《熱工儀表及測量技術(shù)》4.ppt

1、第四章 濕度測量,在通風(fēng)與空調(diào)工程中，空氣的濕度與溫度是兩個相關(guān)的熱工參數(shù)，它們具有同樣的重要意義。,濕度控制有何應(yīng)用呢？,在紡織行業(yè)的應(yīng)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(dāng)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(yīng)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，

2、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(yīng)正確控制室內(nèi)相對濕度值。,在卷煙業(yè)的應(yīng)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(guān)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1825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(yīng)用：確保設(shè)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(shè)備的最佳運轉(zhuǎn)狀態(tài)，延長設(shè)備的使用壽命，通信行業(yè)動力機

3、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(yīng)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(jié)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(shè)吸水材料的辦法簡單處理?，F(xiàn)代載人航天器使用一種帶有孔板輸出機構(gòu)的冷凝熱交換器，以5%通風(fēng)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(yīng)用,受濕度影響較大的場合，還有如計算機房

4、、印刷車間、潔凈室、手術(shù)室、實驗室、氣調(diào)庫、半導(dǎo)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=RgT PnV=mnRnT 或 Pnvn=RnT 干空氣用下標(biāo)g表示，水蒸汽用下標(biāo)n表示。,根據(jù)道爾頓定律，

5、濕空氣的壓力應(yīng)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(biāo)準大氣壓為101 325Pa。,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(biāo)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(fēng)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

6、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。值小，說明濕空氣飽和程度小，吸收水蒸氣的能力強；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(dāng)大氣壓力B和風(fēng)速v不變時，利用被測空氣相應(yīng)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(guān)系確定空氣濕度。,其數(shù)量關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式為： Pb,sPn = A(ws)B 式中，Pb,s 濕球溫度下飽和水蒸氣壓力；

7、Pn 空氣中水蒸氣分壓力； w、s 分別為空氣的干、濕球溫度； A 與風(fēng)速有關(guān)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)w、s分別對應(yīng)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(guān)圖表，查出相應(yīng)的相對濕度值。,干球溫度計,濕球溫度計,刻度盤,紗布,水槽,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

8、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(shè)置一個微型軸流風(fēng)機，以便在熱電阻周圍造成2.5m/s的風(fēng)速，提高測量精度。,air in,air out,干球熱電阻,濕球 熱電阻,三、露點法濕度測量,基本原理：先測定露點溫度l，然后確定對應(yīng)于l的飽和水蒸氣壓力Pl。 顯然， 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(dāng)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。,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

9、量準確 度高，可靠性強，使用范圍廣，尤其適用于低溫 狀態(tài)。,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(guān)；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(zhuǎn)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(guān)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(dāng)氯化鋰溶液吸收水汽后，使導(dǎo)電的離子數(shù)增加，因此導(dǎo)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

10、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(guān)。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(guān)系。當(dāng)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(dāng)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(yīng)按照測量范圍的要求，選用相應(yīng)的量程。為擴大測量范圍，可采用多片組合傳感器。,二、變送器 溫、濕度變送器輸出的標(biāo)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，

11、制作濕度測量儀時會有較高的精度，響應(yīng)迅速。 缺點：有結(jié)露時易失效。 它特別適合空調(diào)系統(tǒng)使用。,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。隨著水分子被吸附或釋放，高分子薄膜的介電系數(shù)將發(fā)生相應(yīng)的變化。因為介電系數(shù)隨空氣的相對濕度變化而變化，所以只要測定電容值就可測得相對濕度。,測試范例：HMD60Y溫濕度變送器,1. 閱讀說明書、使用手冊和接線圖 2. 準備所需設(shè)備并連接 3. 接通電源，開始測量 4. 得到結(jié)果,接通電源后,電流和相對濕度成線性比例關(guān)系： 420mA

12、對應(yīng)于0100 由實驗測得：電流為14.6mA， 則當(dāng)時相對濕度為66。,二、高分子電阻式濕度傳感器 它使用高分子固體電解質(zhì)材料制作感濕膜，由于膜中的可動離子而產(chǎn)生導(dǎo)電性，隨著濕度的增加，其電離作用增強，使可動離子的濃度增大，電極間的電阻值減小。反之，電阻值增大。因此，濕度傳感器對水分子的吸附和釋放情況，可通過電極間電阻值的變化檢測出來，從而得到相應(yīng)的濕度值。,第七節(jié) 飽和鹽溶液濕度校正裝置,濕度計的標(biāo)定與校正需要一個維持恒定相對濕度的校正裝置，并且用一種可作為基準的方法去測定其中的相對濕度，再將被校正儀表放入此裝置進行標(biāo)定。校正裝置所依據(jù)的方法有重量法、雙壓法及雙溫法。,HD50溫濕度計,測量元件 濕度：電容元件； 溫度：A級Pt100 溫度精度:2%讀數(shù) 濕度精度:2.5%RH,在航天科技中的應(yīng)用：將乘員艙大氣濕度控制于乘員的舒適水平 乘員艙大氣中，航天員呼吸、蒸發(fā)和洗滌等會造成水蒸氣增加，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(jié)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(shè)吸水材料的辦法簡單處理。微重力下的濕度控制與地面條件的濕度控制相比有本質(zhì)上的不同。微重力條件下，液膜的厚度逐步增加，破壞熱傳導(dǎo)；浮力消失，氣泡在熱表面形成而不離開