建筑环境测试技术第四章湿度测量

第 四 章 湿 度 测 量 主 要 章 节4.1湿 度 测 量 概 述4.2干 湿 球 温 度 计4.3露 点 温 度 计4.4 电 子 式 温 度 传 感 器4.5湿 度 计 的 校 准 4.1湿 度 测 量 概 述1 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， 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 2 2 气 体 湿 度 测 量 方 法1） 干 湿 球 法简 单 干 湿 球 湿 度 计 ， 通 风 干 湿 球 湿 度计 （ 阿 斯 曼 ）2） 露 点 法光 电 式 露 点 湿 度 计3） 吸 湿 法氯 化 锂 电 阻 式 ，高 分 子 电 阻 式 ， 高 分 子 电 容 式金 属 氧 化 物 陶 瓷 电 阻 式 ， 金 属 氧 化 物膜 电 阻 式 4.2干 湿 球 温 度 计干 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 构 造 同 精 度 温 度 计 两 支 、 脱 脂 纱 布 、蒸 馏 水 特 点 无 风 速 控 制 ， 无 屏 蔽 辐 射 水 易 污 染 测 量 误 差 较 大 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 2.通 风 干 湿 球 温 度 计 （ 阿 斯 曼 ） 构 造 温 度 计 置 于 金 属 套 管 内 微 型 风 机 ， 特 点 湿 球 附 近 风 速 固 定 在 2.5m/s 金 属 套 管 屏 蔽 辐 射 蒸 馏 水 随 时 滴 入 Tw Ts 4.3露 点 温 度 计 露 点 法 湿 度 测 量 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 P n。 %100 bLPP 1露点湿度计 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 。 缺 点 ： 露 点 温 度 不 易测 准 。 2 光 电 式 露 点 湿 度 计l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 4.4电 子 式 湿 度 传 感 器l原 理 ： 将 湿 信 号转 换 成 电 信 号 ，并 远 传 。l构 造 ： 轴 流 风 机 、镍 电 阻 、 湿 球 纱布 、 盛 水 杯 、 测量 桥 路 。电 动 干 湿 球 温 度 计 l测 量 桥 路 ： 两 个 桥 路 通 过 电 阻 R连 接 ， 构成 双 电 桥 。 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 。 1 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 。1） 传 感 器l形 式 ：梳 状 、 柱 状 。 R感 湿 膜梳 状 柱 状 注 意 ：l为 了 避 免 氯 化 锂 溶 液 发 生 电 解 ， 电 极 两端 应 接 交 流 电 。l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%。l环 境 温 度 对 输 出 影 响 较 大 ， 因 此 要 进 行温 度 补 偿 。l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) 2） 变 送 器 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 。 2.高 分 子 湿 度 传 感 器1） 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 。 l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 。 2） 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 。 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 。 3金 属 氧 化 物 湿 度 传 感 器1） 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 。 2） 金 属 氧 化 物 膜 湿 度 传 感 器l 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 。 4.5 湿 度 计 的 校 准饱 和 盐 溶 液 湿 度 校 正 装 置 ： 1)实 现 不 同 范 围 内 维 持 恒 定 的 相 对 湿 度 空 间 ， 2)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 。 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l电源引脚：供应电压在2.45.5V之间。l串口时钟输入引脚（SCK）：同步微控制器和传感器之间的通信。l数据引脚（DATA）：DATA三态引脚用来向设备输入、或输出数据。 思 考 题 ：1.试 述 干 湿 球 测 湿 系 统 的 组 成 及 测 试 原 理2 简 述 空 气 湿 度 的 三 种 表 示 方 法 ， 以 及 测量 的 四 种 方 法 （ 原 理 、 特 点 ） 。 课 后 小 结 通 过 本 章 学 习 使 同 学 们 掌 握 湿 度 测 量 方 法及 其 湿 度 测 量 原 理 及 仪 表 的 分 类 。 干 湿球 湿 度 计 、 露 点 湿 度 计 、 氯 化 锂 电 阻 湿度 传 感 器 ， 了 解 金 属 氧 化 物 陶 瓷 湿 度 传感 器 、 金 属 氧 化 物 膜 湿 度 传 感 器 、 饱 和盐 溶 液 校 正 装 置 。 熟 悉 各 类 湿 度 仪 表 的特 点 结 构 及 使 用 场 所 。