濕球溫度測試

濕球溫度測試1第一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.1濕度的定義和單位室內大氣濕度測量最精確的方法是稱量法（或絕對法），它能直接稱量出濕空氣樣本中所含的水汽質量。要確定大氣濕度應首先定義混合比和比濕。2第二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.1濕度的定義和單位（續(xù)）混合比γ

濕空氣中水汽質量mv

與干空氣質量ma

之比，即

γ=mv/ma3第三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.1濕度的定義和單位（續(xù)）絕對濕度ρw

單位體積的濕空氣中所含水汽的質量。

ρw=mv/V4第四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.1濕度的定義和單位（續(xù)）比濕q

濕空氣中水汽質量與濕空氣總質量（干空氣質量加水汽質量）之比。

q=mv/(ma+

mv)5第五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.1濕度的定義和單位（續(xù)）水汽壓e’

表示空氣塊中水汽含量的一個量。多數(shù)測濕元件能直接測量。是水汽在大氣總壓力中的分壓力。它表示了空氣中水汽的絕對含量的大小，以毫巴為單位。以滿足道爾頓分壓定律的理想氣體為理論前提，對于濕空氣中的水汽，用近似公式（3.4）6第六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.1濕度的定義和單位（續(xù)）飽和水汽壓eswi空氣吸收水汽有一定限量，達到了限量就不再吸收，這個限量叫“飽和點”?？諝庵兴_到飽和點時的水汽壓，稱為飽和水汽壓（或稱最大水汽張力）。分別對水面和冰面定義水面飽和水汽壓：在固定的氣壓和溫度下，水汽和平面純凈水面達到氣液兩相中性平衡時純水蒸氣的水汽壓。冰面飽和水汽壓：在固定的氣壓和溫度下，水汽和平面純凈冰面達到氣固兩相中性平衡時純水蒸氣的水汽壓。7第七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日飽和水汽壓和絕對溫度的關系是克勞修斯—克拉伯龍方程。根據公式可推導并計算出各個溫度下的esw和esi，見表3.1和表3.2飽和水汽壓是溫度的函數(shù)，隨溫度升高而增大。在同一溫度下，純冰面上的飽和水汽壓要小于純水面上的飽和水汽壓。8第八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.1濕度的定義和單位（續(xù)）相對濕度U(%)

壓力為p、溫度為T的濕空氣，其水汽壓e’和水面飽和水汽壓ew’

的比值百分數(shù)

U=e’/ew’×100%=γ/γs×100%=q/qs×100%相對濕度的大小能直接表示空氣距離飽和的相對程度。空氣完全干燥時，相對濕度為零。相對濕度越小，表示當時空氣越干燥。當相對濕度接近于100%時，表示空氣很潮濕，越接近于飽和。9第九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.1濕度的定義和單位（續(xù)）露點溫度Td

和霜點溫度TfTd

的定義：指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時的溫度。形象地說，就是空氣中的水蒸氣變?yōu)槁吨闀r候的溫度叫露點溫度。若冷卻至Tf

，使其對冰面達到飽和，此時溫度Tf

即為霜點溫度。露點溫度本是個溫度值，可為什么用它來表示濕度呢？這是因為，當空氣中水汽已達到飽和時，氣溫與露點溫度相同；當水汽未達到飽和時，氣溫一定高于露點溫度。所以露點與氣溫的差值可以表示空氣中的水汽距離飽和的程度。10第十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日補充：毛發(fā)濕度表（計）利用脫脂人發(fā)（或牛的腸衣）具有空氣潮濕時伸長，干燥時縮短的特性，制成毛發(fā)濕度表或濕度自記儀器。它的測濕精度較差，毛發(fā)濕度表通常在氣溫低于-10℃時使用。

11第十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.2干濕球濕度表12第十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.2.1基本原理用一對并列裝置的、形狀完全相同的溫度表，一支測氣溫，稱干球溫度表，另一支包有保持浸透蒸餾水的脫脂紗布，稱濕球溫度表。當空氣未飽和時，濕球因表面蒸發(fā)需要消耗熱量，從而使?jié)袂驕囟认陆?。與此同時，濕球又從流經濕球的空氣中不斷取得熱量補給。當濕球因蒸發(fā)而消耗的熱量和從周圍空氣中獲得的熱量相平衡時，濕球溫度就不再繼續(xù)下降，從而出現(xiàn)一個干濕球溫度差。干濕球溫度差值的大小，主要與當時的空氣濕度有關?？諝鉂穸仍叫?，濕球表面的水分蒸發(fā)越快，濕球溫度降得越多，干濕球的溫差就越大；反之，空氣濕度越大，濕球表面的水分蒸發(fā)越慢，濕球溫度降得越少，干濕球的溫差就越小。13第十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.2.1基本原理（續(xù)）單位時間通過單位面積的空氣與濕球對流交換，傳遞給濕球的熱量為Q單位時間通過單位濕球面積蒸發(fā)水分的質量是M濕球蒸發(fā)消耗的熱量為Qm令Q=Qm，可得濕度計算公式e干濕球溫度表系數(shù)A，可近似區(qū)作

6.2×10-414第十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.2.1基本原理（續(xù)）當然，干濕球的溫差的大小還與其他一些因素有關，如濕球附近的通風速度、氣壓、濕球大小、濕球潤濕方式等有關?？梢愿鶕蓾袂驕囟戎?，并將一些其它因素考慮在內，從理論上推算出當時的空氣濕度來。干濕球溫度表是當前測濕的主要儀器，但不適用于低溫（-10℃以下）使用。15第十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.2.2干濕球濕度表系數(shù)的特征Monteith得到的A值與通風風速v和濕球直徑d的微弱關系（表3.4）Harrison利用理想的開放系統(tǒng)的熱力學內焓守恒定律，得到的A值為6.465×10-4Wylie和Lalas得到的A值為6.20×10-4上下我國所用的HM-5型通風干濕球溫度表的A值與通風風速的關系曲線1，Wylie的關系曲線2，如圖3.116第十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.2.2

干濕球濕度表系數(shù)的特征（續(xù)）根據實驗結果（圖3.1），可以看出：A值隨風速有很大的變化。小風速時數(shù)值較大，隨風速的增加而迅速減小。當風速超過3m/s時，A值的變化很小，逐漸接近理論值（或稱臨界值）不同類型的濕度表的A值有差異，但在高風速時差異很小元件的特征直徑d越小，A值隨風速的變化越不明顯，即在小風速時就可較早地趨近于臨界值17第十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.2.3濕球結冰時的濕度計算公式濕球結冰時，濕球的冰面直接升華成水汽。冰的升華損耗的熱量與對流熱交換相互平衡，公式（3.18）改為（3.23）18第十八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.2.4干濕球濕度表的測濕精度一般的玻璃溫度表的讀數(shù)可以估計到±0.1℃。假設干濕溫度表其中一支誤讀0.1℃，對計算相對濕度產生的誤差如表3.6所示：溫度低時誤差大。我國規(guī)定，-10℃以下就需停止使用19第十九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日補充：通風干濕表觀測方法百葉箱通風干濕球表采用電動通風，使溫度表球部維持在3.0—3.5m/s的氣流速度，以提高準確性。整套儀器由一對感應部分為柱狀的溫度表、支架、三通管及通風系統(tǒng)組成。20第二十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日補充：通風干濕表觀測方法（續(xù)）觀測前的準備：巡視時，檢查電路。觀測前通風4分鐘后，觀測，觀測完畢關閉通風。濕球結冰時，須先取下護套管，進行溶冰。由于故障或其它原因，無法通風時，應將兩支溫度表的通風保護管取下，按自然通風狀態(tài)進行觀測。氣溫低于-10.0℃時，濕球不作觀測。水汽壓、相對濕度、露點溫度的查算。21第二十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.3露點測定法露點儀：能直接測出露點溫度的儀器。使一個鏡面處在樣品濕空氣中降溫，直到鏡面上隱現(xiàn)露滴（或冰晶）的瞬間，測出鏡面平均溫度，即為露（霜）點溫度。它測濕精度高，但需光潔度很高的鏡面，精度很高的溫控系統(tǒng)，以及靈敏度很高的露滴（冰晶）的光學探測系統(tǒng)。使用時必須使吸入樣本空氣的管道保持清潔，否則管道內的雜質將吸收或放出水分造成測量誤差。22第二十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.3露點測定法（續(xù)）露點儀的雛形如圖3.3（與探空儀上所配的露點儀相似）主要部件：銅棒、薄的金屬鏡面、測溫元件、加熱器、顯微鏡。測量：加溫—鏡面凝結—注入冷凍液—調整電流—維持溫度—送樣本空氣—減小電流—鏡面降溫—顯微鏡觀測到凝結露斑23第二十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.3露點測定法（續(xù)）為提高測量的精度和速度，可以使用光電系統(tǒng)監(jiān)視露滴的生成與消退。新型露點儀多采用半導體制冷系統(tǒng)，可以控制，初始階段的冷卻速率較快，而在接近露點前逐漸減緩其冷卻速率。如圖3.524第二十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.3露點測定法（續(xù)）露點溫度檢測的精度取決于濕鏡表面與鏡面下的鉑電阻溫度表之間的溫度梯度的大小。露點儀的測量精度可用科拉伯龍方程進行估計。由表3.7可以看出，露點儀是在低溫下測濕的唯一有效方法。25第二十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.3露點測定法（續(xù)）影響露點儀測量精度的因素：凱爾文效應：鏡面的結露溫度低于真實的露點，其誤差約為1℃烏拉爾特效應：空氣和鏡面不干凈，偏高部分壓力效應：測試空間內外有壓差判斷鏡面凝結相態(tài)：低于0℃時必須判斷相態(tài)操作失誤：26第二十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.4電學濕度表27第二十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.4.1碳膜濕度片利用吸濕膜片隨濕度變化改變其電阻值的原理，常用的有碳膜濕敏電阻和氯化鋰濕度片兩種。前者用高分子聚合物和導電材料碳黑，加上粘合劑配成一定比例的膠狀液體，涂覆到基片上組成的電阻片；后者是在基片上涂上一層氯化鋰酒精溶液，當空氣濕度變化時，氯化鋰溶液濃度隨之改變從而也改變了測濕膜片的電阻。這類元件測濕精度較干濕表低，主要用在無線電探空儀和遙測設備中。28第二十八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.4.2高分子薄膜濕敏電容是以高分子聚合物為介質的電容器，因吸收（或釋放）水汽而改變電容值。它制作精巧，性能優(yōu)良，常用在探空儀和遙測中。由芬蘭Vaisala公司最先開發(fā)，稱作“Humicap”，其結構如圖3.8濕敏電容通常采用多諧波震蕩器和低通濾波電路完成電容—電壓的轉換。29第二十九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.4.2高分子薄膜濕敏電容（續(xù)）濕敏電容的其它特性：溫度系數(shù)：0.05%~0.1%/℃滯差在相對濕度為5%~90%內低于1%采取防污措施后，工作壽命為1年元件的滯后系數(shù)在常溫下可保持在1s以下30第三十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.5光學濕度計吸收光譜法在現(xiàn)代濕度測量中占有一定的位置，而且是唯一用來測量快速脈動的方法。強水汽吸收帶可在紅外和紫外波段找到。

31第三十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.5光學濕度計（續(xù)）根據Beer定律，單色光學輻射透過吸收介質的衰減可表示為：

ln(F(λ)/F0(λ))=-αwρw

lF0(λ)—發(fā)射光源的通量密度；F(λ)—到達檢測器的通量密度；αw—水汽對該波長的吸收系數(shù)；ρw—水汽密度（絕對濕度）；

l—光學路徑。32第三十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.5光學濕度計（續(xù)）在αw和l固定的情況下，測定比值F(λ)/F0(λ)，或某個輸出電壓V值，即可標定出相應的ρw值?，F(xiàn)代光學濕度計多采用雙通道的方式，以便達到絕對標定的目的。有兩種方式：選擇兩個波長，一個是強水汽吸收帶，一個是弱水汽吸收帶選擇一個已知水汽密度的樣本通道，使用同一探測波長，比較待測樣本和基準樣本的值，以確定待測值33第三十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.5光學濕度計（續(xù)）最早開始投入使用的光學濕度計為紫外波段的拉曼—阿爾法濕度計，工作波長為0.1216um，其光源管為充有氫氣的直流激發(fā)的冷陰極電離管。管內加入了鈾化氫，使譜線比較純。光源管內還沖有適量的氖氣作為緩沖氣體。34第三十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.5光學濕度計（續(xù)）拉曼—阿爾法濕度計未能解決的三個致命缺陷：在紫外水汽吸收線附近，存在著較強的氧氣和臭氧吸收線。導致測量誤差。光源管和檢測管的壽命太短，只有幾百到1000小時。儀器的分辨率為0.03℃露點，精度為0.6℃露點。不能探測大氣中較小的濕度脈沖。35第三十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.5光學濕度計（續(xù)）轉而進行紅外濕度計的研制。缺陷：需要較長的吸收路徑l，光源和檢測元件有較大的溫度系數(shù)。優(yōu)勢：其吸收譜線附近較少受到其它大氣成分的干擾光源管和檢測管可以使用通用的電子器件，使用壽命高達8000小時。36第三十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.6濕度的控制和檢定恒濕箱和標準測濕儀器是校準和檢定濕度儀器和元件的主要設備。恒濕箱的兩個要求：能保持恒定的濕度數(shù)值；改變它的控制條件能迅速可靠地調整它的濕度值。濕度檢測儀，應有高于待測儀器的精度和易于操作的兩個特點。37第三十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.6.1絕對測濕法（稱重法）是實驗室內測濕的標準方法。原理：使體積為V的濕空氣流過一個干燥管（或幾個串聯(lián)的干燥管），讓干燥管把空氣中的水汽全部吸收，然后稱量干燥管