[发明专利]一种通过高压电晕放电测量大气湿度的装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过高压电晕放电测量大气湿度的装置与方法，属于仪器仪表和检测技术领域。

背景技术

湿度是气象要素中重要参数之一，在气象预报、环境监测、农业生产、药品生产、半导体器件加工、食品储存、纺织、发电、航空航天、机车舰船等方面有着重要的应用。通常，湿度传感器应满足以下要求：快的响应速度、小的滞后；高可靠性、长寿命；较宽的温度范围、非常小的温度系数；互换性强、复性好；容易制作、价格低；能在具有腐蚀性的气体中工作等。然而，想要全面满足上述要求，实际上非常困难。

在大气探测的业务中使用的湿度测量中，湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。湿敏电阻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。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。湿敏传感器的准确度可达2-3%RH，但湿敏元件的线性度及抗污染性差。在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环境中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。

露点法是测量湿空气达到饱和湿度时的温度，根据露点温度反演得到相对湿度。露点法的测量准确度高，范围宽。但用现代光电原理的冷镜式露点仪价格昂贵，因此通常是和标准湿度发生器配套用于计量。干湿球法也是气象业务中常用的湿度测量方法。干湿球法是一种间接方法，它用干湿球方程换算出湿度值，而此方程是有条件的：即在湿球附近的风速必需达到2.5m/s以上。普通用的干湿球温度计将此条件简化了，所以其准确度只有5～7%RH。

以上湿度传感器有一个共同的问题，都存在一个响应时间问题，无法准确测量湿度变化剧烈的环境湿度，比如高空湿度探测。在低湿和高湿环境下的测量误差偏大。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对上述背景技术的不足，提供了一种通过高压电晕放电测量大气湿度的装置与方法。

本发明的基本思想是，在任意两个尖端导体上加高压，高压达到一定的电压值时两个尖端导体会将导体之间空气电离、形成电晕放电。而满足高压电晕放电的电压值与大气的湿度紧密相关。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种通过高压电晕放电测量大气湿度的装置，包括：微处理器、高压发生电路、充电电路、分压电路、采样电路和放电装置；

其中：所述高压发生电路输入端接所述微处理器输出端，所述充电电路输入端接所述高压发生电路输出端，所述分压电路输入端、放电装置分别与所述充电电路输出端连接，所述采样电路输入端接所述分压电路输出端，所述采样电路输出端接所述微处理器输入端。

利用通过高压电晕放电测量大气湿度的装置测量大气湿度的方法，包括如下步骤：

步骤1，高压发生电路在微处理器的触发下开始输出恒定高压；

步骤2，高压发生电路输出的恒定高压开始对充电电路和放电装置进行充电，放电装置进入周而复始的充放电过程；

步骤3，采样电路根据分压电路输出电压得到采样信号，微处理器处理采样信号得到放电装置放电电压；

步骤4，微处理器根据放电装置放电电压与大气湿度之间的关系反演算出大气湿度。

所述利用通过高压电晕放电测量大气湿度的装置测量大气湿度的方法，步骤3中所述的放电装置放电电压利用如下方法得到：在采样周期内，采集各充放电过程中的放电装置实时电压，微处理器取充放电过程中放电装置实时电压的最大值作为放电装置放电电压。

所述利用通过高压电晕放电测量大气湿度的装置测量大气湿度的方法，步骤4中所述的放电装置放电电压与大气湿度之间的关系为：

H=8.5δ+500(UU0-δ),]]>

其中，U₀为放电装置在标准大气状态下且放电电极距离为固定值时的放电电压，U为步骤3测得的放电装置放电电压，δ为相对空气密度，H为大气湿度。