12，13中。

而后计算比值P1/P2并把它寄存在第三个数据存储器14中。其后在一个计算装置15中，用一个微处理器按权利要求2给出的公式计算k，并将它传送到一个输出装置16，该输出装置把该校正值例如传送到校准装置8，在该处把该校正值存储在存储器10中。

图3再次示出了校准过程的步骤。在第一个步骤101中，在测量室内调节一定的压力。在第二个步骤102中，测量压力值P1和湿度值U1。在第三个步骤103中，例如通过放出气体使测量室内的压力发生变化。在第四个步骤104中，测量第二个压力P2和第二个湿度值U2。在第五个步骤105中，计算P1和P2的比值以及计算U1和U2的比值。在第六个步骤106中，对P1和P2的比值以及U1和U2的比值相互进行比较。如果这两个比值吻合，则在下一个步骤109中，确定校正值k＝0，并结束校准方法。如果这两个比值不吻合，则在下一个步骤107中，按权利要求2给出的公式计算k。然后在第八个步骤108中，把k存储在存储器10中，以校正以下的湿度测量。

在一个示例校准中，首先测出了第一个压力值P1＝4.5巴。在这个压力值时，用湿度传感器测出湿度值U1＝1.7％相对湿度。在第二个气体压力时，测出压力值P2＝0.9巴和湿度值为0.5％相对湿度。得出压力值的比值为5。这样，在较高压力时的相对湿度值由1.7％相对湿度下降到较低压力时的0.34％相对湿度。但在较低的压力值时，测出了一个0.5％相对湿度的值。这就是说，需要进行校正，并得出如下的k，即：

k＝(5×0.5％相对湿度-1.7％相对湿度)/(5-1)＝0.2％相对湿度。

然后根据进行的测量，校正的湿度值U1_(实际)＝1.7％相对湿度-0.2％相对湿度＝1.5％相对湿度，U2_(实际)＝0.5％相对湿度-0.2％相对湿度＝0.3％相对湿度。

上述校准方法可在湿度传感器的运行过程中循环地或周期地进行，并分别计算一个新的校正值和把它存储起来。

除了上面示出的方案外，本发明方法可通过各种不同的方式方法来实现。特别是，实施本发明方法的装置可具有多种结构型式。