一种高温湿度仪及其测量方法
【专利摘要】本发明的一种高温湿度仪，包括有能够测量环境湿度的传感器，其中，传感器为极限电流型氧化锆氧传感器，该极限电流型氧化锆氧传感器上连接有预加热电路，极限电流型氧化锆氧传感器通过信号采集放大电路与作为主控制器的单片机信号连接，单片机上连接控制工作电压通道选择电路，该工作电压通道选择电路与氧化锆氧传感器相连接，所述的单片机上设置有控制键盘和显示设备，该单片机上还设置有用于连接电脑的连接串口。本发明利用极限电流型氧化锆氧传感器可以应用于高温环境下测量工作的特性，以极限电流型氧化锆氧传感器为敏感部件，以单片机作为主控制器，完成高温环境下的湿度测量，其结构简单，测量方便，测量准确性高。
【专利说明】一种高温湿度仪及其测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及湿度测量【技术领域】，尤其指一种高温湿度仪及其测量方法。
【背景技术】
[0002]在很多行业中，环境的湿度对工作产生有很大的影响，因此环境湿度参数的测量已经成为极其重要的工作内容。目前，在低温环境下(温度低于100°c)，普通的湿度传感器性能稳定，配装有这些湿度传感器的湿度测量仪便能很好地完成湿度测量工作；然而在纺织、造纸、食品、锅炉、木材干燥等行业的高温环境下(温度高于100°c)，上述湿度传感器及对应的测量仪表则无法正常工作，因此，急需开发能在高温环境进行湿度测量的测量仪表。
[0003]由于基于高温固态电解质氧化锆基础上的极限电流型氧传感器可以实现高温环境下氧气浓度的测量，已被大量应用在汽车尾气、锅炉烟气等高温、恶劣环境中氧气浓度的测量。为了提高测量精度，人们还研究了高温共存气体中水蒸气对该氧传感器的影响，发现了湿度大小与传感器输出信号存在一定的关联，因此通过极限电流型氧化锆氧传感器来测量高温环境下的湿度成为可能。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供结构简单、测量方便、测量准确性高的一种高温湿度仪及其测量方法。
[0005]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:
一种高温湿度仪，包括有能够测量环境湿度的传感器，其中，传感器为极限电流型氧化锆氧传感器，该极限电流型氧化锆氧传感器上连接有预加热电路，极限电流型氧化锆氧传感器通过信号采集放大电路与作为主控制器的单片机信号连接，单片机上连接控制工作电压通道选择电路，该工作电压通道选择电路与氧化锆氧传感器相连接，所述的单片机上设置有控制键盘和显示设备，该单片机上还设置有用于连接电脑的连接串口。
[0006]优化的技术措施还包括:
上述的极限电流型氧化锆氧传感器包括钇稳定氧化锆片、两片钼金电极片以及上开设有气体扩散孔的陶瓷帽，两片所述钼金电极片贴于钇稳定氧化锆片的上下表面，并通过导线分别与可调直流稳压电源的负、正极相连接，导线上串联有电流表，可调直流稳压电源上并联有电压表；与可调直流稳压电源正极相连接的钼金电极片形成阳极，与可调直流稳压电源负极相连接的钼金电极片形成阴极，阴极钼金电极片外设置设有气体扩散孔的陶瓷帽，陶瓷帽的底部与钇稳定氧化锆片配合连接而形成包裹阴极钼金电极片的空腔。
[0007]上述的单片机为C8051F330单片机。
[0008]上述的显示设备为1602液晶显示芯片。
[0009]上述的控制键盘上设置有4个按键，包括3个用于完成用户界面切换、报警上下限值设定的菜单选择键和I个用于自动矫正仪器精度的自校验键。
[0010]上述的连接串口通过RS-232串行总线连接电脑。[0011]一种高温湿度仪的测量方法，包括以下步骤:
步骤一、对单片机以及显示设备进行初始化操作，然后利用预加热电路对极限电流型氧化锆氧传感器进行预热；
步骤二、单片机读取内部数据参数，并通过控制键盘设置报警上下限值及选择是否对参数进行自校验操作；
步骤三、工作电压通道选择电路提供第一工作电压Vj以及第二工作电压^极限电流型氧化锆氧传感器分别测得第一工作电压Vj下的第一极限电流和第二工作电压匕下的第二极限电流并将测得的极限电流通过信号采集放大电路将电流信号转化为电压信号传输至单片机；
步骤四、单片机根据接收到的第一极限电流和第二极限电流计算得出两者的差值J Jz，最后计算得出水蒸气的浓度值，并换算成相对湿度。
[0012]上述的步骤一中预热时间为170秒至230秒。
[0013]上述的第一工作电压Vj为0.85V，所述的第二工作电压V2为1.60V。
[0014]上述的水蒸气的浓度值的计算公式为
【权利要求】
1.一种高温湿度仪，包括有能够测量环境湿度的传感器，其特征是:所述的传感器为极限电流型氧化锆氧传感器(I)，该极限电流型氧化锆氧传感器(I)上连接有预加热电路(2)，所述的极限电流型氧化锆氧传感器(I)通过信号采集放大电路(3)与作为主控制器的单片机(4)信号连接，所述的单片机(4)上连接控制工作电压通道选择电路(5)，该工作电压通道选择电路(5)与氧化锆氧传感器(I)相连接，所述的单片机(4)上设置有控制键盘(6)和显示设备(7)，该单片机(4)上还设置有用于连接电脑的连接串口(8)。
2.根据权利要求1所述的一种高温湿度仪，其特征是:所述的极限电流型氧化锆氧传感器(I)包括钇稳定氧化锆片(11)、两片钼金电极片(12)以及上开设有气体扩散孔(13a)的陶瓷帽(13)，两片所述钼金电极片(12)贴于钇稳定氧化锆片(11)的上下表面，并通过导线(15)分别与可调直流稳压电源(14)的负、正极相连接，所述的导线(15)上串联有电流表(16)，所述的可调直流稳压电源(14)上并联有电压表(17);与可调直流稳压电源(14)正极相连接的钼金电极片(12)形成阳极，与可调直流稳压电源(14)负极相连接的钼金电极片(12)形成阴极，阴极钼金电极片(12)外设有气体扩散孔(13a)的陶瓷帽(13)，所述的陶瓷帽(13)的底部与钇稳定氧化锆片(11)配合连接而形成包裹阴极钼金电极片(12)的空腔。
3.根据权利要求2所述的一种高温湿度仪，其特征是:所述的单片机(4)为C8051F330单片机。
4.根据权利要求3所述的一种高温湿度仪，其特征是:所述的显示设备(7)为1602液晶显不芯片。
5.根据权利要求4所述的一种高温湿度仪，其特征是:所述的控制键盘(6)上设置有4个按键，包括3个用于完成用户界面切换、报警上下限值设定的菜单选择键和I个用于自动矫正仪器精度的自校验键 。
6.根据权利要求5所述的一种高温湿度仪，其特征是:所述的连接串口(8)通过RS-232串行总线连接电脑。
7.—种高温湿度仪的测量方法，其特征是:包括以下步骤: 步骤一、对单片机(4)以及显示设备(7)进行初始化操作，然后利用预加热电路(2)对极限电流型氧化锆氧传感器(I)进行预热； 步骤二、单片机(4)读取内部数据参数，并通过控制键盘(6)设置报警上下限值及选择是否对参数进行自校验操作； 步骤三、工作电压通道选择电路(5)提供第一工作电压Vj以及第二工作电压^极限电流型氧化锆氧传感器(I)分别测得第一工作电压下的第一极限电流和第二工作电压下的第二极限电流并将测得的极限电流通过信号采集放大电路(3)将电流信号转化为电压信号传输至单片机(4)； 步骤四、单片机(4)根据接收到的第一极限电流Jz7和第二极限电流计算得出两者的差值」Tz，最后计算得出水蒸气的浓度值，并换算成相对湿度。
8.根据权利要求7所述的一种高温湿度仪的测量方法，其特征是:所述的步骤一中预热时间为170秒至230秒。
9.根据权利要求7所述的一种高温湿度仪的测量方法，其特征是:所述的第一工作电压K7为0.85V，所述的第二工作电压匕为1.60V。
10.根据权利要求7所述的一种高温湿度仪的测量方法，其特征是:所述的水蒸气的浓度值的计算公式为
【文档编号】G01N27/406GK103543190SQ201310432401
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】简家文, 李硕, 柳润琴, 徐景 申请人:宁波大学