環(huán)境濕度檢測儀設(shè)計(jì)

1、環(huán)境濕度檢測儀設(shè)計(jì)綜述報(bào)告學(xué)生：伍祥勇學(xué)號：2003023049 專業(yè)：測控技術(shù)與儀器2003級2班一、環(huán)境濕度檢測的科學(xué)意義工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國防、科研、航天等部門，經(jīng)常需要對環(huán)境濕度進(jìn)行測量及控制。對環(huán)境溫、濕度的控制以及對工業(yè)材料水份值的監(jiān)測與分析都已成為比較普遍的技術(shù)條件之一,但在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，濕度是最難準(zhǔn)確測量的一個(gè)參數(shù)。這是因?yàn)闇y量濕度要比測量溫度復(fù)雜得多，溫度是個(gè)獨(dú)立的被測量，而濕度卻受其他因素(大氣壓強(qiáng)、溫度)的影響。此外，濕度的校準(zhǔn)也是一個(gè)難題。國外生產(chǎn)的濕度標(biāo)定設(shè)備價(jià)格十分昂貴。2003年非典疫情研究小組表明，在病毒暴發(fā)前9-10天，空氣的最高溫度、氣溫日較差和相

2、對濕度等氣象要素與SARS病毒的傳播有著密切關(guān)系。日最高溫度相對較低、氣溫日較差較小、空氣相對濕度較大的情況下，有利于SARS病毒擴(kuò)散和傳播；反之，不利于SARS病毒的擴(kuò)散和傳播。 火災(zāi)的發(fā)生發(fā)展與降水、風(fēng)、溫度、濕度等氣象條件都有密切關(guān)系。濕度影響太陽輻射強(qiáng)度，進(jìn)而對地面和地表燃料的溫度有影響。濕度與人們的日常生活密切相關(guān)。據(jù)氣象專家介紹，“空氣濕度”是指空氣中所含水汽的大小，濕度越大表示空氣越潮濕，水汽距離飽和程度越近。通常我們用相對濕度來表示空氣濕度的大小。在一定溫度條件下，空氣相對濕度越小，人體汗液蒸發(fā)越快，人的感覺越?jīng)隹?。北京地區(qū)冬季和春季白天一般濕度為20左右，夜晚一般在70左右，

3、由于冬春季節(jié)濕度太小，人們往往有不舒服的感覺，有時(shí)還出現(xiàn)嘴唇干裂、鼻孔出血、喉頭燥癢等現(xiàn)象?？墒?，到了盛夏季節(jié)，空氣濕度達(dá)到80以上時(shí)，由于汗液蒸發(fā)緩慢，人們又會感覺酷暑難耐，有時(shí)還會中暑或引發(fā)腎病、結(jié)核病、關(guān)節(jié)炎等疾病。氣溫在28攝氏度、相對濕度達(dá)90時(shí)，人們就會有氣溫達(dá)到34攝氏度的感覺。氣象專家表示，居室里比較舒適的氣象條件是：室溫達(dá)25時(shí)，相對濕度應(yīng)控制在40至50為宜，室溫達(dá)18時(shí)，相對濕度應(yīng)控制在30至40。有加濕器的家庭應(yīng)注意經(jīng)常調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度，保持在一個(gè)平衡的狀態(tài)。專家提醒市民，悶熱潮濕天氣會導(dǎo)致突發(fā)性眩暈、腦出血、腦梗死等腦血管疾病。特別是有高血壓、心臟功能不全及冠心病的老人，

4、很可能會因悶熱而中風(fēng)。因此，老年人要減少活動(dòng)，多休息；適當(dāng)喝鹽開水，多吃瓜果蔬菜，尤其是西瓜等防暑食品。夏季高溫多濕，細(xì)菌、病毒等微生物大量滋生，食物容易腐敗變質(zhì)，人們在生活中特別注意不要食用，以免引起消化不良、急性胃腸炎、痢疾、腹瀉等疾病的發(fā)生。此外，市民還要增加皮膚清潔次數(shù)，穿寬松、吸汗的衣物，少吃刺激性食物，不要飲酒，以免汗液增多而引起皮膚病?；ゎI(lǐng)域在聚乙烯生產(chǎn)制造過程中需檢測乙烯原料氣體的濕度,水會使鉑催化劑中毒,只有控制氣體CO2的適當(dāng)濕度,才能保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行;氯化物如漂白粉的生產(chǎn)過程中需嚴(yán)格控制載氣的濕度值,否則其會與水生成廢酸;壓縮氣體的生產(chǎn)過程中,需對氣體進(jìn)行預(yù)干燥處理,

5、以防壓縮過程中過飽和水汽的凝聚;液化氣體前應(yīng)對氣體進(jìn)行充分的干燥,以防水汽冷凝引起閥門和部件的堵塞;液體SO2 的生產(chǎn)和儲存過程中,如若不對水分進(jìn)行充分地干燥,SO2 與水作用可生成帶有強(qiáng)腐蝕性的亞硫酸和硫酸;天然氣和液化石油氣的輸送和儲存中,氣體中含水量過高時(shí),在低于0 時(shí)凍結(jié),高于0 時(shí)形成凝固水合物;在尼龍和聚酯的聚合過程及其纖維的紡織過程中,濕度控制不好,會降低生產(chǎn)效率和影響產(chǎn)品質(zhì)量。化工原理中專門有干燥氣體的論述,詳細(xì)分析干燥過程特征、干燥方法及其應(yīng)用,以干燥靜力學(xué)為理論基礎(chǔ),分析濕空氣的狀態(tài)參數(shù)、物料的含水狀態(tài)、自由水分與平衡水分、結(jié)合水分與非結(jié)合水分等,并討論恒定干燥條件下的干燥

6、速度、干燥曲線與干燥速率曲線、臨界含水量、恒定干燥條件下干燥時(shí)間的計(jì)算。電子和通訊領(lǐng)域在電子和通訊領(lǐng)域，如若不嚴(yán)格控制所處環(huán)境濕度,由于無線電傳播受大氣濕度影響,水分的存在會使微波導(dǎo)航產(chǎn)生偏差,使雷達(dá)和微波設(shè)備的操作失常;在電話、電視、電纜等的維護(hù)中,充氣電纜的氣體濕度影響設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn),必須保持其中氣體的干燥,以防水汽滲入造成短路;在半導(dǎo)體、晶體管制造過程中,水分的存在影響半導(dǎo)體材料的特性,必須嚴(yán)格控制N2 、He 、Ar 等保護(hù)氣體的濕度。冶金行業(yè)在冶金行業(yè),鈦、不銹鋼和其它合金的焊接、熱處理、滲碳、氮化等過程中,測控保護(hù)區(qū)體Ar 和He 的含濕量以防金屬氧化;鋼鐵等的存放空間需測控環(huán)境濕度以防

7、高濕引起銹蝕。國防軍工領(lǐng)域國防軍工領(lǐng)域中,在彈藥、火箭、導(dǎo)彈生產(chǎn)和應(yīng)用中,測量壓縮空氣的濕度以保證彈道計(jì)算的準(zhǔn)確;檢測固體燃燒室濕度,防止腐蝕和保證燃料質(zhì)量;液體火箭推進(jìn)劑的生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用和儲存中,控制含水量可防止管道系統(tǒng)冰堵和腐蝕;在超音速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中,準(zhǔn)確測量濕度,可預(yù)防由于壓力變化發(fā)生水汽冷凝。電力行業(yè)在電力送變電過程中,需要經(jīng)常對各大功率開關(guān)中起保護(hù)作用的SF6氣體濕度進(jìn)行檢測。當(dāng)SF6 氣體的含水量過高時(shí),會危及電氣設(shè)備的安全運(yùn)行, 主要表現(xiàn)在SF6 氣體在電弧下的分解物遇水會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成具有強(qiáng)腐蝕性的HF和H2 SO3 等,會腐蝕損壞絕緣件;在溫度降低時(shí)可能形成凝露水,使絕緣件

8、表面絕緣強(qiáng)度顯著降低甚至閃絡(luò)。因此必須嚴(yán)格控制SF6 氣體的含水量, 保證電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。二、濕度檢測中最常用量的定義如下:水蒸氣(Water vapour)，亦稱水汽，水的氣態(tài)，由水氣化或冰華而成。水分（Moisture）,液體或固體中水的含量。濕度（Humidity），氣體中水蒸氣的含量。干空氣（Dry air），不含水蒸汽的空氣。濕空氣（Wet air）,干空氣和水蒸氣組成的混合物。質(zhì)量混合比r（Mixing ratio），濕空氣中水蒸氣的質(zhì)量與干空氣質(zhì)量之比。kg.kg-1比濕q（Specific humidity），濕氣中水蒸氣的質(zhì)量與濕氣中質(zhì)量之比。kg.kg-1水蒸氣壓（Wa

9、ter vapour pressure），濕氣（體積為V，濕度為T）中的水蒸氣于相同V、T條件下單獨(dú)存在時(shí)的壓力。亦稱為水蒸氣分壓。飽和水氣壓（Saturation water vapour pressure），水蒸氣與水（或冰）面共處于相對平衡時(shí)的水蒸氣壓。濕氣的摩爾分?jǐn)?shù)（Molar fraction of Wet-gass），濕氣中水蒸氣的摩爾與濕氣的總摩爾數(shù)之比。露點(diǎn)溫度Td（Dew-point temperature），在等氣壓的條件下將氣體冷卻，當(dāng)氣體中的水蒸氣冷凝成水并達(dá)到相對平衡狀態(tài)時(shí)，此時(shí)的氣體溫度即為氣體的露點(diǎn)溫度。 注：溫度高的氣體其所含水蒸氣也較多,將此氣冷卻后,水蒸氣的

10、量即使不發(fā)生變化,相對濕度增加,當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)，相對濕度RH達(dá)到100%飽和,此時(shí),繼續(xù)進(jìn)行冷卻的話,其中一部分的水蒸氣將凝聚成露。此時(shí)的溫度即為露點(diǎn)溫度（Dew Point Temperature）。露點(diǎn)在0以下結(jié)冰時(shí)即為霜點(diǎn)（Frost Point）。說明：A、人們常常通過測定露點(diǎn)，來確定空氣的絕對濕度和相對濕度，所以露點(diǎn)也是空氣濕度的一種表示方式。例如，當(dāng)測得了在某一氣壓下空氣的溫度是20,露點(diǎn)是12。那么，就可以從表中查得20時(shí)的飽和蒸汽壓為17.54mmHg,12時(shí)的飽和蒸汽壓為10.52mmHg。則此時(shí)，空氣的絕對濕度p=10.52mmHg，空氣的相對濕度B=(10.52/17.

11、54)×10060。 采用這種方法來確定空氣的濕度，有著重大的實(shí)用價(jià)值。但這里很關(guān)鍵的一點(diǎn)，要學(xué)會露點(diǎn)的測定方法。 B、露點(diǎn)的測定，在農(nóng)業(yè)上意義很大。由于空氣的濕度下降到露點(diǎn)時(shí)，空氣中的水蒸汽就凝結(jié)成露。如果露點(diǎn)在O以下，那么氣溫下降到露點(diǎn)時(shí)，水蒸汽就會直接凝結(jié)成霜。知道了露點(diǎn)，可以預(yù)報(bào)是否發(fā)生霜凍，使農(nóng)作物免受損害。 C、氣溫和露點(diǎn)的差值愈小，表示空氣愈接近飽和。氣溫和露點(diǎn)接近，也就是此時(shí)的相對濕度百分值大，人們感覺氣候潮濕；氣溫和露點(diǎn)差值大，即此時(shí)的相對濕度百分比值小，人們感覺氣候干燥。人體感到適中的相對濕度是60-70。 D、嚴(yán)格地說，露點(diǎn)時(shí)的飽和汽壓和空氣當(dāng)時(shí)的水汽壓強(qiáng)是不相

12、等的。由于未飽和汽的壓強(qiáng)隨溫度的變化是遵循下列規(guī)律Pt=P0(1+t/273). 在日常的溫差下，壓強(qiáng)的變化很小，所以近似地當(dāng)作不變來處理。如上例中在某一汽壓下，空氣氣溫是20，露點(diǎn)是12，那么從圖中可見直線幾乎和t軸平行。三、濕度的定義在計(jì)量法中規(guī)定,濕度定義為“物象狀態(tài)的量”。濕度（Humidity）定義為氣體中水蒸氣的含量。氣體通常指空氣?？諝鉂穸瘸Ｓ媒^對濕度（Absolute humidity）、相對濕度（Relative humidity）、飽和差來表示。1、絕對濕度(Absolute humidity),單位體積濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量。kg.m-3 注：絕對濕度大，空氣比較潮濕；

13、絕對濕度小，空氣比較干燥。在一定溫度下，空氣中的水氣含量有一個(gè)最大的限度，達(dá)到這個(gè)限度時(shí)的水氣壓，叫飽和水氣壓。飽和水氣壓隨著空氣溫度的升高而迅速變大。2、相對濕度U(Relative humidity）,濕氣中水蒸氣的摩爾分?jǐn)?shù)與相同溫度（T）和壓力（P）條件下飽和水蒸氣的摩爾分?jǐn)?shù)之百分比，或者濕氣中水蒸氣的分壓值與相同溫度下飽和水蒸氣壓的比值。%RH 注：相對濕度是個(gè)百分?jǐn)?shù)，沒有單位。相對濕度小，空氣干燥；相對濕度大，空氣潮濕。相對濕度反映了濕空氣中水蒸氣含量接近飽和的程度，故又稱飽和度。 由于在溫度相同時(shí)，蒸汽的密度和蒸汽壓強(qiáng)成正比，所以相對濕度通常就是實(shí)際水蒸氣壓強(qiáng)和同溫度下飽和水蒸氣壓

14、強(qiáng)的百分比值。詳細(xì)解釋：壓力為P，溫度為T的濕空氣的相對濕度是指給定的濕空氣中，水汽的摩爾分?jǐn)?shù)與同一溫度T和壓力P下純水表面的飽和水汽的摩爾分?jǐn)?shù)之比，用百分?jǐn)?shù)表示。 相對濕度是兩個(gè)壓強(qiáng)值之比，氣體中的水蒸氣壓（e）與其氣體的飽和水蒸氣壓（s）的比用百分比表示：rh=e/es×100% 但是,溫度和壓力的變化導(dǎo)致飽和水蒸氣壓的變化,rh也將隨之而變化。 冰會產(chǎn)生的蒸汽壓強(qiáng)低于液態(tài)水。因此，當(dāng)液態(tài)水以冰的形式出現(xiàn)時(shí)，冷凝會在相對濕度低于100的情況下產(chǎn)生。 相對濕度的大小表示空氣接近飽和的程度。當(dāng)f=100時(shí)，表示空氣已經(jīng)達(dá)到飽和；未飽和時(shí)，f<100；過飽和時(shí)f100。相對濕度的

15、大小不僅與大氣中水汽含量有關(guān)，而且還隨氣溫升高而降低。3、飽和差，指當(dāng)時(shí)溫度下的飽和水汽壓與空氣中實(shí)際水汽壓之間的差值。飽和差越小，說明空氣越潮濕，飽和差越大說明空氣越干燥。四、環(huán)境濕度的檢測方法常見的濕度測量方法有：動(dòng)態(tài)法（雙壓法、雙溫法、分流法），靜態(tài)法（飽和鹽法、硫酸法），露點(diǎn)法，干濕球法和電子式傳感器法。   雙壓法、雙溫法是基于熱力學(xué)P、V、T平衡原理，平衡時(shí)間較長，分流法是基于絕對濕氣和絕對干空氣的精確混合。由于采用了現(xiàn)代測控手段，這些設(shè)備可以做得相當(dāng)精密，卻因設(shè)備復(fù)雜，昂貴，運(yùn)作費(fèi)時(shí)費(fèi)工，主要作為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量之用，其測量精度可達(dá)±2%RH以上。 

16、;  靜態(tài)法中的飽和鹽法，是濕度測量中最常見的方法，簡單易行。但飽和鹽法對液、氣兩相的平衡要求很嚴(yán)，對環(huán)境溫度的穩(wěn)定要求較高。用起來要求等很長時(shí)間去平衡，低濕點(diǎn)要求更長。特別在室內(nèi)濕度和瓶內(nèi)濕度差值較大時(shí)，每次開啟都需要平衡68小時(shí)。   露點(diǎn)法是測量濕空氣達(dá)到飽和時(shí)的溫度，是熱力學(xué)的直接結(jié)果，準(zhǔn)確度高，測量范圍寬。計(jì)量用的精密露點(diǎn)儀準(zhǔn)確度可達(dá)±0.2甚至更高。但用現(xiàn)代光電原理的冷鏡式露點(diǎn)儀價(jià)格昂貴，常和標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器配套使用。  干濕球法，這是18世紀(jì)就發(fā)明的測濕方法。歷史悠久，使用最普遍。干濕球法是一種間接方法，它用干濕球方程換算出濕度值，

17、而此方程是有條件的：即在濕球附近的風(fēng)速必需達(dá)到2.5m/s以上。普通用的干濕球溫度計(jì)將此條件簡化了，所以其準(zhǔn)確度只有57%RH,干濕球也不屬于靜態(tài)法，不要簡單地認(rèn)為只要提高兩支溫度計(jì)的測量精度就等于提高了濕度計(jì)的測量精度。  電子式濕度傳感器法  電子式濕度傳感器產(chǎn)品及濕度測量屬于90年代興起的行業(yè), 近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長足進(jìn)步。濕敏傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代濕度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測量技術(shù)提高到新的水平。 五、環(huán)境濕度的檢測的方案選擇現(xiàn)代濕度測量方案最主要的有兩種：

18、干濕球測濕法，電子式濕度傳感器測濕法。下面對這兩種方案進(jìn)行比較，以便客戶選擇適合自己的濕度測量方法。干濕球濕度計(jì)的特點(diǎn)：早在18世紀(jì)人類就發(fā)明了干濕球濕度計(jì)，干濕球濕度計(jì)的準(zhǔn)確度還取決于干球、濕球兩支溫度計(jì)本身的精度；濕度計(jì)必須處于通風(fēng)狀態(tài)：只有紗布水套、水質(zhì)、風(fēng)速都滿足一定要求時(shí)，才能達(dá)到規(guī)定的準(zhǔn)確度。干濕球濕度計(jì)的準(zhǔn)確度只有5一7RH。干濕球測濕法采用間接測量方法，通過測量干球、濕球的溫度經(jīng)過計(jì)算得到濕度值，因此對使用溫度沒有嚴(yán)格限制，在高溫環(huán)境下測濕不會對傳感器造成損壞。干濕球測濕法的維護(hù)相當(dāng)簡單，在實(shí)際使用中，只需定期給濕球加水及更換濕球紗布即可。與電子式濕度傳感器相比，干濕球測濕法不

19、會產(chǎn)生老化，精度下降等問題。所以干濕球測濕方法更適合于在高溫及惡劣環(huán)境的場合使用。電子式濕度傳感器的特點(diǎn)：而電子式濕度傳感器是近幾十年，特別是近20年才迅速發(fā)展起來的。濕度傳感器生產(chǎn)廠在產(chǎn)品出廠前都要采用標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器來逐支標(biāo)定，電子式濕度傳感器的準(zhǔn)確度可以達(dá)到2一3RH。在實(shí)際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影響，使用時(shí)間一長，會產(chǎn)生老化，精度下降，濕度傳感器年漂移量一般都在±2%左右，甚至更高。一般情況下，生產(chǎn)廠商會標(biāo)明1次標(biāo)定的有效使用時(shí)間為1年或2年，到期需重新標(biāo)定。電子式濕度傳感器的精度水平要結(jié)合其長期穩(wěn)定性去判斷，一般說來，電子式濕度傳感器的長期穩(wěn)定性和使用壽命不如干濕

20、球濕度傳感器。濕度傳感器是采用半導(dǎo)體技術(shù)，因此對使用的環(huán)境溫度有要求，超過其規(guī)定的使用溫度將對傳感器造成損壞。所以電子式濕度傳感器測濕方法更適合于在潔凈及常溫的場合使用。六、濕度傳感器選擇的注意事項(xiàng)選擇測量范圍和測量重量、溫度一樣，選擇濕度傳感器首先要確定測量范圍。除了氣象、科研部門外，搞溫、濕度測控的一般不需要全濕程(0-100RH)測量。、選擇測量精度測量精度是濕度傳感器最重要的指標(biāo)，每提高個(gè)百分點(diǎn)，對濕度傳感器來說就是上一個(gè)臺階，甚至是上一個(gè)檔次。因?yàn)橐_(dá)到不同的精度，其制造成本相差很大，售價(jià)也相差甚遠(yuǎn)。所以使用者一定要量體裁衣，不宜盲目追求“高、精、尖”。如在不同溫度下使用濕度傳感器，其示值還要考慮溫度漂移的影響。眾所周知，相對濕度是溫度的函數(shù)，溫度嚴(yán)重地影響著指定空間內(nèi)的相對濕度。溫度每變化0.1。將產(chǎn)生0.5RH的濕度變化(誤差)。使用場合如果難以做到恒溫，則提出過高的測濕精度是不合適的。多數(shù)情況下，如果沒有精確的控溫手段，或者被測空間是非密封的，±5RH的精度就足夠了。對于要