湿度测量方法

在纺织行业的应用：对纺织纤维性能的影响•在相对湿度增大时，由于纤维吸湿后的分子间距离增大，故纤维的硬度和脆性随之降低，使纤维的柔软性大为改善。•机械表面与纤维间的摩擦或纤维间的相互摩擦，不可避免的会引起纤维带电，当纤维与机体带有不同电荷时，会妨碍纤维的拉伸、梳理、交织、卷绕过程的顺利进行。提高空气的相对湿度，可以使纤维的比电阻降低，以增加电荷散逸的速度，从而消除静电。在空气调节的应用：提高人体舒适感环境湿度过低时，体表汗液蒸发量增加，皮肤会感觉过于干燥。而湿度过大时，体表出的汗不能及时、充分地蒸发掉，积于皮肤表面，使人体不舒适感觉加大。因此，为了提高人体热舒适性，应正确控制室内相对湿度值。在卷烟业的应用：对烟丝质量的影响在制烟过程中，烟丝的破损率及质量与储存时的空气湿度有着重要的关系。储存时空气过于干燥，则烟丝易破碎成烟沫，气味也挥发出去，烟丝质量随之降低。通常，储丝库的温度需要维持在18～25℃之间，相对湿度要保持在70%以上，在此环境条件下，烟丝才不易破碎，飘尘现象也较轻，烟味也较纯正。在通信行业的应用：确保设备可靠性为避免因空气干燥引起静电，烧坏电路板，造成线路瘫痪，从而引发事故，同时保持设备的最佳运转状态，延长设备的使用寿命，通信行业动力机房环境对湿度和温度有着严格的要求。在航天科技中的应用：将乘员舱大气湿度控制于乘员的舒适水平在乘员舱大气中，航天员呼吸、蒸发和洗涤都会造成水蒸气增加，甚至达到饱和状态。在失重情况下，水蒸气可以在任何冷表面凝结成水珠，且随机存在于任何部位或飘浮在大气之中。早期的载人飞船，随处存在的冷凝水成为令人十分头疼的问题，“双子星座”飞船曾采用铺设吸水材料的办法简单处理。现代载人航天器使用一种带有孔板输出机构的冷凝热交换器，以5%通风气流把冷凝水引出排水细孔，再经动态水/气分离器把水和气体分开。新式的湿度控制装置除湿效果好，寿命长，循环空气阻力小。在其他场合的应用受湿度影响较大的场合，还有如计算机房、印刷车间、洁净室、手术室、实验室、半导体生产车间、博物馆、档案馆等。大气是由干空气和一定量的水蒸气混合而成的，我们称其为湿空气。干空气的成分主要是氮（78％）、氧（21％）、氩（0.93％）、二氧化碳（0.03％）及其它微量气体。在湿空气中水蒸汽的含量虽少，但其变化却会对空气环境的干燥和潮湿程度产生重要的影响，且使湿空气的物理性质随之发生改变。常温常压下干空气可视为理想气体，而湿空气中的水蒸汽一般处于过热状态，且含量很少，也可近似看作理想气体。PwV=mwRwT或Pwvw=RwTPnV=mnRnT或Pnvn=RnT干空气用下标g表示，水蒸汽用下标n表示。根据道尔顿定律，湿空气的压力应等于干空气的压力与水蒸汽的压力之和。B=Pg+Pn海平面的标准大气压为101325Pa。第1节概述一、空气湿度的表示方法湿度是表示空气中水蒸气含量多少的尺度。表示空气湿度的常用方法有：绝对湿度、相对湿度和含湿量三种。1．绝对湿度绝对湿度定义为在每立方米湿空气（或其他气体），在标准状态下（0℃，760mmHg）所含水蒸气的重量，即湿空气中的水蒸气的密度，以字符ρ表示，单位为克/米3。10002.1692.169461273.15nnnnnWPPPPRTTT式中Pn——空气中水蒸气分压力，Pa；T——空气的干球绝对温度，K；θw——空气的干球摄氏温度，℃；Rn——水蒸气的气体常数，Rn＝461J/(kg.k)。2.相对湿度相对湿度就是空气中水蒸汽分压力Pn与同温度下饱和水蒸汽分压力Pb之比值。%100PPbn相对湿度越小，就表示是空气离饱和态越远，尚有吸收更多水蒸气的能力，即空气越干燥，吸收水蒸气能力越强；反之，相对湿度越大，吸收水蒸汽能力越弱，即空气越潮湿。相对湿度反映了湿空气中水蒸汽含量接近饱和的程度，故又称饱和度。)B,v,,(fswBAPPfPswsbnwb)()(,空气的相对湿度是干球温度、湿球温度、风速和大气压力的函数。绝对湿度只能说明湿空气中实际所含水蒸汽的质量，而不能说明湿空气干燥或潮湿的程度及吸湿能力的大小。相对湿度表征湿空气中水蒸气接近饱和含量的程度。φ值小，说明湿空气饱和程度小，吸收水蒸气的能力强；φ值大则说明湿空气饱和程度大，吸收水蒸气的能力弱。3.含湿量含湿量就是湿空气中，每千克干空气所含有的水蒸汽的质量。1000Swmdm287100010001000622622622461Snnwwnnnbwnn287100010001000622622622461Snnwwnnnbwnn287100010001000622622622461Snnwwnnnbwnn所以，当大气压力为定值，含湿量是水蒸气分压力的函数。二、气体湿度测量方法常见的湿度测量方法有：动态法（双压法、双温法、分流法），静态法（饱和盐法、硫酸法），露点法，干湿球法和吸湿法。干湿球法露点法吸湿法•①双压法、双温法是基于热力学P、V、T平衡原理，平衡时间较长，分流法是基于绝对湿气和绝对干空气的精确混合。由于采用了现代测控手段，这些设备可以做得相当精密，却因设备复杂，昂贵，运作费时费工，主要作为标准计量之用，其测量精度可达±2%以上。•②静态法中的饱和盐法，是湿度测量中最常见的方法，简单易行。但饱和盐法对液、气两相的平衡要求很严，对环境温度的稳定要求较高。用起来要求等很长时间去平衡，低湿点要求更长。特别在室内湿度和瓶内湿度差值较大时，每次开启都需要平衡6～8小时。•③露点法是测量湿空气达到饱和时的温度，是热力学的直接结果，准确度高，测量范围宽。计量用的精密露点仪准确度可达±0.2℃甚至更高。但用现代光—电原理的冷镜式露点仪价格昂贵，常和标准湿度发生器配套使用。•④干湿球法，这是18世纪就发明的测湿方法。历史悠久，使用最普遍。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57%RH,干湿球也不属于静态法，不要简单地认为只要提高两支温度计的测量精度就等于提高了湿度计的测量精度。•⑤吸湿法电子式湿度传感器产品及湿度测量属于90年代兴起的行业,近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得了长足进步。湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代湿度测控系统创造了有利条件，也将湿度测量技术提高到新的水平。第二节干湿球与露点法湿度检测干湿球湿度检测是根据干湿球温度差效应原理进行湿度测量。干湿球温度差效应是指在潮湿物体表面的水分蒸发而冷却的效应，冷却的程度取决于周围空气的相对湿度φ、大气压力B以及风速。当大气压力B和风速v不变时，利用被测空气相应于湿球温度下饱和水蒸气压力和干球温度下的水蒸气分压力之差，与干湿球温度之差之间存在的数量关系确定空气湿度。测量空气的干、湿球温度，就可以在i-d图中查出φ;根据干球温度和干、湿球温差从“通风干湿表用相对湿度表”中查出相对湿度φ。其数量关系的数学表达式为：Pb,s－Pn=A(θw－θs)B式中，Pb,s——湿球温度下饱和水蒸气压力；Pn——空气中水蒸气分压力；θw、θs——分别为空气的干、湿球温度；B——大气压力。A——与风速有关的系数；通风速度影响系数A。湿球温度造成系数A的变化。辐射造成系数A的误差系数A是湿球直径、通风速度、温度、压力、和气流中水分含量的函数，严格来说随每支具体的干湿球及其所处的热力学和动力学状态不同而异。将上式代入前式，可得相对湿度计算公式为：根据θw、θs分别对应有确定的Pb、Pb,s值，所以根据干、湿球温度计的读数差，即可由上式确定被测空气的相对湿度。bswsbbPAB100%PP一、普通干湿球温度计由两支相同的温度计组成，其中一支温度计的温包部包有潮湿的纱布，即湿球温度计，干湿球温度计装置在同一支架上。湿球温度计的球部表面潮湿纱布中的水分不断进行蒸发，而水分的蒸发强度则仅据周围空气的气象条件而定。当空气的相对湿度愈低，湿球温度计上的水分蒸发愈强，湿球温度就愈低，干、湿球温差就愈大；反之，周围空气的相对湿度愈高，干、湿球温度差就愈小。干球温度计湿球温度计刻度盘纱布水槽•特点–无风速控制，无屏蔽辐射–水易污染–测量误差较大•注意：•①湿球温度计安装时，要求温度计的球部离开水杯上沿至少2～3cm，•②应使湿球温度计周围空气流速保持在2.5m/s以上，使A为常数。通风干湿球温度计（阿斯曼）•构造–温度计置于金属套管内–微型风机，•特点–湿球附近风速固定在2.5m/s–金属套管屏蔽辐射–蒸馏水随时滴入TwTs二、干湿球电信号传感器与温度计干湿球电信号传感器是一种将温度参数转换成电信号的仪表,也叫电动干湿球温度计。它和干湿球温度计的作用原理相同。主要差别是干球和湿球用两支微型套管式镍电阻（或其他电阻温度计）所代替。另外增加一个微型轴流通风机，以便在镍电阻周围造成一恒定风速的气流，此恒定气流速度一般为2.5m/s以上，提高测量精度。通过调节可调电阻R的滑动触头，使检流计为0，可得UDE=UAB。)(wCECEtfU)(SABABtfU)()(wCESABCEABRUABCEDEDEtftfRUURUIURCE•根据这一关系计算出RDE和相对湿度的关系，在可调电阻上进行分度，实现相对湿度的测量。三、露点法湿度测量露点法测量相对湿度的基本原理为：先测定露点温度θl，然后确定对应于θl的饱和蒸气压力Pl。显然，Pl即为被测空气的水蒸气压力Pn。因此，可用下式求出空气的相对湿度。%100blpp式中Pl——对应被测湿度空气露点温度的饱和水蒸气压力；Pb——饱和水蒸气压力。露点温度是指被测湿空气冷却到水蒸气达到饱和状态并开始凝结出水分的对应温度。水的饱和蒸气压力随温度的降低而逐渐下降。在同样的空气水蒸气压力下，温度越低，则空气的水蒸气压与同温度下水的饱和蒸气压差值越小。当空气温度下降到某一温度时，空气中的水蒸气压与同温度下水的饱和水蒸气压相等。此时，空气中的水蒸气将向液相转化而凝结成露珠，相对湿度为100％RH。该温度，称为空气的露点温度，简称露点。如果这一温度低于0℃时，水蒸气将结霜，又称为霜点温度。两者统称为露点。空气中水蒸气压越小，露点越低，因而可用露点表示空气中的湿度。•露点温度的测定方法，先把一物体表面加以冷却，一直冷却到与该表面相邻近的空气层中的水蒸气开始在表面上凝集成水分为止。开始凝集水分的瞬间，其邻近空气层的温度，即为被测空气的露点温度。•保证露点法测量温度精确的关键，是如何精确地测定水蒸气开始凝结的瞬间空气温度。•用于直接测量露点的仪表有经典的露点湿度计与光电式湿度计等。5010203040-1001020304050温度/℃10%RH露点/℃90%RH80%RH70%RH60%RH50%RH40%RH20%RH30%RH露点湿度计充满乙醚溶液主要缺点：当冷却表面上出现露珠的瞬间，需立即测定表面温度，但一般不易测准，而容易造成较大的测量误差。露点湿度计测量时在黄铜盒中注入乙醚的溶液，然后用橡皮鼓气球将空气打入黄铜盒中，并由另一管口排出，使乙醚得到较快速度的蒸发，当乙醚蒸发时即吸收了乙醚自身热量使温度降低，当空气中水蒸气开始在镀镍黄铜盒外表面凝结时，插入盒中的温度计读数就是空气的露点。测出露点以后，再从水蒸气表中查出露点温度的水蒸气饱和压力Pl和干球温度下饱和水蒸气的压力Pb，就能算出空气的相对湿度。光电式露点湿度计光电式露点湿度计是使用光电原理直接测量气体露点温度的一种电测法湿度计。其测量准确度高，可靠性强，使用范围广，尤其适用于低温状态。影响测量精度的因素：高度光洁的露点镜；高精度的光学与热电制冷调节系