潔凈室的濕度測量

　　要想獲得最佳的濕度測量數據，選擇正確的測量?jì)x器十分重要。同時(shí)，還應定期按照可追溯性標準進(jìn)行校準。

　　在潔凈室內生產(chǎn)的產(chǎn)品范圍很廣，包括藥物和半導體等。通常情況下，濕度、溫度、顆粒和壓力都是受控的，因為這些參數對產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率而言具有非常重要的影響。

　　相對濕度

　　相對濕度(%RH)用于描述存在于空氣和水的氣體混合物內的水蒸氣含量。它是指空氣中實(shí)際含有的水蒸氣量與當時(shí)溫度下飽和水蒸氣量的百分比。在生產(chǎn)現場(chǎng)出現的問(wèn)題，例如材料的膨脹和收縮、硬化和軟化、液體的粘度變化、微生物的繁殖、靜電增加、腐蝕和生銹等很大程度上都受到濕度的影響。

　　露點(diǎn)

　　露點(diǎn)(Td)是指露水或冷凝水在冷卻氣體上形成時(shí)的溫度。露點(diǎn)溫度用于描述氣體(例如空氣)中非常微小的水分含量。半導體在微機械加工過(guò)程中，由于水分子被認為是污染物，因此其加工環(huán)境極其干燥。在這種情況下，相對濕度幾乎保持在0%RH，但是露點(diǎn)溫度對于被測氣體的水分含量變化而言仍然非常敏感。

　　不同的應用，不同的需求

　　A制藥廠(chǎng)通常配備有大量的潔凈室。溫度和濕度的控制和記錄都嚴格按照GMP(優(yōu)良制造規范)的要求執行。濕度傳感器最重要的特性就是誤差非常小。進(jìn)行精確的校準對于傳感器而言至關(guān)重要，這樣可以檢查其在長(cháng)時(shí)間內是否存在漂移現象。

　　在食品加工廠(chǎng)，必須將生產(chǎn)現場(chǎng)保持或低于某一特定的濕度。通常為40%或更低的濕度值。這有助于抑制可能引發(fā)食物中毒的微生物和細菌的繁殖。

　　在半導體和電子產(chǎn)品工廠(chǎng)，產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來(lái)越快。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中對濕度和露點(diǎn)的控制也變得更加嚴格。在生產(chǎn)現場(chǎng)的微環(huán)境下，常常要求達到+ / - 1%RH的超高精度。液晶顯示器制造廠(chǎng)和涂料生產(chǎn)廠(chǎng)的濕度控制也同樣重要。在這種情況下，濕度傳感器的耐用性和精度就顯得十分重要。這些工廠(chǎng)會(huì )產(chǎn)生影響傳感器元件的各種氣體。

　　濕度和露點(diǎn)傳感器技術(shù)

　　用于測量空氣中水分含量的濕度傳感器大致可分為兩種類(lèi)型。一種用于測量濕度，另一種則用于測量露點(diǎn)。在濕度水平高于10%RH的空氣中通常需要進(jìn)行濕度測定，在低濕度的環(huán)境下，則傾向于測量露點(diǎn)。在某些高濕條件下，采用露點(diǎn)測量會(huì )更方便。

　　濕度和露點(diǎn)傳感器包括：

　　1. 干濕球濕度計

　　2. 機械濕度計

　　3. 氯化鋰露點(diǎn)儀

　　4. 電阻型濕度計

　　5. 電容型濕度計(結露儀)

　　6. 鏡面露點(diǎn)儀

　　傳感器1 - 6可以測量一般的濕度。傳感器5和6也可用于低露點(diǎn)的測量。每種技術(shù)的原理簡(jiǎn)述如下：

　　1. 干濕球濕度計是濕度計的簡(jiǎn)單型，由兩個(gè)溫度計組成。一個(gè)溫度計有一個(gè)干球，另一個(gè)球則保持在濕潤狀態(tài)以便測定濕球溫度。濕球通過(guò)水的蒸發(fā)作用冷卻。蒸發(fā)量以及溫度計的冷卻狀態(tài)取決于空氣的濕度。這一數據連同濕度查算表或計算結果一起被用來(lái)測定周?chē)�空氣中的水氣分壓和相對濕度。這種方法通常被用于實(shí)驗室以及溫濕度試驗箱。

　　2. 機械濕度計用一種能隨濕度的變化而伸長(cháng)或收縮的器具，例如人的頭發(fā)，以此來(lái)測量和記錄濕度。這種測量方法已經(jīng)使用了很長(cháng)時(shí)間。但是這種方法的精度不太理想。

　　3. 根據氯化鋰的吸濕特性(物質(zhì)吸收水分子的能力)，可采用氯化鋰露點(diǎn)儀作為測量手段。傳感器由一個(gè)卷軸組成，卷軸用一塊吸附性布料和一個(gè)惰性電極雙股線(xiàn)圈(兩根絕緣導線(xiàn)，電流逆向穿過(guò))覆蓋。卷軸用氯化鋰包覆。交流電通過(guò)線(xiàn)圈和氯化鋰溶液，達到電阻加熱的效果。卷軸受熱之后，水分從氯化鋰溶液中蒸發(fā)，其蒸發(fā)率受周?chē)�空氣中的水分氣壓控制。當卷軸開(kāi)始干燥時(shí)，氯化鋰溶液的電阻增加，此時(shí)通過(guò)線(xiàn)圈的電流較小。這樣可以讓卷軸冷卻。當卷軸的加熱和冷卻達到一個(gè)平衡點(diǎn)時(shí)，它既不吸收也不排出水分，并且其平衡溫度與周?chē)�空氣的露點(diǎn)溫度成正比。

　　4. 電阻型濕度計利用材料電阻的變化來(lái)吸收水分。它用特殊的傳感器來(lái)測量通過(guò)電線(xiàn)的電流電阻。這類(lèi)傳感器適合于批量生產(chǎn)，幾乎大多數用于家用電器和其它電器產(chǎn)品。但是，在極低或極高的濕度環(huán)境下，其測量精度可能會(huì )受到影響。

　　5. 電容型濕度計利用檢測聚合物薄膜的電容變化來(lái)測量濕度。這類(lèi)傳感器可以輕易達到相當高的精度，并且大部分用于工業(yè)領(lǐng)域。Vaisala生產(chǎn)的專(zhuān)利產(chǎn)品HUMICAP®濕度傳感器正是采用了此項技術(shù)。

　　6. 鏡面露點(diǎn)儀利用含水蒸氣的空氣在冷卻過(guò)程中在達到露點(diǎn)溫度時(shí)產(chǎn)生露水這一特點(diǎn)進(jìn)行測定。鏡面達到氣體的露點(diǎn)溫度后被冷卻。露水凝結時(shí)，它會(huì )改變鏡面上的反射光。鏡面達到平衡狀態(tài)時(shí)，蒸發(fā)和凝結作用的速度相同，鏡面的溫度等于被測氣體的露點(diǎn)溫度。這類(lèi)傳感器通常被研究機構所用。

　　用于潔凈室的大多數傳感器包括電阻型濕度計、電容型濕度計(結露儀)和鏡面露點(diǎn)儀。選擇某種適當的儀器時(shí)，不但要關(guān)注其價(jià)格和產(chǎn)品規格，而且還應考慮其測量精度、制造商的應用經(jīng)驗以及可用的服務(wù)。所有這些因素都有助于改善用戶(hù)的實(shí)際體驗效果，也有助于實(shí)現成功的運行。

　　定期可追溯的校準非常重要

　　校準時(shí)務(wù)必確保測量設備提供的數據是可靠和精確的。定期校準是絕對必要的。常用的校準周期可參閱表1。對于已安裝的濕度和溫度裝置，表格2給出了可追溯信息鏈的實(shí)例。從全球范圍來(lái)看，所有的測量數據都基于全球通用的國際單位制(SI)。這樣可以確保我們采用相同的數量，而且在各種不同的地點(diǎn)，在各種型式設備上測得的數據具有可比性。

　　國家實(shí)驗室負責保留和制定這種可追溯性記錄，并提供最高精度的校準服務(wù)。國家計量標準實(shí)驗室提供的校準服務(wù)可能僅限于最高級別的原始標準校準。

　　商業(yè)性的校準服務(wù)則適用于較低等級的標準和測量設備。這些可以是制造商對他們自己的產(chǎn)品提供的校準服務(wù)，或者是實(shí)驗室為任何測量設備提供校準服務(wù)。未經(jīng)認可的校準服務(wù)是指大多數服務(wù)供應商(包括大部分測量設備制造商)的校準服務(wù)和大量商業(yè)性校準服務(wù)。未經(jīng)認可的服務(wù)其資質(zhì)是不可靠的。在使用之前，其校準資質(zhì)應經(jīng)過(guò)相應的審核。每個(gè)校準服務(wù)供應商都必須擁有一套有效的可追溯信息鏈。最低限度要求是原始標準必須在外部實(shí)驗室進(jìn)行校準，然后再用于校準服務(wù)。如果沒(méi)有單獨要求，一些商業(yè)性的校準服務(wù)所提供的校準證書(shū)不包括不確定性估算這項服務(wù)。一些校準服務(wù)根本無(wú)法計算不確定數據。因此請務(wù)必考慮這些服務(wù)的資質(zhì)。

　　擁有一套內部的校準系統有時(shí)候是切實(shí)可行的。如果測量設備很難轉移(現場(chǎng)校準)，或校準設備的數量很多的話(huà)，這種做法是行之有效的。要建立一套內部的校準系統，應設立一個(gè)適當的組織機構。這個(gè)機構可以只有一個(gè)人，也可以是配有管理人員和校準人員的一個(gè)部門(mén)。

　　實(shí)驗室校準通常優(yōu)于現場(chǎng)校準。在實(shí)驗室內，環(huán)境造成的影響可以減小到最低程度，并且可以非常明顯地減少影響校準的不利因素�，F場(chǎng)校準是一種簡(jiǎn)單快速的檢查測量設備的方法，它不需要將設備從加工區域移走�，F場(chǎng)校準需要一種操作標準作為基準。這種操作標準可以規定用手持式的設備或其它的設備來(lái)校準安裝在工藝現場(chǎng)的儀器。操作標準應在更高級別的

　　實(shí)驗室進(jìn)行校準。