濕度測量及其儀表

第四章濕度測量

在通風與空調(diào)工程中，空氣的濕度與溫度是兩個相關的熱工參數(shù)，它們具有同樣的重要意義。濕度控制有何應用呢？在紡織行業(yè)的應用：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，當纖維與機體帶有不同電荷時，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，應正確控制室內(nèi)相對濕度值。在卷煙業(yè)的應用：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)的應用：確保設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，同時保持設備的最佳運轉狀態(tài)，延長設備的使用壽命，通信行業(yè)動力機房環(huán)境對濕度和溫度有著嚴格的要求。

在航天科技中的應用：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成水珠，且隨機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”飛船曾采用鋪設吸水材料的辦法簡單處理。現(xiàn)代載人航天器使用一種帶有孔板輸出機構的冷凝熱交換器，以5%通風氣流把冷凝水引出排水細孔，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。在其他場合的應用

受濕度影響較大的場合，還有如計算機房、印刷車間、潔凈室、手術室、實驗室、氣調(diào)庫、半導體生產(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g表示，水蒸汽用下標n表示。

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

海平面的標準大氣壓為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，在標準狀態(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、風速和大氣壓力的函數(shù)。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；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法吸濕法第二節(jié)干濕球與露點法濕度檢測

干濕球濕度計的基本原理為：當大氣壓力B和風速v不變時，利用被測空氣相應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)量關系確定空氣濕度。

其數(shù)量關系的數(shù)學表達式為：

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——與風速有關的系數(shù)；

B——大氣壓力。

將上式代入前式，可得相對濕度計算公式為：

根據(jù)θw、θs分別對應有確定的Pb、Pb,s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。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，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，也可以利用有關圖表，查出相應的相對濕度值。干球溫度計濕球溫度計刻度盤紗布水槽普通干濕球溫度計構造

同精度溫度計兩支、脫脂紗布、蒸餾水特點無風速控制，無屏蔽輻射水易污染測量誤差較大注意：

①濕球溫度計安裝時，要求溫度計的球部離開水杯上沿至少2～3cm，②應使?jié)袂驕囟扔嬛車諝饬魉俦３衷?.5m/s以上，且維持相對穩(wěn)定。TwTs通風干濕球溫度計（阿斯曼）構造

溫度計置于金屬套管內(nèi)微型風機，特點

濕球附近風速固定在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

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

將濕信號轉換成電信號，有利于遠傳。構造：軸流風機、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，使檢流計為0，可得UDE=UAB。根據(jù)這一關系計算出RDE和相對濕度的關系，在可調(diào)電阻上進行分度，實現(xiàn)相對濕度的測量。干球熱電阻濕球熱電阻三．露點法濕度測量露點溫度：將被測空氣冷卻，當濕空氣冷卻到水蒸氣達到飽和并開始凝結出水分時所對應的溫度。先測定露點溫度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、露點濕度計充滿乙醚溶液主要缺點：當冷卻表面上出現(xiàn)露珠的瞬間，需立即測定表面溫度，但一般不易測準，而容易造成較大的測量誤差。采用兩只玻璃棒溫度計，一只測量干球溫度，另一只放入黃銅盒內(nèi)測量露點溫度。根據(jù)測得的露點溫度和干球溫度通過查表得到對應的露點溫度下的飽和蒸氣壓力和干球溫度下的飽和蒸氣壓力。五、光電式露點濕度計光電式露點濕度計是使用光電原理直接測量氣體露點溫度的一種電測法濕度計。其測量準確度高，可靠性強，使用范圍廣，尤其適用于低溫狀態(tài)。影響測量精度的因素：高度光潔的露點鏡；高精度的光學與熱電制冷調(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；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)定的離子型無機鹽類。其吸濕量與空氣相對濕度成一定函數(shù)關系，隨著空氣相對濕度的增減變化，氯化鋰吸濕量也隨之變化。當氯化鋰溶液吸收水汽后，使導電的離子數(shù)增加，因此導致電阻的降低；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。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)關系。當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，故應按照測量范圍的要求，選用相應的量程。為擴大測量范圍，可采用多片組合傳感器。擴大氯化鋰濕度計的測量范圍R1R2R3R4rrrrABRAB=f(

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

(%)1535557595RAB(K)80705232.312.35擴大氯化鋰濕度計的測量范圍二．變送器將氯化鋰濕度測頭接入交流電橋，此電橋將傳感器的電阻信號轉變?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)關系的直流電壓，再經(jīng)電壓-電流轉換器轉換成標準0-10mA的電流信號。應用：

溫、濕度變送器輸出的標準信號，便于遠距離傳送、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：長期工作穩(wěn)定性好，制作濕度測量儀時會有較高的精度，響應迅速。缺點：有結露時易失效。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，電極兩端應接交流電。量程窄，一般為15%～20%，例如，0.05%的濃度對應感濕范圍為80%-100%，0.2%的濃度對應的感濕范圍為60%-80%。環(huán)境溫度對輸出影響較大，因此要進行溫度補償。最高使用溫度55℃，當大于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