第四章 濕度測(cè)量

1、第四章第四章 濕度測(cè)量濕度測(cè)量 第一節(jié)第一節(jié) 濕度測(cè)量概述濕度測(cè)量概述 一一濕度的表示方法濕度的表示方法 絕對(duì)濕度絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度相對(duì)濕度、含濕量含濕量。 w nn n n n P T P TR P v 15.273 169. 21000 461 1 所以測(cè)得被測(cè)空氣的水蒸氣分壓力，及所以測(cè)得被測(cè)空氣的水蒸氣分壓力，及 干球溫度即可求得絕對(duì)濕度。干球溫度即可求得絕對(duì)濕度。 1絕對(duì)濕度絕對(duì)濕度：每：每m3濕空氣在標(biāo)況下（濕空氣在標(biāo)況下（0， 1大氣壓）所含水蒸氣的重量，即水蒸氣密度。大氣壓）所含水蒸氣的重量，即水蒸氣密度。 單位為單位為g/m3。 TRvP nnn 由氣體狀態(tài)方程：由氣體狀態(tài)方

2、程： 2相對(duì)濕度相對(duì)濕度：空氣中水蒸氣分壓力：空氣中水蒸氣分壓力Pn與與 同溫度下飽和水蒸氣分壓力同溫度下飽和水蒸氣分壓力Pb的比值。的比值。 %100 b n P P BAPP swsbn )( . Pb.s相應(yīng)于濕球溫度的飽和水蒸氣壓力；相應(yīng)于濕球溫度的飽和水蒸氣壓力； Pb干球溫度對(duì)應(yīng)的飽和水蒸氣壓力；干球溫度對(duì)應(yīng)的飽和水蒸氣壓力； B大氣壓力；大氣壓力； A與風(fēng)速有關(guān)的系數(shù)。與風(fēng)速有關(guān)的系數(shù)。 ),(Bvf sw 3含濕量含濕量：空氣由干空氣和濕空氣組成，每：空氣由干空氣和濕空氣組成，每kg干干 空氣所含水蒸氣的量，稱為含濕量。符號(hào)空氣所含水蒸氣的量，稱為含濕量。符號(hào)d，單，單 位位g

3、/kg b b n n w n w n ww ww nn nn w S PB P PB P P P P P VP TR TR VP m m d 622622622 461 287 100010001000 b b n n w n w n ww ww nn nn w S PB P PB P P P P P VP TR TR VP m m d 622622622 461 287 100010001000 b b n n w n w n ww ww nn nn w S PB P PB P P P P P VP TR TR VP m m d 622622622 461 287 100010001000

4、 b b n n w n w n ww ww nn nn w S PB P PB P P P P P VP TR TR VP m m d 622622622 461 287 100010001000 所以，當(dāng)大氣壓力為定值，含濕量是水所以，當(dāng)大氣壓力為定值，含濕量是水 蒸氣分壓力的函數(shù)。蒸氣分壓力的函數(shù)。 二二氣體濕度測(cè)量方法氣體濕度測(cè)量方法 干濕球法干濕球法 簡(jiǎn)單干濕球濕度計(jì)，簡(jiǎn)單干濕球濕度計(jì)，通風(fēng)干濕球濕度通風(fēng)干濕球濕度 計(jì)（阿斯曼）計(jì)（阿斯曼） 露點(diǎn)法露點(diǎn)法 光電式露點(diǎn)濕度計(jì)光電式露點(diǎn)濕度計(jì) 吸濕法吸濕法 氯化鋰電阻式氯化鋰電阻式，加熱式氯化鋰法，加熱式氯化鋰法 高分子電阻式，高分子電阻

5、式，高分子電容式高分子電容式 金屬氧化物陶瓷電阻式，金屬氧化物金屬氧化物陶瓷電阻式，金屬氧化物 膜電阻式膜電阻式 第二節(jié)第二節(jié) 干濕球與露點(diǎn)法濕度檢測(cè)干濕球與露點(diǎn)法濕度檢測(cè) 一一干濕球法濕度測(cè)量干濕球法濕度測(cè)量 %100 b n P P b swsb P BAP)( . 測(cè)得干球溫度和濕球溫度可計(jì)算相對(duì)濕度。測(cè)得干球溫度和濕球溫度可計(jì)算相對(duì)濕度。 適用范圍：大于適用范圍：大于0，測(cè)量誤差，測(cè)量誤差12%。 2 2電動(dòng)干濕球溫度計(jì)電動(dòng)干濕球溫度計(jì) 將濕信號(hào)轉(zhuǎn)換成將濕信號(hào)轉(zhuǎn)換成 電信號(hào)，有利于電信號(hào)，有利于 遠(yuǎn)傳。遠(yuǎn)傳。 構(gòu)造構(gòu)造：軸流風(fēng)機(jī)、：軸流風(fēng)機(jī)、 鎳電阻、濕球紗鎳電阻、濕球紗 布、盛水杯、

6、測(cè)布、盛水杯、測(cè) 量橋路。量橋路。 測(cè)量橋路測(cè)量橋路：兩個(gè)橋路通過(guò)電阻：兩個(gè)橋路通過(guò)電阻R R連接，構(gòu)連接，構(gòu) 成雙電橋。成雙電橋。 通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻R的滑動(dòng)觸頭，使檢流的滑動(dòng)觸頭，使檢流 計(jì)為計(jì)為0，可得，可得UDE=UAB。 )( wCECE tfU )( SABAB tfU 根據(jù)這一關(guān)系計(jì)算出根據(jù)這一關(guān)系計(jì)算出RDE和相對(duì)濕度的關(guān)系，和相對(duì)濕度的關(guān)系， 在可調(diào)電阻上進(jìn)行分度，實(shí)現(xiàn)相對(duì)濕度的測(cè)量。在可調(diào)電阻上進(jìn)行分度，實(shí)現(xiàn)相對(duì)濕度的測(cè)量。 二露點(diǎn)法濕度測(cè)量二露點(diǎn)法濕度測(cè)量 露點(diǎn)溫度露點(diǎn)溫度：將被測(cè)空氣冷卻，當(dāng)濕空氣：將被測(cè)空氣冷卻，當(dāng)濕空氣 冷卻到水蒸氣達(dá)到飽和并開始凝結(jié)出

7、水冷卻到水蒸氣達(dá)到飽和并開始凝結(jié)出水 分時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度。分時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度。 先測(cè)定露點(diǎn)溫度先測(cè)定露點(diǎn)溫度tL，根據(jù)，根據(jù)tL確定該溫度下確定該溫度下 飽和水蒸氣壓力飽和水蒸氣壓力PL。PL即為被測(cè)空氣的即為被測(cè)空氣的 水蒸氣分壓力水蒸氣分壓力Pn。 %100 b L P P 1露點(diǎn)濕度計(jì)露點(diǎn)濕度計(jì) 采用兩只玻璃棒溫度采用兩只玻璃棒溫度 計(jì)，一只測(cè)量計(jì)，一只測(cè)量干球溫干球溫 度度，另一只放入黃銅，另一只放入黃銅 盒內(nèi)測(cè)量盒內(nèi)測(cè)量露點(diǎn)溫度露點(diǎn)溫度。 根據(jù)測(cè)得的露點(diǎn)溫度根據(jù)測(cè)得的露點(diǎn)溫度 和干球溫度通過(guò)查表和干球溫度通過(guò)查表 得到對(duì)應(yīng)的得到對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度露點(diǎn)溫度 下的飽和蒸氣壓力下的飽和蒸氣壓力和和

8、 干球溫度下的飽和蒸干球溫度下的飽和蒸 氣壓力氣壓力。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：露點(diǎn)溫度不易：露點(diǎn)溫度不易 測(cè)準(zhǔn)。測(cè)準(zhǔn)。 2光電式露點(diǎn)濕度計(jì)光電式露點(diǎn)濕度計(jì) v影響測(cè)量精度的因素影響測(cè)量精度的因素：高度光潔的露點(diǎn)鏡；高精：高度光潔的露點(diǎn)鏡；高精 度的光學(xué)與熱電制冷調(diào)節(jié)系統(tǒng)；采樣氣體需潔凈。度的光學(xué)與熱電制冷調(diào)節(jié)系統(tǒng)；采樣氣體需潔凈。 第三節(jié)第三節(jié) 氯化鋰電阻濕度計(jì)氯化鋰電阻濕度計(jì) 屬于屬于吸濕法吸濕法測(cè)量，測(cè)量， 根據(jù)氯化鋰的吸濕根據(jù)氯化鋰的吸濕 特性和氯化鋰吸濕特性和氯化鋰吸濕 后電阻變化特性。后電阻變化特性。 一一傳感器傳感器 形式形式： 梳狀、柱狀。梳狀、柱狀。 R 感濕膜 梳狀梳狀柱狀柱狀 注意注意

9、： v為了避免氯化鋰溶液發(fā)生電解，電極兩為了避免氯化鋰溶液發(fā)生電解，電極兩 端應(yīng)接交流電。端應(yīng)接交流電。 v量程窄，一般為量程窄，一般為15%20%，例如，例如， 0.05%的濃度對(duì)應(yīng)感濕范圍為的濃度對(duì)應(yīng)感濕范圍為80%-100%， 0.2%的濃度對(duì)應(yīng)的感濕范圍為的濃度對(duì)應(yīng)的感濕范圍為60%-80%。 v環(huán)境溫度對(duì)輸出影響較大，因此要進(jìn)行環(huán)境溫度對(duì)輸出影響較大，因此要進(jìn)行 溫度補(bǔ)償。溫度補(bǔ)償。 v最高使用溫度最高使用溫度5555，當(dāng)大于，當(dāng)大于5555，氯化，氯化 鋰溶液容易蒸發(fā)。鋰溶液容易蒸發(fā)。 擴(kuò)大氯化鋰濕度計(jì)的測(cè)量范圍擴(kuò)大氯化鋰濕度計(jì)的測(cè)量范圍 R1R2R3R4 rrrr A B RAB

10、=f() 7595%5575%3555% 1535% (%)1535 55 7595 RAB(K) 8070 52 32.312.35 0 20 40 60 80 020406080100 相對(duì)濕度(%RH) 電阻(K) 二二變送器變送器 將氯化鋰濕度測(cè)頭接入將氯化鋰濕度測(cè)頭接入交流電橋交流電橋，此電橋?qū)?，此電橋?qū)?感器的電阻信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟妷盒盘?hào)。此電壓感器的電阻信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟妷盒盘?hào)。此電壓 經(jīng)放大、檢波整流變成與相對(duì)濕度成一定函數(shù)經(jīng)放大、檢波整流變成與相對(duì)濕度成一定函數(shù) 關(guān)系的直流電壓，再經(jīng)電壓關(guān)系的直流電壓，再經(jīng)電壓- -電流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換電流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換 成標(biāo)準(zhǔn)成標(biāo)準(zhǔn)0-10mA0-1

11、0mA的電流信號(hào)。的電流信號(hào)。 第四節(jié)第四節(jié) 高分子濕度傳感器高分子濕度傳感器 一一高分子電容式濕度傳感器高分子電容式濕度傳感器 dSC/ 根據(jù)電容公式可知，根據(jù)電容公式可知， 在電容兩個(gè)極板的在電容兩個(gè)極板的 面積和間距不變的面積和間距不變的 情況下，當(dāng)介電常情況下，當(dāng)介電常 數(shù)發(fā)生變化時(shí)將引數(shù)發(fā)生變化時(shí)將引 起電容值的變化。起電容值的變化。 特點(diǎn)特點(diǎn)：迅速吸濕、脫濕，滯后小，響應(yīng)：迅速吸濕、脫濕，滯后小，響應(yīng) 快，不受氣流速度影響，測(cè)量范圍寬，快，不受氣流速度影響，測(cè)量范圍寬， 抗污染能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好?？刮廴灸芰?qiáng)，穩(wěn)定性好。 二二高分子電阻式濕度傳感器高分子電阻式濕度傳感器 使用高分子固

12、體電解使用高分子固體電解 質(zhì)材料制作感濕膜，質(zhì)材料制作感濕膜， 當(dāng)相對(duì)濕度大時(shí)，膜當(dāng)相對(duì)濕度大時(shí)，膜 中的可移動(dòng)離子濃度中的可移動(dòng)離子濃度 增大，電阻減少，當(dāng)增大，電阻減少，當(dāng) 相對(duì)濕度降低時(shí)，膜相對(duì)濕度降低時(shí)，膜 中的可運(yùn)動(dòng)離子濃度中的可運(yùn)動(dòng)離子濃度 減少，電阻阻值增大。減少，電阻阻值增大。 這樣可通過(guò)電極間的這樣可通過(guò)電極間的 電阻值的變化測(cè)量相電阻值的變化測(cè)量相 對(duì)濕度。對(duì)濕度。 第五節(jié)第五節(jié) 金屬氧化物濕度傳感器金屬氧化物濕度傳感器 一一金屬氧化物陶瓷濕度傳感器金屬氧化物陶瓷濕度傳感器 由金屬氧化物多孔性陶瓷燒結(jié)而成。燒結(jié)體上有微由金屬氧化物多孔性陶瓷燒結(jié)而成。燒結(jié)體上有微 孔，可使?jié)?/p>

13、敏層吸附或釋放水分子，造成其電阻值孔，可使?jié)衩魧游交蜥尫潘肿樱斐善潆娮柚?的改變的改變。 主要有主要有 MgCr2O4-TiO2 陶瓷濕度傳感陶瓷濕度傳感 器、器、NiO陶瓷陶瓷 濕度傳感器。濕度傳感器。 二二金屬氧化物膜濕度傳感器金屬氧化物膜濕度傳感器 v 原理：原理：將調(diào)制好的將調(diào)制好的 金屬氧化物的糊狀物金屬氧化物的糊狀物 加工在陶瓷基片及電加工在陶瓷基片及電 極上，采用燒結(jié)或烘極上，采用燒結(jié)或烘 干的方法使之固化成干的方法使之固化成 膜。這種膜的含濕量膜。這種膜的含濕量 隨著外界空氣的含濕隨著外界空氣的含濕 量的變化而變化，含量的變化而變化，含 濕量的變化又引起電濕量的變化又引起

14、電 阻阻值的變化，通過(guò)阻阻值的變化，通過(guò) 測(cè)量電阻之間的阻值測(cè)量電阻之間的阻值 即可測(cè)量相對(duì)濕度。即可測(cè)量相對(duì)濕度。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：傳感器電阻的對(duì)數(shù)傳感器電阻的對(duì)數(shù) 值與濕度成線性關(guān)系，測(cè)值與濕度成線性關(guān)系，測(cè) 濕范圍、工作溫度范圍寬。濕范圍、工作溫度范圍寬。 第七節(jié)第七節(jié) 飽和鹽溶液濕度校正裝置飽和鹽溶液濕度校正裝置 關(guān)鍵關(guān)鍵：實(shí)現(xiàn)不同范圍內(nèi)維持恒定的相對(duì)濕實(shí)現(xiàn)不同范圍內(nèi)維持恒定的相對(duì)濕 度空間，度空間， 可作基準(zhǔn)的高精度標(biāo)定儀器，可作基準(zhǔn)的高精度標(biāo)定儀器， 水的飽和蒸氣壓是溫度的函數(shù)，溫度愈高，飽水的飽和蒸氣壓是溫度的函數(shù)，溫度愈高，飽 和蒸氣壓也愈高。和蒸氣壓也愈高。 當(dāng)向水中加入鹽類，溶

15、液中的水分蒸發(fā)受到限當(dāng)向水中加入鹽類，溶液中的水分蒸發(fā)受到限 制，使其飽和蒸氣壓降低，降低的程度與鹽類制，使其飽和蒸氣壓降低，降低的程度與鹽類 的種類有關(guān)。的種類有關(guān)。 根據(jù)不同的鹽類對(duì)應(yīng)的飽和蒸氣壓不同，即對(duì)根據(jù)不同的鹽類對(duì)應(yīng)的飽和蒸氣壓不同，即對(duì) 應(yīng)的相對(duì)濕度不同實(shí)現(xiàn)濕度傳感器的標(biāo)定。應(yīng)的相對(duì)濕度不同實(shí)現(xiàn)濕度傳感器的標(biāo)定。 溫度范圍溫度范圍 濕度范圍濕度范圍 精度精度響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間(s) 阿斯曼阿斯曼550595%25%很長(zhǎng)很長(zhǎng) 氯化鋰電氯化鋰電 阻式阻式 5501595%25%10，50 高分子電高分子電 容式容式 5501595%25%10 金屬陶瓷金屬陶瓷 電阻式電阻式 060590%25%=3 露點(diǎn)計(jì)露點(diǎn)計(jì)-401000100%1較短較短 常見測(cè)濕度的方法比較常見測(cè)濕度的方法比較 SHT71溫度、濕度復(fù)合傳感器溫度、濕度復(fù)合傳感器 選用選用SENSIRION公司公司 的的SHT71溫度、濕度溫度、濕度 復(fù)合傳感器，該傳感復(fù)合傳感器，該傳感 器是該公司最新推出器是該公司最新推出 的數(shù)字化產(chǎn)品，直接的數(shù)字化產(chǎn)品，直接 輸出數(shù)字信號(hào)，通過(guò)輸出數(shù)字信號(hào)，通過(guò) 一根數(shù)據(jù)線與微處理一根數(shù)據(jù)