濕度測量及其儀表

1、第四章第四章 濕度測量濕度測量 在通風(fēng)與空調(diào)工程中，空氣的濕度與在通風(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。樣的重要意義。濕度控制有濕度控制有何應(yīng)用呢？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。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)

2、體帶有不同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，從而消除的比電阻降低，以增加電荷散逸的速度，從而消除靜電。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，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

3、舒適感覺加大。因此，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)為了提高人體熱舒適性，應(yīng)正確控制室內(nèi)相對濕度值。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，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常，儲絲庫的溫度需要維持在1825之之間，相對濕度要保持在間，相對濕度要保持在70%RH以上以上，在此

4、，在此環(huán)境條件下，煙絲才不易破碎，飄塵現(xiàn)象環(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。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)和洗滌都會造成水在乘員艙大

5、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，分頭疼的問題，“雙子星座雙子星座”飛船曾采用鋪設(shè)吸水材料的辦飛船曾采用鋪設(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，以冷凝熱交換器，以5%5%通風(fēng)氣

6、流把冷凝水引出排水細(xì)孔，再經(jīng)通風(fēng)氣流把冷凝水引出排水細(xì)孔，再經(jīng)動態(tài)水動態(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。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，還有如受濕度影響較大的場合，還有如計算計算機(jī)房、印刷車間、潔凈室、手術(shù)室、實驗機(jī)房、印刷車間、潔凈室、手術(shù)室、實驗室、氣調(diào)庫、半導(dǎo)體生產(chǎn)車間、博物館、室、氣調(diào)庫、半導(dǎo)體生產(chǎn)車間、博物館、檔案館等。檔案館等。 大氣是由干空氣和一定量的水蒸氣混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。干空氣的合而成的，我們稱

7、其為濕空氣。干空氣的成分主要是氮（成分主要是氮（78）、氧（）、氧（21）、氬）、氬（0.93）、二氧化碳（）、二氧化碳（0.03）及其它）及其它微量氣體。微量氣體。 在濕空氣中水蒸汽的含量雖少，但其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)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)隨生重要的影響，且使?jié)窨諝獾奈锢硇再|(zhì)隨之發(fā)生改變。之發(fā)生改變。 常溫常壓下干空氣可視為理想氣體，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)，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。且含量很少，也可近似看作理想

8、氣體。PgV=mgRgT 或或 Pgvg=RgTPnV=mnRnT 或或 Pnvn=RnT 干空氣用下標(biāo)干空氣用下標(biāo)g表示，水蒸汽用下標(biāo)表示，水蒸汽用下標(biāo)n表示。表示。 根據(jù)道爾頓定律，濕空氣的壓力應(yīng)等根據(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。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)大氣壓為海平面的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為101 325Pa。第一節(jié)第一節(jié) 濕度測量概述濕度測量概述 一、空氣濕度的表示方法一、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：絕尺度。常用來表示空氣濕度的方法有

9、：絕對濕度、相對濕度和含濕量。對濕度、相對濕度和含濕量。 1. 絕對濕度絕對濕度 絕對濕度定義為每平方米濕空氣，在標(biāo)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（單位是克的水蒸汽密度（單位是克/米米3）。）。wnnn15.273P169. 2TP169. 21000T461PTnnRP 2. 相對濕度相對濕度 相對濕度就是空氣中水蒸汽分壓力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與同溫度下飽和水蒸汽分壓力Pb之比值之比值。%100PPbn )B, v,(fswBAPPfPswsbnwb)()(,空氣的

10、相對濕度是空氣的相對濕度是干球溫度、濕球溫干球溫度、濕球溫度、風(fēng)速和大氣壓度、風(fēng)速和大氣壓力的函數(shù)。力的函數(shù)。u絕對濕度只能說明濕空氣中實際所含水蒸汽絕對濕度只能說明濕空氣中實際所含水蒸汽的質(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。度及吸濕能力的大小。 u相對濕度表征濕空氣中水蒸氣接近飽和含量相對濕度表征濕空氣中水蒸氣接近飽和含量的程度。的程度。值小，說明濕空氣飽和程度小，值小，說明濕空氣飽和程度小，吸收水蒸氣的能力強(qiáng)；吸收水蒸氣的能力強(qiáng)；值大則說明濕空氣值大則說明濕空氣飽和程度大，吸收水蒸氣的能力弱。飽和程度大，吸收水蒸氣的能力弱。 3.

11、含濕量含濕量 含濕量就是濕空氣中，每千克干空氣所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。含有的水蒸汽的質(zhì)量。bbnnwnwsPBP622PBP622PP622d)kg/g(mm1000d干二、氣體濕度測量方法二、氣體濕度測量方法u干濕球法干濕球法u露點法露點法u吸濕法吸濕法第二節(jié)第二節(jié) 干濕球與露點法濕度檢測干濕球與露點法濕度檢測 干濕球濕度計的干濕球濕度計的基本原理基本原理為：當(dāng)大氣為：當(dāng)大氣壓力壓力B和風(fēng)速和風(fēng)速v不變時，利用被測空氣相應(yīng)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，與干濕球溫度之下的水蒸

12、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。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：其數(shù)量關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： Pb,sPn = A(ws)B 式中，式中，Pb,s 濕球溫度下飽和水蒸氣壓力；濕球溫度下飽和水蒸氣壓力； Pn 空氣中水蒸氣分壓力；空氣中水蒸氣分壓力； w、s 分別為空氣的干、濕球溫度；分別為空氣的干、濕球溫度； A 與風(fēng)速有關(guān)的系數(shù)；與風(fēng)速有關(guān)的系數(shù)； B 大氣壓力。大氣壓力。 將上式代入前式，可得相對濕度計算公將上式代入前式，可得相對濕度計算公式為：式為： 根據(jù)根據(jù)w、s分別對應(yīng)有確定的分別對應(yīng)有確定的Pb、Pb,s值，所以根據(jù)干、濕球

13、溫度計的讀數(shù)差，值，所以根據(jù)干、濕球溫度計的讀數(shù)差，即可由上式確定被測空氣的相對濕度。即可由上式確定被測空氣的相對濕度。 bswsbbPAB100%PP一、普通干濕球溫度計一、普通干濕球溫度計 它由兩支相同的液體膨脹式溫度計組成，它由兩支相同的液體膨脹式溫度計組成，一支為干球溫度計，另一支為濕球溫度計。一支為干球溫度計，另一支為濕球溫度計。干濕球溫度計就是利用干濕球溫度差及干球干濕球溫度計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。溫度來測量空氣相對濕度的。 在測得干濕球溫度后，可利用公式計算，在測得干濕球溫度后，可利用公式計算，也可以利用有關(guān)圖表，查出相應(yīng)的相對濕度也可以利用有關(guān)圖表

14、，查出相應(yīng)的相對濕度值。值。干干球球溫溫度度計計濕濕球球溫溫度度計計刻度盤刻度盤紗布紗布水槽水槽普通干濕球溫度計普通干濕球溫度計構(gòu)造構(gòu)造 同精度溫度計兩支、脫脂紗布、同精度溫度計兩支、脫脂紗布、蒸餾水蒸餾水特點特點 無風(fēng)速控制，無屏蔽輻射無風(fēng)速控制，無屏蔽輻射水易污染水易污染測量誤差較大測量誤差較大注意注意： 濕球溫度計安裝時，要求溫度計的濕球溫度計安裝時，要求溫度計的球部離開水杯上沿至少球部離開水杯上沿至少2 23cm3cm， 應(yīng)使?jié)袂驕囟扔嬛車諝饬魉俦３謶?yīng)使?jié)袂驕囟扔嬛車諝饬魉俦３衷谠?.5m/s2.5m/s以上，且維持相對穩(wěn)定。以上，且維持相對穩(wěn)定。TwTs通風(fēng)干濕球溫度計（阿斯曼）

15、通風(fēng)干濕球溫度計（阿斯曼）構(gòu)造構(gòu)造 溫度計置于金屬套管內(nèi)溫度計置于金屬套管內(nèi)微型風(fēng)機(jī)，微型風(fēng)機(jī)，特點特點 濕球附近風(fēng)速固定在濕球附近風(fēng)速固定在2.5m/s金屬套管屏蔽輻射金屬套管屏蔽輻射蒸餾水隨時滴入蒸餾水隨時滴入TwTs二、干濕球電信號傳感器與溫度計二、干濕球電信號傳感器與溫度計 為了能自動顯示空氣的相對濕度和遠(yuǎn)距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。離傳送濕度信號，采用電動干濕球溫度計。它的干濕球是用金屬電阻（鎳電阻）代替膨它的干濕球是用金屬電阻（鎳電阻）代替膨脹式溫度計，并設(shè)置一個微型軸流風(fēng)機(jī)，以脹式溫度計，并設(shè)置一個微型軸流風(fēng)機(jī)，以便在熱電阻周圍造成便

16、在熱電阻周圍造成2.5m/s的風(fēng)速，提高測的風(fēng)速，提高測量精度。量精度。 將濕信號轉(zhuǎn)換成電信號，有利于遠(yuǎn)傳。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、構(gòu)造：軸流風(fēng)機(jī)、鎳電阻、濕球紗布、盛水杯、測量橋路。盛水杯、測量橋路。通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻R R的滑動觸頭，使檢流計為的滑動觸頭，使檢流計為0 0，可得可得U UDEDE=U=UABAB。)(wCECEtfU)(SABABtfU)()(wCESABCEABRUABCEDEDEtftfRUURUIURCE根據(jù)這一關(guān)系計算出根據(jù)這一關(guān)系計算出R RDEDE和相對濕度的關(guān)系，在可調(diào)電阻上和相對濕度的關(guān)系，在可調(diào)電阻

17、上進(jìn)行分度，實現(xiàn)相對濕度的測量。進(jìn)行分度，實現(xiàn)相對濕度的測量。干球熱干球熱電阻電阻濕球濕球熱電阻熱電阻三露點法濕度測量三露點法濕度測量露點溫度：露點溫度：將被測空氣冷卻，當(dāng)濕空氣冷卻將被測空氣冷卻，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。對應(yīng)的溫度。 先測定露點溫度先測定露點溫度tL，根據(jù)，根據(jù)tL確定該溫度下飽確定該溫度下飽和水蒸氣壓力和水蒸氣壓力PL。PL即為被測空氣的水蒸即為被測空氣的水蒸氣分壓力氣分壓力Pn。 %100bLPP四、露點濕度計四、露點濕度計充滿乙充滿乙醚溶液醚溶液主要缺點：主要缺點：當(dāng)冷卻表面上出現(xiàn)當(dāng)冷卻表面上出現(xiàn)露

18、珠的瞬間，需立露珠的瞬間，需立即測定表面溫度，即測定表面溫度，但一般不易測準(zhǔn)，但一般不易測準(zhǔn)，而容易造成較大的而容易造成較大的測量誤差。測量誤差。 采用兩只玻璃棒溫度計，采用兩只玻璃棒溫度計，一只測量干球溫度，另一一只測量干球溫度，另一只放入黃銅盒內(nèi)測量露點只放入黃銅盒內(nèi)測量露點溫度。根據(jù)測得的露點溫溫度。根據(jù)測得的露點溫度和干球溫度通過查表得度和干球溫度通過查表得到對應(yīng)的露點溫度下的飽到對應(yīng)的露點溫度下的飽和蒸氣壓力和干球溫度下和蒸氣壓力和干球溫度下的飽和蒸氣壓力。的飽和蒸氣壓力。五、光電式露點濕度計五、光電式露點濕度計 光電式露點濕度計是使用光電原理直接測量光電式露點濕度計是使用光電原理直

19、接測量氣體露點溫度的一種電測法濕度計。其測量準(zhǔn)確氣體露點溫度的一種電測法濕度計。其測量準(zhǔn)確度高，可靠性強(qiáng)，使用范圍廣，尤其適用于低溫度高，可靠性強(qiáng)，使用范圍廣，尤其適用于低溫狀態(tài)。狀態(tài)。v影響測量精度的因素影響測量精度的因素：v高度光潔的露點鏡；高度光潔的露點鏡；v高精度的光學(xué)與熱電制冷調(diào)節(jié)系統(tǒng)；高精度的光學(xué)與熱電制冷調(diào)節(jié)系統(tǒng)；v采樣氣體需潔凈。采樣氣體需潔凈。第三節(jié)第三節(jié) 氯化鋰電阻濕度傳感器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。 氯化鋰氯

20、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。氯化鋰電阻濕度計的傳感器就是根據(jù)這一原理工作的。 一、傳感器一、傳感器 氯化鋰電阻濕度傳感器分梳狀梳狀和柱狀柱狀。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

21、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)大氯化鋰濕度計的測量范圍擴(kuò)大氯化鋰濕度計的測量范圍R1R2R3R4rrrrABRAB=f()7595%5575%3555% 1535%(%)1535 55 7595RAB(K) 8070 52 32.312.35020406080020406080100相對濕度(%RH)電阻(K)擴(kuò)大氯化鋰濕度計的測量范圍擴(kuò)大氯化鋰濕度計的測量范圍二二變送器變送器將氯化鋰濕度測頭接入將氯化鋰濕度測頭接入交流電橋交流電橋，此電橋?qū)鞲?，此電橋?qū)鞲衅鞯碾娮栊盘栟D(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟妷盒盘枴４穗妷航?jīng)放器的電阻信號轉(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)電壓直流電壓，再經(jīng)電壓- -電流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)0-0-10mA10mA的電流信號。的電流信號。應(yīng)用：應(yīng)用： 溫、濕度變送器輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號，便于遠(yuǎn)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，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)