建筑环境经测试技术第四章湿度测量

第 四 章 湿 度 测 量 主 要 授 课 内 容o 湿 度 的 表 示 方 法 o 湿 度 的 测 量 方 法u 干 湿 球 法简 单 干 湿 球 湿 度 计 ， 通 风 干 湿 球 湿 度 计 （ 阿 斯 曼 ）u 露 点 法 光 电 式 露 点 湿 度 计u 吸 湿 法n 氯 化 锂 电 阻 式n 高 分 子 电 阻 式 ， 高 分 子 电 容 式n 金 属 氧 化 物 陶 瓷 电 阻 式 ， 金 属 氧 化 物 膜 电 阻 式 第 一 节 湿 度 测 量 概 述一 湿 度 的 表 示 方 法绝 对 湿 度 、 相 对 湿 度 、 含 湿 量 。 wnnnnn PTPTRPV 15.273169.210004611所 以 测 得 被 测 空 气 的 水 蒸 气 分 压 力 ， 及 干 球 温 度 即 可求 得 绝 对 湿 度 。1 绝 对 湿 度 ： 每 m3湿 空 气 在 标 况 下 （ 0 ， 1大 气 压 ）所 含 湿 空 气 的 重 量 ， 即 水 蒸 气 密 度 。 单 位 为 g/m3。TRVP nnn 由 气 体 状 态 方 程 ： 2 相 对 湿 度 ： 空 气 中 水 蒸 气 分 压 力 Pn与 同温 度 下 饱 和 水 蒸 气 分 压 力 Pb的 比 值 。%100 bnPP BAPP swsbn )(. Pb.s相 应 于 湿 球 温 度 的 饱 和 水 蒸 气 压 力 ；Pb干 球 温 度 对 应 的 饱 和 水 蒸 气 压 力 ；B大 气 压 力 ；A与 风 速 有 关 的 系 数 。 ),( Bvf sw 应 用 理 想 气 体 状 态 方 程水 蒸 气 ：3 含 湿 量 ： 空 气 由 干 空 气 和 湿 空 气 组 成 ， 每 kg干 空 气 所 含 水蒸 气 的 量 ， 称 为 含 湿 量 。 符 号 d， 单 位 g/kg wSmmd 1000 nnsnn TRmVP wwwww TRmVP 干 空 气 ：因 为 水 蒸 气 与 干 空 气 均 匀 混 合 ， 故 Vn=Vw， Tn=Tw，又 ： Rn=461， Rw=287， o 所 以 ， 当 大 气 压 力 为 定 值 ， 含 湿 量 是 水 蒸 气分 压 力 的 函 数 。 bbnnwnwnww wwnn nnwS PB PPBPPPPPVP TRTRVPmmd 622622622461287100010001000 bbnnwnwnww wwnn nnwS PB PPBPPPPPVP TRTRVPmmd 622622622461287100010001000 bbnnwnwnnn nnwS PB PPBPPPPPRPmmd 622622624612870010001 0 bbnnwnnnn PB PPBP 6226 23 含 湿 量 ： 二 气 体 湿 度 测 量 方 法o 干 湿 球 法n 简 单 干 湿 球 湿 度 计 ， 通 风 干 湿 球 湿 度 计 （ 阿 斯曼 ）o 露 点 法n 光 电 式 露 点 湿 度 计o 吸 湿 法n 氯 化 锂 电 阻 式 ，n 高 分 子 电 阻 式 ， 高 分 子 电 容 式n 金 属 氧 化 物 陶 瓷 电 阻 式 ， 金 属 氧 化 物 膜 电 阻 式 第 二 节 干 湿 球 与 露 点 法 湿 度 检 测一 干 湿 球 法 湿 度 测 量 %100 bnPP b swsb P BAP )(. 测 得 干 球 温 度 和 湿 球 温 度 可 计 算 相 对 湿 度 。适 用 范 围 ： 大 于 0 ， 测 量 误 差 1 2%。 1 普 通 干 湿 球 温 度 计o 构 造 同 精 度 温 度 计 两 支 、 脱 脂 纱 布 、蒸 馏 水o 特 点 n 无 风 速 控 制 ， 无 屏 蔽 辐 射n 水 易 污 染n 测 量 误 差 较 大o 注 意 ： 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， 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 。 Tw Ts 通 风 干 湿 球 温 度 计 （ 阿 斯 曼 ）o 构 造 n 温 度 计 置 于 金 属 套 管 内n 微 型 风 机 ，o 特 点 n 湿 球 附 近 风 速 固 定 在2.5m/sn 金 属 套 管 屏 蔽 辐 射n 蒸 馏 水 随 时 滴 入 Tw Ts 2 电 动 干 湿 球 温 度 计o 将 湿 信 号 转 换 成 电信 号 ， 有 利 于 远 传 。o 构 造 ： 轴 流 风 机 、镍 电 阻 、 湿 球 纱 布 、盛 水 杯 、 测 量 桥 路 。 o 测 量 桥 路 ：两 个 桥 路 通过 电 阻 R连接 ， 构 成 双电 桥 。 2 电 动 干 湿 球 温 度 计 通 过 调 节 可 调 电 阻 R的 滑 动 触 头 ， 使 检 流 计 为 0，可 得 UDE=UAB。)( wCECE tfU )( SABAB tfU )( )( wCE SABCEABRUABCEDEDE tf tfRUURUIUR CE 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 。 二 露 点 法 湿 度 测 量o 露 点 温 度 ： 将 被 测 空 气 冷 却 ， 当 湿 空 气 冷却 到 水 蒸 气 达 到 饱 和 并 开 始 凝 结 出 水 分 时所 对 应 的 温 度 。 先 测 定 露 点 温 度 tL， 根 据 tL确 定 该 温 度 下饱 和 水 蒸 气 压 力 PL。 PL即 为 被 测 空 气 的 水蒸 气 分 压 力 Pn。 %100 bLPP 1露点湿度计o 采 用 两 只 玻 璃 棒 温 度 计 ，一 只 测 量 干 球 温 度 ， 另一 只 放 入 黄 铜 盒 内 测 量露 点 温 度 。 根 据 测 得 的露 点 温 度 和 干 球 温 度 通过 查 表 得 到 对 应 的 露 点温 度 下 的 饱 和 蒸 气 压 力和 干 球 温 度 下 的 饱 和 蒸气 压 力 。o 缺 点 ： 露 点 温 度 不 易 测准 。 2 光 电 式 露 点 湿 度 计v 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 统 ； 采 样 气 体 需 洁 净 。 HNP-50型 冷 镜 式 露 点 仪技 术 指 标露 点 温 度 测 量 范 围 ： - 65 20 最 大 致 冷 温 差 ： 105 露 点 温 度 测 试 准 确 度 DEW 0.3 PPM/V ( 换 算 精 度0.1% ) RH( 换 算 精 度 0.1% ) 显 示 灵 敏 度 ： 0.1 样 气 压 力 ： 0.1 MPa/cm2样 气 流 量 ： 0.4 -1.0Lmin显 示 器 ： 16 x 2 液 晶 屏 额 定 工 作 电 压 ： 220VAC 50Hz 外 形 尺 寸 （ W） 360 x（ D） 350 x（ H） 135mm重 量 ： 8.6Kg 第 三 节 氯 化 锂 电 阻 湿 度 计属 于 吸 湿 法 测 量 ， 根 据 氯 化 锂 的 吸 湿特 性 和 氯 化 锂 吸 湿后 电 阻 变 化 特 性 。一 传 感 器形 式 ：梳 状 、 柱 状 。 R感 湿 膜梳 状 柱 状 注 意 ：v 为 了 避 免 氯 化 锂 溶 液 发 生 电 解 ， 电 极 两 端 应 接 交流 电 。v 量 程 窄 ， 一 般 为 15% 20%， 例 如 ， 0.05%的 浓 度 对 应 感 湿 范 围 为 80%-100%， 0.2%的 浓 度 对 应 的 感 湿 范 围 为 60%-80%。v 环 境 温 度 对 输 出 影 响 较 大 ， 因 此 要 进 行 温 度 补 偿 。v 最 高 使 用 温 度 55 ， 当 大 于 55 ， 氯 化 锂 溶 液 容易 蒸 发 。 扩 大 氯 化 锂 湿 度 计 的 测 量 范 围R 1R2R3R4 r r r rABRAB=f() 7595% 5575% 3555% 1535% (%) 15 35 55 75 95RAB(K) 80 70 52 32.3 12.35 02040 6080 0 20 40 60 80 100相 对 湿 度 (%RH)电 阻(K) 扩 大 氯 化 锂 湿 度 计 的 测 量 范 围 二 变 送 器o 将 氯 化 锂 湿 度 测 头 接 入 交 流 电 桥 ， 此 电 桥 将 传 感 器的 电 阻 信 号 转 变 为 交 流 电 压 信 号 。 此 电 压 经 放 大 、检 波 整 流 变 成 与 相 对 湿 度 成 一 定 函 数 关 系 的 直 流 电压 ， 再 经 电 压 -电 流 转 换 器 转 换 成 标 准 0-10mA的 电 流信 号 。 第 四 节 高 分 子 湿 度 传 感 器一 高 分 子 电 容 式 湿 度 传 感 器 dSC /根 据 电 容 公 式 可 知 ， 在电 容 两 个 极 板 的 面 积 和间 距 不 变 的 情 况 下 ， 当介 电 常 数 发 生 变 化 时 将引 起 电 容 值 的 变 化 。 特 点 ： 迅 速 吸 湿 、 脱 湿 ， 滞 后 小 ， 响 应 快 ，不 受 气 流 速 度 影 响 ， 测 量 范 围 宽 ， 抗 污 染 能力 强 ， 稳 定 性 好 。一 高 分 子 电 容 式 湿 度 传 感 器 一 高 分 子 电 容 式 湿 度 传 感 器 二 高 分 子 电 阻 式 湿 度 传 感 器 使 用 高 分 子 固 体 电 解 质材 料 制 作 感 湿 膜 ， 当 相对 湿 度 大 时 ， 膜 中 的 可移 动 离 子 浓 度 增 大 ， 电阻 减 少 ， 当 相 对 湿 度 降低 时 ， 膜 中 的 可 运 动 离子 浓 度 减 少 ， 电 阻 阻 值增 大 。 这 样 可 通 过 电 极间 的 电 阻 值 的 变 化 测 量相 对 湿 度 。 二 高 分 子 电 阻 式 湿 度 传 感 器 HPR-MQ-M52R（ M52R） 是 一 款 环 保型 的 高 分 子 湿 度 传 感 器 。在 空 调 、 加 湿 器 、 除 湿机 等 民 用 家 电 产 品 中 得到 了 广 泛 的 应 用 。 第 五 节 金 属 氧 化 物 湿 度 传 感 器一 金 属 氧 化 物 陶 瓷 湿 度 传 感 器 由 金 属 氧 化 物 多 孔 性 陶 瓷 烧 结 而 成 。 烧 结 体 上 有 微孔 ， 可 使 湿 敏 层 吸 附 或 释 放 水 分 子 ， 造 成 其 电 阻 值的 改 变 。 主 要 有 ：MgCr2O4-TiO2陶 瓷 湿 度 传 感器 、 NiO陶 瓷湿 度 传 感 器 。 二 金 属 氧 化 物 膜 湿 度 传 感 器v 原 理 ： 将 调 制 好 的金 属 氧 化 物 的 糊 状 物加 工 在 陶 瓷 基 片 及 电极 上 ， 采 用 烧 结 或 烘干 的 方 法 使 之 固 化 成膜 。 这 种 膜 的 含 湿 量随 着 外 界 空 气 的 含 湿量 的 变 化 而 变 化 ， 含湿 量 的 变 化 又 引 起 电阻 阻 值 的 变 化 ， 通 过测 量 电 阻 之 间 的 阻 值即 可 测 量 相 对 湿 度 。 特 点 ： 传 感 器 电 阻 的 对 数值 与 湿 度 成 线 性 关 系 ， 测湿 范 围 、 工 作 温 度 范 围 宽 。 第 七 节 饱 和 盐 溶 液 湿 度 校 正 装 置关 键 ： 实 现 不 同 范 围 内 维 持 恒 定 的 相 对 湿 度 空 间 ， 可 作 基 准 的 高 精 度 标 定 仪 器 ， 水 的 饱 和 蒸 气 压 是 温 度 的 函 数 ， 温 度 愈 高 ， 饱和 蒸 气 压 也 愈 高 。 当 向 水 中 加 入 盐 类 ， 溶 液 中 的 水 分 蒸 发 受 到 限制 ， 使 其 饱 和 蒸 气 压 降 低 ， 降 低 的 程 度 与 盐 类的 种 类 有 关 。 根 据 不 同 的 盐 类 对 应 的 饱 和 蒸 气 压 不 同 ， 即 对应 的 相 对 湿 度 不 同 实 现 湿 度 传 感 器 的 标 定 。 第 七 节 饱 和 盐 溶 液 湿 度 校 正 装 置 温 度 范 围 湿 度 范 围 精 度 响 应 时 间 (s)阿 斯 曼 550 595% 25% 很 长氯 化 锂 电阻 式 550 1595% 25% 10， 50高 分 子 电容 式 550 1595% 25% 10金 属 陶 瓷电 阻 式 060 590% 25% =3露 点 计 -40100 0100% 1 较 短常 见 测 湿 度 的 方 法 比 较 SHT71温度、湿度复合传感器 选用SENSIRION公司的SHT71温度、湿度复合传感器，该传感器是该公司最新推出的数字化产品，直接输出数字信号，通过一根数据线与微处理器相连，因此可简化硬件电路设计。 接 口 电路 图电源引脚：供应电压在2.45.5V之间。串口时钟输入引脚（SCK）：同步微控制器和传感器之间的通信。数据引脚（DATA）：DATA三态引脚用来向设备输入、或输出数据。SHT71温度、湿度复合传感器