相对湿度传感器

过去的温湿度传感器都比较简单，而随着技术的成熟，科技的进步，如今温湿度传感器发展也是越来越好。由于温度与湿度不管是从物理量本身还是在实际人们的生活中都有着密切的关系，所以温湿度一体的传感器就会相应产生。 温湿度传感器是指能将温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号的设备或装置。 市场上的温湿度传感器一般是测量温度量和相对湿度量。结合目前市场上的传感器类型，即使是温湿度传感器，这一类型的传感器，还会分为很多种类，有很多的类型。当然它们的应用领域也是千差万别的。下面具体来看下湿度传感器的种类都有哪些?温湿度传感器按监测方法分有接触式和非接触式两种接触式： 接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。非接触式： 它的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速(瞬变)对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律，称为辐射测温仪表。辐射测温法包括亮度法(见光学高温计)、辐射法(见辐射高温计)和比色法(见比色温度计)。各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。温湿度传感器也分分体式和一体式两种，上面介绍了一体式，下面介绍分体式。分体式又温度传感器和湿度传感器组成。温度传感器通过感温元件来分类可以大致分成铂热电阻温度传感器、热电偶温度传感器、热敏电阻温度传感器三大类。1：铂热电阻温度传感器铂热电阻是利用铂丝的电阻值随着温度的变化而变化这一基本原理设计和制作的，按0℃时的电阻值R（℃）的大小分为10欧姆（分度号为Pt10）和100欧姆（分度号为Pt100）等，测温范围均为-200~850℃。利用PT100铂热电阻作为感温元件的型号有铠装式、装配式、插座式、端面热电阻。主要应用了需要温度误差小的行业或者是精密仪器仪表。2：热电偶温度传感器热电偶是温度测量中常用的温度传感器。其主要好处是宽温度范围和适应各种大气环境，而且结实、价低，无需供电，也是便宜的。热电偶由在一端连接的两条不同金属线(金属A和金属B)构成，当热电偶一端受热时，热电偶电路中就有电势差。通过电势的变化来得出相应的温度变化。热电偶是简单和通用的温度传感器，但热电偶并不适合高精度的的测量和应用。3：热敏电阻由金属氧化物陶瓷组成，是低成本、灵敏度高的温度传感器。热敏电阻是用半导体材料， 大多为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。温度变化会造成大的阻值改变，因此它是灵敏的温度传感器。但热敏电阻的线性度极差，并且与生产工艺有很大关系。热敏电阻在两条线上测量的是温度， 有较好的精度，但它比热偶贵， 可测温度范围也小于热偶。一种常用热敏电阻在25℃时的阻值为5kΩ，每1℃的温度改变造成200Ω的电阻变化。注意10Ω的引线电阻仅造成可忽略的 0.05℃误差。它非常适合需要进行快速和灵敏温度测量的电流控制应用。尺寸小对于有空间要求的应用是有利的，但必须注意防止自热误差。湿度传感器的湿敏元件分为电阻式和电容式 两种。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。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，干湿球法和形形色色的电子式传感器法。

聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)凭借高效、低排放的优点被普遍认为是一种最有前途的能源设备和电力运输系统。解决掉PEMFC的高成本以及耐用性有限、稳定性差的问题，就成为了实现商业化应用的关键。研究发现，PEMFC的性能与相对湿度、背压、氢气和气体化学计量比、电池温度等各种操作参数密切相关。1、背压对PEMFC的极化曲线和EIS曲线的影响图1 不同背压下PEMFC的极化和功率密度曲线(0、0.3和0.6 bar)图1中显示了0、0.3和0.6 bar背压下，商业Pt/C（Johns Manville Corporation GM Pt/C）在25cm² 的PEMFC中极化和功率密度曲线。随着背压从0到0.6 bar变化，PEMFC在0.4V电压下电流密度从1370 mA/cm² 分别增加到1400 mA/cm² 和1450 mA/cm² , 而0.7V电压下电流密度从476 mA/cm² 增加到588 mA/cm² 和708 mA/cm² 。可以发现，PEMFC的电流密度随着背压增大而明显增大。图2 不同背压下PEMFC的电化学阻抗 (0、0.3和0.6 bar)图2中显示了0、0.3和0.6 bar背压下，该PEMFC在0.8 V下频率范围为0.1Hz至10kHz的阻抗图谱。经过Zahner和Zview软件解析发现不同背压下，R1（欧姆电阻）从1.54 mΩ略微下降到1.52 mΩ，而R2（阴极电荷传递阻抗）从7.48 mΩ显著下降到5.29 mΩ，最后降低至3.48mΩ。相反的是，R3（阳极电荷传递阻抗）从0.76 mΩ增加到1.29 mΩ。在不加背压时，极化曲线显示了一个明显的欧姆极化电压降，这与阻抗图谱中显示的变化一致。在较高的背压下，使气流饱和所需的水，比低背压下所需的水少。证实了较高的背压下，质子膜的加湿性和导电性得到改善，从而降低了欧姆电阻和阴极电荷转移电阻。2、相对湿度对PEMFC的极化曲线和EIS曲线的影响图3 不同相对湿度下PEMFC的极化和功率密度曲线 (64、70、80和100%)图3显示了0.3bar背压下，PEMFC的极化曲线和能量密度在不同相对湿度下的变化。当相对湿度从64%增加到70%时，0.4 V电压下的电流密度从764 mA/cm² 增加到790 mA/cm² ，在0.7 V电压下，从405 mA/cm² 到453 mA/cm² 。然而，在相对湿度从70%到80%再到100%的情况下，0.4 V电压下电流密度分别降至744和588 mA/cm² , 0.7 V电压下电流密度分别降至424和364 mA/cm² 。可以发现，在同一背压下，PEMFC的电流密度随着相对湿度升高呈现出先增大后减小的趋势。图4 不同相对湿度下PEMFC的电化学阻抗 (64、70、80和100%)通过拟合解析可知，在不同的相对湿度下，PEMFC的欧姆阻抗（R1）都在1.92 mΩ间波动。当相对湿度提高到70%时，阴极转移电阻(R2)首先从8.34 mΩ下降到8.23 mΩ。相对湿度为80%和100%时，阴极转移电阻继续增大，分别达到9.32 mΩ和9.49 mΩ。阳极电荷转移电阻(R3)也有类似的变化趋势，相对湿度在64%时为1.19 mΩ，为70%时达到最低值0.54 mΩ，在80%时为2.48 mΩ，在100%时为3.24 mΩ。在相对湿度为64%时，Nafion型膜无法吸收足够的水分以获得适配的水合作用，从而影响离子电导率，从而产生更高的电池电阻。当相对湿度从70%增加到100%时，阴极和阳极电荷转移电阻急剧增加，造成PEMFC性能急剧下降。3、空气化学计量比对PEMFC的极化曲线和EIS曲线的影响图5 不同空气化学计量比下PEMFC的极化和功率密度曲线 (2.5、3、3.5)当空气化学计量从2.5变为3和3.5时，0.7V电压下的电流密度从621 mA/cm² 变化到584 mA/cm² 和598 mA/cm² ，0.4V电压下的电流密度从1417 mA/cm² 增加到1564 mA/cm² 和1686 mA/cm² 。由此可见，不同空气化学计量比下，PEMFC在低电流密度区域和高电流密度区域性能呈现出差异性变化。当进入流道的空气流速增大时，电化学反应更平稳，整体性能更好。然而，在低电流密度范围内，空气化学计量比为2.5时表现出较好的性能。这可能是由于流速较慢，水合条件较好，对空气量的需求较低。图6 不同空气化学计量比下的PEMFC的电化学阻抗（2.5、3、3.5）不同空气化学计量比下，欧姆电阻（R1）和阳极电荷转移电阻（R3）基本保持稳定，分别为1.59 mΩ和2.38 mΩ左右。空气化学计量量为2.5时阴极电荷转移电阻最高，随着空气化学计量量从3提高到3.5，阴极电荷转移电阻从5.36 mΩ仅变化到5.5 mΩ，几乎无变化。当空气化学计量比由2.5变化至3.5时，PEMFC在高电流密度范围内的性能得到明显改善，而在低电流密度范围内的效果不太明显。阴极电荷转移电阻随着空气化学计量比的增大而减小（图6）。可以推断，在空气化学计量比为2.5，空气含量相对不足，大多数电流密度范围内，自产水较少和膜的含水量较低，使得膜的离子电导率相对较低。当空气化学计量量为3和3.5时，空气供应充足，水管理得到改善，PEMFC的阴极转移电阻也就几乎保持恒定。4、结论燃料电池的背压对其性能有着重要影响。背压较高时，可以提高湿化率、降低阻力损失、加快反应速度，从而改善整体性能。研究还发现，相对湿度转折点设置在70%时，可以平衡膜的干燥和水合作用，保持适当的电池含水量，避免局部水淹。同时，适度提高空气化学计量比可以改善燃料电池的整体性能和低电压空间电流。燃料电池测试系统980pro最后，研究中对背压、相对湿度和空气化学计量比与PEMFC极化曲线和阻抗的变化规律进行了探究，为相关研究提供了参考和依据。但不同MEA实际的变化趋势和测试需求可能不同，因此未来还需更多样本的多样化研究。参考文献[1] Zhang,Q,Lin,et al.Experimental study of variable operating parameters effects on overall PEMFC performance and spatial performance distribution[J].ENERGY -OXFORD-, 2016.以上内容由理化有限公司技术中心整理，有不足之处请指正，转载请注明出处。

在过去10-15年中，人们发展了更先进的测试方法来评估材料腐蚀表现，许多这样的盐雾腐蚀测试包括了控制相对湿度和精准定义干燥和潮湿之间的过渡要求。在本次网络研讨会中，Q-LAB技术团队将解释为什么测试标准朝这个方向改进。我们将谈到盐的潮解的重要性，以及在一些新的测试方法中它是如何被控制的。这次研讨会会结合具体的案例，这些结果受不同干湿过渡显著影响，包括了ASTM G85 Annex A5 (Prohesion), SAE J2334, and JASO M609的结果。我们将提供几个真实的案例研究，研究各种不同产品(包括油墨、涂料和建筑材料)在耐候性和腐蚀性方面与户外的相关性。点击了解更多关于Q-FOG循环腐蚀盐雾箱产品信息和技术应用盐雾腐蚀测试网络研讨会研讨会时间：2021年10月14日（周四）上午10:00-11:00研讨会主题：Q-LAB免费网络研讨会：盐雾腐蚀测试中的相对湿度和干湿过渡参与方式：网络参与，请扫下方二维码，或点击文章末尾的阅读原文注册！即使您不能参加，只要注册了我们的研讨会，后续会有课件和视频回放可以下载。研讨会费用：免费主办单位美国Q-LAB公司：一家全球性的材料耐久性测试产品供应商。其生产的紫外老化试验机、氙灯试验机、盐雾试验机是目前国际最高端的老化实验仪器，特别是其QUV更是全球使用最广泛的老化试验机。翁开尔公司是Q-LAB在中国及东南亚行业总代理商。翁开尔公司是Q-LAB在中国及东南亚行业指定代理商。全力支持本次研讨会。主讲人瞿华盛（Kobe Qu）美国Q-Lab公司技术经理兼市场经理在耐候老化腐蚀测试领域有多年的工作经验。主要从事材料的耐候老化和腐蚀研究工作，包括测试标准的制修订，发表相关的技术文章等。帮助许多行业正确认识耐候老化和腐蚀测试的意义，建立正确的耐候老化测试方案。参与方式请扫下方二维码，注册成功后，您将受到系统发出的注册成功邮件，邮件里有唯一的参会链接，10月14日（周四）当天上午9:45后，可点击链接进入会场。期待您的参与！