濕度測量及其儀表

第四章濕度測量

在通風(fēng)與空調(diào)工程中，空氣的濕度與溫度是兩個相關(guān)的熱工參數(shù)，它們具有同樣的重要意義。濕度控制有何應(yīng)用呢？在紡織行業(yè)的應(yīng)用：對紡織纖維性能的影響在相對濕度增大時，由于纖維吸濕后的分子間距離增大，故纖維的硬度和脆性隨之降低，使纖維的柔軟性大為改善。機(jī)械表面與纖維間的摩擦或纖維間的相互摩擦，不可避免的會引起纖維帶電，當(dāng)纖維與機(jī)體帶有不同電荷時，會妨礙纖維的拉伸、梳理、交織、卷繞過程的順利進(jìn)行。提高空氣的相對濕度，可以使纖維的比電阻降低，以增加電荷散逸的速度，從而消除靜電。

在空氣調(diào)節(jié)的應(yīng)用：提高人體舒適感環(huán)境濕度過低時，體表汗液蒸發(fā)量增加，皮膚會感覺過于干燥。而濕度過大時，體表出的汗不能及時、充分地蒸發(fā)掉，積于皮膚表面，使人體不舒適感覺加大。因此，為了提高人體熱舒適性，應(yīng)正確控制室內(nèi)相對濕度值。在卷煙業(yè)的應(yīng)用：對煙絲質(zhì)量的影響在制煙過程中，煙絲的破損率及質(zhì)量與儲存時的空氣濕度有著重要的關(guān)系。儲存時空氣過于干燥，則煙絲易破碎成煙沫，氣味也揮發(fā)出去，煙絲質(zhì)量隨之降低。通常，儲絲庫的溫度需要維持在18～25℃之間，相對濕度要保持在70%RH以上，在此環(huán)境條件下，煙絲才不易破碎，飄塵現(xiàn)象也較輕，煙味也較純正。

在通信行業(yè)的應(yīng)用：確保設(shè)備可靠性為避免因空氣干燥引起靜電，燒壞電路板，造成線路癱瘓，從而引發(fā)事故，同時保持設(shè)備的最佳運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，延長設(shè)備的使用壽命，通信行業(yè)動力機(jī)房環(huán)境對濕度和溫度有著嚴(yán)格的要求。

在航天科技中的應(yīng)用：將乘員艙大氣濕度控制于乘員的舒適水平

在乘員艙大氣中，航天員呼吸、蒸發(fā)和洗滌都會造成水蒸氣增加，甚至達(dá)到飽和狀態(tài)。在失重情況下，水蒸氣可以在任何冷表面凝結(jié)成水珠，且隨機(jī)存在于任何部位或飄浮在大氣之中。早期的載人飛船，隨處存在的冷凝水成為令人十分頭疼的問題，“雙子星座”飛船曾采用鋪設(shè)吸水材料的辦法簡單處理?，F(xiàn)代載人航天器使用一種帶有孔板輸出機(jī)構(gòu)的冷凝熱交換器，以5%通風(fēng)氣流把冷凝水引出排水細(xì)孔，再經(jīng)動態(tài)水/氣分離器把水和氣體分開。新式的濕度控制裝置除濕效果好，壽命長，循環(huán)空氣阻力小。在其他場合的應(yīng)用

受濕度影響較大的場合，還有如計(jì)算機(jī)房、印刷車間、潔凈室、手術(shù)室、實(shí)驗(yàn)室、氣調(diào)庫、半導(dǎo)體生產(chǎn)車間、博物館、檔案館等。

大氣是由干空氣和一定量的水蒸氣混合而成的，我們稱其為濕空氣。干空氣的成分主要是氮（78％）、氧（21％）、氬（0.93％）、二氧化碳（0.03％）及其它微量氣體。

在濕空氣中水蒸汽的含量雖少，但其變化卻會對空氣環(huán)境的干燥和潮濕程度產(chǎn)生重要的影響，且使?jié)窨諝獾奈锢硇再|(zhì)隨之發(fā)生改變。

常溫常壓下干空氣可視為理想氣體，而濕空氣中的水蒸汽一般處于過熱狀態(tài)，且含量很少，也可近似看作理想氣體。PgV=mgRgT

或Pgvg=RgTPnV=mnRnT

或Pnvn=RnT

干空氣用下標(biāo)g表示，水蒸汽用下標(biāo)n表示。

根據(jù)道爾頓定律，濕空氣的壓力應(yīng)等于干空氣的壓力與水蒸汽的壓力之和。B=Pg+Pn

海平面的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為101325Pa。第一節(jié)濕度測量概述

一、空氣濕度的表示方法濕度是表示空氣中水蒸汽含量多少的尺度。常用來表示空氣濕度的方法有：絕對濕度、相對濕度和含濕量。

1.絕對濕度

絕對濕度定義為每平方米濕空氣，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下所含水蒸汽的重量，即濕空氣中的水蒸汽密度（單位是克/米3）。

2.相對濕度

相對濕度就是空氣中水蒸汽分壓力Pn與同溫度下飽和水蒸汽分壓力Pb之比值。

空氣的相對濕度是干球溫度、濕球溫度、風(fēng)速和大氣壓力的函數(shù)。絕對濕度只能說明濕空氣中實(shí)際所含水蒸汽的質(zhì)量，而不能說明濕空氣干燥或潮濕的程度及吸濕能力的大小。相對濕度表征濕空氣中水蒸氣接近飽和含量的程度。φ值小，說明濕空氣飽和程度小，吸收水蒸氣的能力強(qiáng)；φ值大則說明濕空氣飽和程度大，吸收水蒸氣的能力弱。

3.含濕量

含濕量就是濕空氣中，每千克干空氣所含有的水蒸汽的質(zhì)量。二、氣體濕度測量方法干濕球法露點(diǎn)法吸濕法第二節(jié)干濕球與露點(diǎn)法濕度檢測

干濕球濕度計(jì)的基本原理為：當(dāng)大氣壓力B和風(fēng)速v不變時，利用被測空氣相應(yīng)于濕球溫度下飽和水蒸氣壓力和干球溫度下的水蒸氣分壓力之差，與干濕球溫度之差之間存在的數(shù)量關(guān)系確定空氣濕度。

其數(shù)量關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

Pb,s－Pn=A(θw－θs)B

式中，Pb,s——濕球溫度下飽和水蒸氣壓力；

Pn——空氣中水蒸氣分壓力；

θw、θs——分別為空氣的干、濕球溫度；

A——與風(fēng)速有關(guān)的系數(shù)；

B——大氣壓力。

將上式代入前式，可得相對濕度計(jì)算公式為：

根據(jù)θw、θs分別對應(yīng)有確定的Pb、Pb,s值，所以根據(jù)干、濕球溫度計(jì)的讀數(shù)差，即可由上式確定被測空氣的相對濕度。一、普通干濕球溫度計(jì)

它由兩支相同的液體膨脹式溫度計(jì)組成，一支為干球溫度計(jì)，另一支為濕球溫度計(jì)。干濕球溫度計(jì)就是利用干濕球溫度差及干球溫度來測量空氣相對濕度的。在測得干濕球溫度后，可利用公式計(jì)算，也可以利用有關(guān)圖表，查出相應(yīng)的相對濕度值。干球溫度計(jì)濕球溫度計(jì)刻度盤紗布水槽普通干濕球溫度計(jì)構(gòu)造

同精度溫度計(jì)兩支、脫脂紗布、蒸餾水特點(diǎn)無風(fēng)速控制，無屏蔽輻射水易污染測量誤差較大注意：

①濕球溫度計(jì)安裝時，要求溫度計(jì)的球部離開水杯上沿至少2～3cm，②應(yīng)使?jié)袂驕囟扔?jì)周圍空氣流速保持在2.5m/s以上，且維持相對穩(wěn)定。TwTs通風(fēng)干濕球溫度計(jì)（阿斯曼）構(gòu)造

溫度計(jì)置于金屬套管內(nèi)微型風(fēng)機(jī)，特點(diǎn)

濕球附近風(fēng)速固定在2.5m/s金屬套管屏蔽輻射蒸餾水隨時滴入TwTs二、干濕球電信號傳感器與溫度計(jì)

為了能自動顯示空氣的相對濕度和遠(yuǎn)距離傳送濕度信號，采用電動干濕球溫度計(jì)。它的干濕球是用金屬電阻（鎳電阻）代替膨脹式溫度計(jì)，并設(shè)置一個微型軸流風(fēng)機(jī)，以便在熱電阻周圍造成2.5m/s的風(fēng)速，提高測量精度。

將濕信號轉(zhuǎn)換成電信號，有利于遠(yuǎn)傳。構(gòu)造：軸流風(fēng)機(jī)、鎳電阻、濕球紗布、盛水杯、測量橋路。通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻R的滑動觸頭，使檢流計(jì)為0，可得UDE=UAB。根據(jù)這一關(guān)系計(jì)算出RDE和相對濕度的關(guān)系，在可調(diào)電阻上進(jìn)行分度，實(shí)現(xiàn)相對濕度的測量。干球熱電阻濕球熱電阻三．露點(diǎn)法濕度測量露點(diǎn)溫度：將被測空氣冷卻，當(dāng)濕空氣冷卻到水蒸氣達(dá)到飽和并開始凝結(jié)出水分時所對應(yīng)的溫度。先測定露點(diǎn)溫度tL，根據(jù)tL確定該溫度下飽和水蒸氣壓力PL。PL即為被測空氣的水蒸氣分壓力Pn。四、露點(diǎn)濕度計(jì)充滿乙醚溶液主要缺點(diǎn)：當(dāng)冷卻表面上出現(xiàn)露珠的瞬間，需立即測定表面溫度，但一般不易測準(zhǔn)，而容易造成較大的測量誤差。采用兩只玻璃棒溫度計(jì)，一只測量干球溫度，另一只放入黃銅盒內(nèi)測量露點(diǎn)溫度。根據(jù)測得的露點(diǎn)溫度和干球溫度通過查表得到對應(yīng)的露點(diǎn)溫度下的飽和蒸氣壓力和干球溫度下的飽和蒸氣壓力。五、光電式露點(diǎn)濕度計(jì)光電式露點(diǎn)濕度計(jì)是使用光電原理直接測量氣體露點(diǎn)溫度的一種電測法濕度計(jì)。其測量準(zhǔn)確度高，可靠性強(qiáng)，使用范圍廣，尤其適用于低溫狀態(tài)。影響測量精度的因素：高度光潔的露點(diǎn)鏡；高精度的光學(xué)與熱電制冷調(diào)節(jié)系統(tǒng)；采樣氣體需潔凈。第三節(jié)氯化鋰電阻濕度傳感器某些鹽類放在空氣中，其含濕量與空氣的相對濕度有關(guān)；而含濕量大小又引起本身電阻的變化。因此可以通過這種傳感器將空氣相對濕度轉(zhuǎn)換為其電阻值的測量。這種方法稱為吸濕法濕度測量。

氯化鋰是一種在大氣中不分解、不揮發(fā)，也不變質(zhì)而具有穩(wěn)定的離子型無機(jī)鹽類。其吸濕量與空氣相對濕度成一定函數(shù)關(guān)系，隨著空氣相對濕度的增減變化，氯化鋰吸濕量也隨之變化。當(dāng)氯化鋰溶液吸收水汽后，使導(dǎo)電的離子數(shù)增加，因此導(dǎo)致電阻的降低；反之，則使電阻增加。氯化鋰電阻濕度計(jì)的傳感器就是根據(jù)這一原理工作的。一、傳感器氯化鋰電阻濕度傳感器分梳狀和柱狀。在梳狀或柱狀電極間的電阻值的變化反映了空氣相對濕度的變化。氯化鋰傳感器的測濕范圍與所涂氯化鋰濃度及其它成分有關(guān)。采用某一濃度制作的元件在其有效的感濕范圍內(nèi)，其電阻值隨周圍空氣相對濕度的變化符合指數(shù)關(guān)系。當(dāng)濕度低于其有效的感濕范圍時，其阻值迅速增加，趨于無限大；而當(dāng)高于該范圍時，其阻值變得非常小，乃至趨于零。每一傳感器的測量范圍較窄，故應(yīng)按照測量范圍的要求，選用相應(yīng)的量程。為擴(kuò)大測量范圍，可采用多片組合傳感器。擴(kuò)大氯化鋰濕度計(jì)的測量范圍R1R2R3R4rrrrABRAB=f(

)75~95%55~75%35~55%15~35%

(%)1535557595RAB(K)80705232.312.35擴(kuò)大氯化鋰濕度計(jì)的測量范圍二．變送器將氯化鋰濕度測頭接入交流電橋，此電橋?qū)鞲衅鞯碾娮栊盘栟D(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟妷盒盘?。此電壓?jīng)放大、檢波整流變成與相對濕度成一定函數(shù)關(guān)系的直流電壓，再經(jīng)電壓-電流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)0-10mA的電流信號。應(yīng)用：

溫、濕度變送器輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號，便于遠(yuǎn)距離傳送、記錄和調(diào)節(jié)，測量和調(diào)節(jié)精度高，常用于高精度的溫、濕度測量和調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

三、新型氯化鋰濕度傳感器優(yōu)點(diǎn)：長期工作穩(wěn)定性好，制作濕度測量儀時會有較高的精度，響應(yīng)迅速。缺點(diǎn)：有結(jié)露時易失效。它特別適合空調(diào)系統(tǒng)使用。注意：為了避免氯化鋰溶液發(fā)生電解，電極兩端應(yīng)接交流電。量程窄，一般為15%～20%，例如，0.05%的濃度對應(yīng)感濕范圍為80%-100%，0.2%的濃度對應(yīng)的感濕范圍為60%-80%。環(huán)境溫度對輸出影響較大，因此要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。最高使用溫度55℃，當(dāng)大于55℃，氯化鋰溶液容易蒸發(fā)。第四節(jié)高分子濕度傳感器

一、高分子電容式濕度傳感器該傳感器基本上是一個電容器，在高分子薄膜上的電極是很薄的金屬微孔蒸發(fā)膜，水分子可通過兩端的電極被高分子薄膜吸附或釋放。隨著水分子