2012/06 機械月刊-濕度感測器自動化品管檢測

温湿度感测器自动化品管检测系统研发


周佳德1 蔡明忠1 朱仁诚2


1国立台湾科技大学 自动化及控制研究所
2宇田控制科技股份有限公司


摘要:本文提出一套温湿度感测器自动化品管检测系统,系统包含一可自动控制湿度感测腔 体、待测温湿度感测器与露点仪(标准参考源)、USB 资料撷取模组以及 PC-based 控制人机介 面系统。温湿度感测腔体以干湿双压法做基础,透过 USB 资料撷取模组的电压输出调整湿气阀 的压力值,建构出一套可控制湿度腔体,可达到检测所需稳定的腔体湿度。本系统透过程式自 动计算与调整湿气压力阀,控制设定湿度值并达稳态后,立即检测待测物与标准参考源并作误 差值比较,最后将检测结果汇出至 EXCEL 报表与绘出品质特性图,提供品管人员参考。经实际 验证,确实有效的将自动化检测技术导入温湿度感测器品管作业,除增进产品品质之可靠度, 亦可节省人工与品管时间。


关键字:相对湿度、露点、温度湿度感测器、品管检测、自动化资料撷取。


一、前言

温湿度为环境中重要之物理参数,其对人类生活品质或工厂产品加工品质有重大的影响。因此温湿度的量测与监控,在各行业就越来越普遍。近年来,相关的温湿度感测器发展与抗凝结研究也逐渐盛行[1,2]。现代电子厂房对温湿度控制的要求更高,一般要求温度与相对湿度需 控制在设定范围内。一般厂房内水分往往是由空调送入空间中,因此空调系统之加湿和除湿的 工作情况也就会由送入空间中的水分所决定。尤其,在低湿条件下采用较精准之露点量测对温 湿度控制也就相对重要,只要露点温度波动则相对湿度自然会波动,根据回授温湿度的设定值 从低限到上限变化进行温湿度调控。

另外在空压系统回路中,压缩空气或气体配给网路中的压力露点测量一样变得益加重要, 压缩机制造商也逐渐认识到气压管道中存在过多的水气会带来诸多负面的影响。如管路的生锈 腐蚀、气动元件寿命的缩短、致动器的故障等,除对整个压缩空气系统的污染与零组件的损坏、 以致造成非计画的生产中断与附加的生产成本上升等影响[3] 。若由于维护因素,用来去除气 体中的水气的干燥机效能无法按预期的运转下,温湿度或露点测量便能视为一种辅助系统,作 为监测干燥机的除湿性能,即可在测量值超出设定范围时发出警报。因此空压系统中之温湿度 或露点测量优点包括(1)持续对压力露点的监测,可以及时发现并处理在压缩空气在干燥过程 中出现的问题 (2)延长压缩空气系统及其元件的寿命 (3)提高维护空压系统的效率 (4)减少 系统运行时故障的发生,以确保产品的品质稳定 [3]。

环境控制通常需要控制气体的温度与湿度。而真实的空气环境乃含有水蒸气的潮湿空气, 常用的湿度量测方法有冷却镜面(Chilled Mirror technology)、电容式聚合物层(Capacitive Polymer)、电容式金属氧化层(Capacitive Metal Oxide)等。其量测原理简介如下:

(1)冷却镜面技术:当空气通过镜面时,镜面会逐渐冷却直到镜面结露为止,镜面是否结露由光感应器判定,若反射回来的光线强度达到一定的反射率,表示镜面有水珠附着,同时量 测当时温度,即为露点温度。但此法的光感测器需要极为灵敏,因此镜面若附着脏污、油 垢或灰尘等,皆可能影响到测量结果。但其感应精度较高,价格较为昂贵,适合应用在低 湿条件下之高精度检测。

(2)电容式金属氧化层:电容式金属氧化层式的相对湿度计作用原理与电容式聚合物式相对湿 度计的作用方式大同小异,主要系利用金属具有高度热胀冷缩的膨胀率,因此量测到的露 点值能够低至(-100°C),但却不易使用于高湿度范围。

3)电容式聚合物层:电容式聚合物式相对湿度计使用聚合物薄层跟电极结合,并置于上下两 电极之间,当水气吸附在薄层上,相对湿度产生变化会引起离子导电性不同,会改变介电 系数(dielectric)。相对湿度越高,电容值增加。此型湿度计如同其他形式相对湿度计一 样,曝露在污染和极端条件的环境下,准确性会下降,但因为材料的改进,电容式相对湿度计可以在高温(100℃)环境使用,但受到热胀冷缩的影响并不大。

为有效的确定温湿度感测器在其感测湿度范围内是否合乎误差值范围,因此于本系统设计 一套具有湿度控制功能、即时监控的人机介面与自动汇出检测报表的自动温湿度品管检测软硬 体。透过电流转电压的转换器与资料撷取模组,将温湿度感测器感测到的温湿度值显示于人机 介面上,系统开始时须设定相关参数,尔后即进入自动品管检测步骤,等待稳定时间与各待测 点检测完毕后,将会自动汇出检测报表并绘出资料曲线,提供品管人员参考。

二、湿空气特性参数 湿度一般在气象学中指的是空气湿度,代表空气中水蒸气的含量,与空气中的水分质量有关系,亦与蒸气压与饱和蒸汽压呈现比值关系。然而水蒸气含量极低甚至趋近于零的空气被称为干空气,一般可看作为理想气体,一但干空气的水气成分增高,其理想性越低。

在 ASHRAE 湿气图中如图 1 [4],垂直座标代表湿度比,等比湿度线在图上则为水平直线。水平座标表示为干球温度,等干球温度线均系直线上升。
图1简易ASHRAE湿气图


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温湿度感测器自动化品管检测系统研发 - 2012/07 机械月刊
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