環(huán)境濕度檢測儀設(shè)計

1、環(huán)境濕度檢測儀設(shè)計綜述報告學(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，濕度是最難準確測量的一個參數(shù)。這是因為測量濕度要比測量溫度復(fù)雜得多，溫度是個獨立的被測量，而濕度卻受其他因素(大氣壓強、溫度)的影響。此外，濕度的校準也是一個難題。國外生產(chǎn)的濕度標定設(shè)備價格十分昂貴。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病毒擴散和傳播；反之，不利于SARS病毒的擴散和傳播。 火災(zāi)的發(fā)生發(fā)展與降水、風、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度，進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)，空氣濕度達到80以上時，由于汗液蒸發(fā)緩慢，人們又會感覺酷暑難耐，有時還會中暑或引發(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90時，人們就會有氣溫達到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25時，相對濕度應(yīng)控制在40至50為宜，室溫達18時，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。因此，老年人要減少活動，多休息；適當喝鹽開水，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的適當濕度,才能保證生產(chǎn)的順利進行;氯化物如漂白粉的生產(chǎn)過程中需嚴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,如若不對水分進行充分地干燥,SO2 與水作用可生成帶有強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,在低于0 時凍結(jié),高于0 時形成凝固水合物;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?；ぴ碇袑ｉT有干燥氣體的論述,詳細分析干燥過程特征、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間的計算。電子和通訊領(lǐng)域在電子和通訊領(lǐng)域，如若不嚴格控制所處環(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,使雷達和微波設(shè)備的操作失常;在電話、電視、電纜等的維護中,充氣電纜的氣體濕度影響設(shè)備運轉(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,必須嚴格控制N2 、He 、Ar 等保護氣體的濕度。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算的準確;檢測固體燃燒室濕度,防止腐蝕和保證燃料質(zhì)量;液體火箭推進劑的生產(chǎn)、運輸、使用和儲存中,控制含水量可防止管道系統(tǒng)冰堵和腐蝕;在超音速風洞實驗中,準確測量濕度,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)中起保護作用的SF6氣體濕度進行檢測。當SF6 氣體的含水量過高時,會危及電氣設(shè)備的安全運行, 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)生成具有強腐蝕性的HF和H2 SO3 等,會腐蝕損壞絕緣件;在溫度降低時可能形成凝露水,使絕緣件

8、表面絕緣強度顯著降低甚至閃絡(luò)。因此必須嚴格控制SF6 氣體的含水量, 保證電氣設(shè)備的安全運行。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條件下單獨存在時的壓力。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的水蒸氣壓。濕氣的摩爾分數(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。露點溫度Td（Dew-point temperature），在等氣壓的條件下將氣體冷卻，當氣體中的水蒸氣冷凝成水并達到相對平衡狀態(tài)時，此時的氣體溫度即為氣體的露點溫度。 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,當達到一定溫度時，相對濕度RH達到100%飽和,此時,繼續(xù)進行冷卻的話,其中一部分的水蒸氣將凝聚成露。此時的溫度即為露點溫度（Dew Point Temperature）。露點在0以下結(jié)冰時即為霜點（Frost Point）。說明：A、人們常常通過測定露點，來確定空氣的絕對濕度和相對濕度，所以露點也是空氣濕度的一種表示方式。例如，當測得了在某一氣壓下空氣的溫度是20,露點是12。那么，就可以從表中查得20時的飽和蒸汽壓為17.54mmHg,12時的飽和蒸汽壓為10.52mmHg。則此時，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，有著重大的實用價值。但這里很關(guān)鍵的一點，要學(xué)會露點的測定方法。 B、露點的測定，在農(nóng)業(yè)上意義很大。由于空氣的濕度下降到露點時，空氣中的水蒸汽就凝結(jié)成露。如果露點在O以下，那么氣溫下降到露點時，水蒸汽就會直接凝結(jié)成霜。知道了露點，可以預(yù)報是否發(fā)生霜凍，使農(nóng)作物免受損害。 C、氣溫和露點的差值愈小，表示空氣愈接近飽和。氣溫和露點接近，也就是此時的相對濕度百分值大，人們感覺氣候潮濕；氣溫和露點差值大，即此時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、嚴格地說，露點時的飽和汽壓和空氣當時的水汽壓強是不相

12、等的。由于未飽和汽的壓強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，壓強的變化很小，所以近似地當作不變來處理。如上例中在某一汽壓下，空氣氣溫是20，露點是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最大的限度，達到這個限度時的水氣壓，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數(shù)與相同溫度（T）和壓力（P）條件下飽和水蒸氣的摩爾分數(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：相對濕度是個百分數(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，蒸汽的密度和蒸汽壓強成正比，所以相對濕度通常就是實際水蒸氣壓強和同溫度下飽和水蒸氣壓

14、強的百分比值。詳細解釋：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，水汽的摩爾分數(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數(shù)之比，用百分數(shù)表示。 相對濕度是兩個壓強值之比，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)生的蒸汽壓強低于液態(tài)水。因此，當液態(tài)水以冰的形式出現(xiàn)時，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f=100時，表示空氣已經(jīng)達到飽和；未飽和時，f<100；過飽和時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，指當時溫度下的飽和水汽壓與空氣中實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)備可以做得相當精密，卻因設(shè)備復(fù)雜，昂貴，運作費時費工，主要作為標準計量之用，其測量精度可達±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，對環(huán)境溫度的穩(wěn)定要求較高。用起來要求等很長時間去平衡，低濕點要求更長。特別在室內(nèi)濕度和瓶內(nèi)濕度差值較大時，每次開啟都需要平衡68小時。   露點法是測量濕空氣達到飽和時的溫度，是熱力學(xué)的直接結(jié)果，準確度高，測量范圍寬。計量用的精密露點儀準確度可達±0.2甚至更高。但用現(xiàn)代光電原理的冷鏡式露點儀價格昂貴，常和標準濕度發(fā)生器配套使用。  干濕球法，這是18世紀就發(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：即在濕球附近的風速必需達到2.5m/s以上。普通用的干濕球溫度計將此條件簡化了，所以其準確度只有57%RH,干濕球也不屬于靜態(tài)法，不要簡單地認為只要提高兩支溫度計的測量精度就等于提高了濕度計的測量精度。  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。干濕球濕度計的特點：早在18世紀人類就發(fā)明了干濕球濕度計，干濕球濕度計的準確度還取決于干球、濕球兩支溫度計本身的精度；濕度計必須處于通風狀態(tài)：只有紗布水套、水質(zhì)、風速都滿足一定要求時，才能達到規(guī)定的準確度。干濕球濕度計的準確度只有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)過計算得到濕度值，因此對使用溫度沒有嚴格限制，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相當簡單，在實際使用中，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：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準濕度發(fā)生器來逐支標定，電子式濕度傳感器的準確度可以達到2一3RH。在實際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影響，使用時間一長，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)廠商會標明1次標定的有效使用時間為1年或2年，到期需重新標定。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，每提高個百分點，對濕度傳感器來說就是上一個臺階，甚至是上一個檔次。因為要達到不同的精度，其制造成本相差很大，售價也相差甚遠。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