長期穩定的效能為何對RH感測器如此重要?

作者 : TI

RH是一項重要的測量指標,由於儲存環境中的溼度對易腐爛物質有直接影響,因此空氣中的濕度會對系統可靠性(腐蝕)或產品壽命也有直接影響。

相對濕度(RH)感測器是一種具開放式共振腔的特殊感測器,用於測量空氣中的水蒸氣含量。RH是一項重要的測量指標,由於儲存環境中的溼度對易腐爛物質有直接影響,因此空氣中的濕度會對系統可靠性(腐蝕)或產品壽命也有直接影響。

RH感測器面臨到的挑戰之一是其暴露在外的感測元件會隨時間老化。長期暴露在潮濕的空氣和易揮發的有機化合物中,例如沉積在感測器上的苯或乙二醇,會造成感測器準確度偏移規格。如此一來系統就必須因進行感測器更換或校驗而停止作業,進而增加總成本。筆者將在本文中探討RH感測器的長期漂移和準確性,以及這些參數如何影響終端設備的效能與壽命。

濕度感測器中最重視的規格為長期漂移與準確性。對目前的溼度感測器,特別是電容式感測器來說,準確度標準範圍為2%~3% RH和最大3%~4% RH。在感測器實際投入現場使用前,這樣的準確度稱為時間零點準確度,且不含遲滯與長期飄移。磁滯現象是一種記憶影響偏移,是基於所有濕度感測器材料特性原有的百分比RH值。

電容式感測器的長期漂移則通常為每年0.25%~0.5% RH。即使與電阻式感測器相比此漂移值算非常小(大約每年1% RH),但在10年以上仍會達5% RH漂移,並成為影響運轉10年以上電器或汽車等設備顯著的誤差來源。

溼度準確性在易腐蝕品、生命科學、藥品儲存與運輸等冷鏈應用中也越來越重要。以無線電池供電的追蹤器與資料記錄器可讓感測器持續記錄食物、植栽與原料粉運送的溫度和濕度資訊。記錄器可預測產品壽命,除了必須高度可靠外,並需具備可追溯國家標準技術研究所(NIST)量測標準的準確性,同時符合嚴格的國際標準化組織(ISO)與國際電子電機委員會(IEC) 17025規定。

另一個重要規格是功耗。在電池供電的應用中,例如在即時資料記錄器與環境感測器,功耗可能是影響使用大型昂貴電池或小型節省成本電池的因素。低功耗可使電池供電應用運作時間更長,但準確性會隨著時間的變化也變得更加重要,必須在準確性有所漂移時進行可能校驗。

TI設計的HDC3020 RH感測器,不僅可延長系統壽命,更可減少功耗。其架構可在完整供電的情況下提供準確的溫度與濕度:一般值1.5% RH與最大值2% RH,且每年長期漂移低於 0.21% RH。這些參數可幫助延長電器與其他系統的使用壽命,並可有效降低50%長期誤差,10年後可從8%降至4% RH。

HDC3020提供整合式長期漂移修正,可減少因自然老化、環境壓力或與污染物交互作用所造成的漂移。HDC3020也可將高準確0.1℃ (一般值)和0.4℃ (最大值)溫度感測器與超低功耗進行整合。濕度和溫度都是NIST可追溯,依NIST以ISO 9001:2015程序通過標準測試,並符合ISO與IEC 17025政策。可移除式膠帶與IP67永久式過濾蓋選項可使印刷電路板清洗與三防漆在嚴苛條件下的防塵與防水。

 

 

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