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1、第四章湿度本讲稿第一页，共五十页在纺织行业的应用：对纺织纤维性能的影响在相对湿度增大时，由于纤维吸湿后的分子间距离增大，在相对湿度增大时，由于纤维吸湿后的分子间距离增大，故纤维的硬度和脆性随之降低，使纤维的柔软性大为改故纤维的硬度和脆性随之降低，使纤维的柔软性大为改善。善。机械表面与纤维间的摩擦或纤维间的相互摩擦，不可避免机械表面与纤维间的摩擦或纤维间的相互摩擦，不可避免的会引起纤维带电，当纤维与机体带有不同电荷时，会妨的会引起纤维带电，当纤维与机体带有不同电荷时，会妨碍纤维的拉伸、梳理、交织、卷绕过程的顺利进行。提高碍纤维的拉伸、梳理、交织、卷绕过程的顺利进行。提高空气的相对湿度，可以使纤维
2、的比电阻降低，以增加电荷空气的相对湿度，可以使纤维的比电阻降低，以增加电荷散逸的速度，从而消除静电。散逸的速度，从而消除静电。本讲稿第二页，共五十页在空气调节的应用：提高人体舒适感 环境湿度过低时，体表汗液蒸发量增加，环境湿度过低时，体表汗液蒸发量增加，皮肤会感觉过于干燥。而湿度过大时，体表皮肤会感觉过于干燥。而湿度过大时，体表出的汗不能及时、充分地蒸发掉，积于皮肤出的汗不能及时、充分地蒸发掉，积于皮肤表面，使人体不舒适感觉加大。因此，为了表面，使人体不舒适感觉加大。因此，为了提高人体热舒适性，应正确控制室内相对湿提高人体热舒适性，应正确控制室内相对湿度值。度值。本讲稿第三页，共五十页在卷烟业
3、的应用：对烟丝质量的影响 在制烟过程中，烟丝的破损率及质量在制烟过程中，烟丝的破损率及质量与储存时的空气湿度有着重要的关系。储存与储存时的空气湿度有着重要的关系。储存时空气过于干燥，则烟丝易破碎成烟沫，气时空气过于干燥，则烟丝易破碎成烟沫，气味也挥发出去，烟丝质量随之降低。通常，味也挥发出去，烟丝质量随之降低。通常，储丝库的温度需要维持在储丝库的温度需要维持在1825之间，相之间，相对湿度要保持在对湿度要保持在70%RH以上以上，在此环境条，在此环境条件下，烟丝才不易破碎，飘尘现象也较轻，件下，烟丝才不易破碎，飘尘现象也较轻，烟味也较纯正。烟味也较纯正。本讲稿第四页，共五十页在通信行业的应用：
4、确保设备可靠性 为避免因空气干燥引起静电，烧坏电为避免因空气干燥引起静电，烧坏电路板，造成线路瘫痪，从而引发事故，同时路板，造成线路瘫痪，从而引发事故，同时保持设备的最佳运转状态，延长设备的使用保持设备的最佳运转状态，延长设备的使用寿命，通信行业动力机房环境对湿度和温度寿命，通信行业动力机房环境对湿度和温度有着严格的要求有着严格的要求 。本讲稿第五页，共五十页在航天科技中的应用：将乘员舱大气湿度控制于乘员的舒适水平 在乘员舱大气中，航天员呼吸、蒸发和洗涤都会造成水蒸气增加，在乘员舱大气中，航天员呼吸、蒸发和洗涤都会造成水蒸气增加，甚至达到饱和状态。在失重情况下，水蒸气可以在任何冷表面凝结成甚至
5、达到饱和状态。在失重情况下，水蒸气可以在任何冷表面凝结成水珠，且随机存在于任何部位或飘浮在大气之中。早期的载人飞船，水珠，且随机存在于任何部位或飘浮在大气之中。早期的载人飞船，随处存在的冷凝水成为令人十分头疼的问题，随处存在的冷凝水成为令人十分头疼的问题，“双子星座双子星座”飞船曾采飞船曾采用铺设吸水材料的办法简单处理。现代载人航天器使用一种带有孔板输用铺设吸水材料的办法简单处理。现代载人航天器使用一种带有孔板输出机构的冷凝热交换器，以出机构的冷凝热交换器，以5%5%通风气流把冷凝水引出排水细孔，再经通风气流把冷凝水引出排水细孔，再经动态水动态水/气分离器把水和气体分开。新式的湿度控制装置除湿
6、效果气分离器把水和气体分开。新式的湿度控制装置除湿效果好，寿命长，循环空气阻力小。好，寿命长，循环空气阻力小。本讲稿第六页，共五十页在其他场合的应用 受湿度影响较大的场合，还有如计算机受湿度影响较大的场合，还有如计算机房、印刷车间、洁净室、手术室、实验室、房、印刷车间、洁净室、手术室、实验室、气调库、半导体生产车间、博物馆、档案馆气调库、半导体生产车间、博物馆、档案馆等。等。本讲稿第七页，共五十页 大气是由干空气和一定量的水蒸气混大气是由干空气和一定量的水蒸气混合而成的，我们称其为湿空气。干空气的合而成的，我们称其为湿空气。干空气的成分主要是氮（成分主要是氮（78）、氧（）、氧（21）、氩）、
7、氩（0.93）、二氧化碳（）、二氧化碳（0.03）及其它微）及其它微量气体。量气体。本讲稿第八页，共五十页 在湿空气中水蒸汽的含量虽少，但其变在湿空气中水蒸汽的含量虽少，但其变化却会对空气环境的干燥和潮湿程度产生化却会对空气环境的干燥和潮湿程度产生重要的影响，且使湿空气的物理性质随之重要的影响，且使湿空气的物理性质随之发生改变。发生改变。本讲稿第九页，共五十页 常温常压下干空气可视为理想气体，常温常压下干空气可视为理想气体，而湿空气中的水蒸汽一般处于过热状态，而湿空气中的水蒸汽一般处于过热状态，且含量很少，也可近似看作理想气体。且含量很少，也可近似看作理想气体。PgV=mgRgT 或或 Pgv
8、g=RgTPnV=mnRnT 或或 Pnvn=RnT 干空气用下标干空气用下标g表示，水蒸汽用下标表示，水蒸汽用下标n表示。表示。本讲稿第十页，共五十页 根据道尔顿定律，湿空气的压力应等根据道尔顿定律，湿空气的压力应等于干空气的压力与水蒸汽的压力之和。于干空气的压力与水蒸汽的压力之和。B=Pg+Pn 海平面的标准大气压为海平面的标准大气压为101 325Pa。本讲稿第十一页，共五十页第一节第一节 湿度测量概述湿度测量概述 一、空气湿度的表示方法一、空气湿度的表示方法 湿度是表示空气中水蒸汽含量多少的湿度是表示空气中水蒸汽含量多少的尺度。常用来表示空气湿度的方法有：绝尺度。常用来表示空气湿度的方
9、法有：绝对湿度、相对湿度和含湿量。对湿度、相对湿度和含湿量。本讲稿第十二页，共五十页 1.绝对湿度绝对湿度 绝对湿度定义为每平方米湿空气，在标绝对湿度定义为每平方米湿空气，在标准状态下所含水蒸汽的重量，即湿空气中的准状态下所含水蒸汽的重量，即湿空气中的水蒸汽密度（单位是克水蒸汽密度（单位是克/米米3）。）。本讲稿第十三页，共五十页 2.相对湿度相对湿度 相对湿度就是空气中水蒸汽分压力相对湿度就是空气中水蒸汽分压力Pn与与同温度下饱和水蒸汽分压力同温度下饱和水蒸汽分压力Pb之比值。之比值。本讲稿第十四页，共五十页 空气的相对湿度是干空气的相对湿度是干球温度、湿球温度、球温度、湿球温度、风速和大气
10、压力的函风速和大气压力的函数。数。本讲稿第十五页，共五十页u绝绝对对湿湿度度只只能能说说明明湿湿空空气气中中实实际际所所含含水水蒸蒸汽汽的的质质量量，而而不不能能说说明明湿湿空空气气干干燥燥或或潮潮湿湿的的程程度度及及吸吸湿湿能能力力的的大小。大小。u相相对对湿湿度度表表征征湿湿空空气气中中水水蒸蒸气气接接近近饱饱和和含含量量的的程程度度。值值小小，说说明明湿湿空空气气饱饱和和程程度度小小，吸吸收收水水蒸蒸气气的的能能力力强强；值值大大则则说说明明湿湿空空气气饱饱和和程程度度大大，吸收水蒸气的能力弱。吸收水蒸气的能力弱。本讲稿第十六页，共五十页 3.含湿量含湿量 含湿量就是湿空气中，每千克干空
11、气所含有的含湿量就是湿空气中，每千克干空气所含有的水蒸汽的质量。水蒸汽的质量。本讲稿第十七页，共五十页二、气体湿度测量方法二、气体湿度测量方法干湿球法干湿球法露点法露点法吸湿法吸湿法本讲稿第十八页，共五十页第二节第二节 干湿球与露点法湿度检测干湿球与露点法湿度检测 干湿球湿度计的干湿球湿度计的基本原理基本原理为：当大气为：当大气压力压力B和风速和风速v不变时，利用被测空气相应不变时，利用被测空气相应于湿球温度下饱和水蒸气压力和干球温度于湿球温度下饱和水蒸气压力和干球温度下的水蒸气分压力之差，与干湿球温度之下的水蒸气分压力之差，与干湿球温度之差之间存在的数量关系确定空气湿度。差之间存在的数量关系
12、确定空气湿度。本讲稿第十九页，共五十页 其数量关系的数学表达式为：其数量关系的数学表达式为：Pb,sPn=A(ws)B 式中，式中，Pb,s 湿球温度下饱和水蒸气压力；湿球温度下饱和水蒸气压力；Pn 空气中水蒸气分压力；空气中水蒸气分压力；w、s 分别为空气的干、湿球温度；分别为空气的干、湿球温度；A 与风速有关的系数；与风速有关的系数；B 大气压力。大气压力。本讲稿第二十页，共五十页 将上式代入前式，可得相对湿度计算公将上式代入前式，可得相对湿度计算公式为：式为：根据根据w、s分别对应有确定的分别对应有确定的Pb、Pb,s值，所以根据干、湿球温度计的读数差，即值，所以根据干、湿球温度计的读数
13、差，即可由上式确定被测空气的相对湿度。可由上式确定被测空气的相对湿度。本讲稿第二十一页，共五十页一、普通干湿球温度计一、普通干湿球温度计 它它由由两两支支相相同同的的液液体体膨膨胀胀式式温温度度计计组组成成，一一支支为为干干球球温温度度计计，另另一一支支为为湿湿球球温温度度计计。干干湿湿球球温温度度计计就就是是利利用用干干湿湿球球温温度度差差及及干干球球温温度度来来测测量量空空气气相相对湿度的。对湿度的。在在测测得得干干湿湿球球温温度度后后，可可利利用用公公式式计计算算，也也可以利用有关图表，查出相应的相对湿度值。可以利用有关图表，查出相应的相对湿度值。本讲稿第二十二页，共五十页干干球球温温度
14、度计计湿湿球球温温度度计计刻度盘刻度盘纱布纱布水槽水槽本讲稿第二十三页，共五十页二、干湿球电信号传感器与温度计二、干湿球电信号传感器与温度计 为为了了能能自自动动显显示示空空气气的的相相对对湿湿度度和和远远距距离离传传送送湿湿度度信信号号，采采用用电电动动干干湿湿球球温温度度计计。它它的的干干湿湿球球是是用用金金属属电电阻阻（镍镍电电阻阻）代代替替膨膨胀胀式式温温度度计计，并并设设置置一一个个微微型型轴轴流流风风机机，以以便便在热电阻周围造成在热电阻周围造成2.5m/s的风速，提高测量精度。的风速，提高测量精度。本讲稿第二十四页，共五十页air inair out干球热电干球热电阻阻湿球湿球热
15、电阻热电阻本讲稿第二十五页，共五十页三、露点法湿度测量三、露点法湿度测量 基本原理：先测定露点温度基本原理：先测定露点温度l，然后确定，然后确定对应于对应于l的饱和水蒸气压力的饱和水蒸气压力Pl。显然，显然，Pl即为被测空气的水蒸气分压力即为被测空气的水蒸气分压力Pn。本讲稿第二十六页，共五十页四、露点湿度计四、露点湿度计充满乙充满乙醚溶液醚溶液主要缺点：主要缺点：当冷却表面上出现露当冷却表面上出现露珠的瞬间，需立即测珠的瞬间，需立即测定表面温度，但一般定表面温度，但一般不易测准，而容易造不易测准，而容易造成较大的测量误差。成较大的测量误差。本讲稿第二十七页，共五十页五、光电式露点湿度计五、光
16、电式露点湿度计 光电式露点湿度计是使用光电原理直接测量光电式露点湿度计是使用光电原理直接测量气体露点温度的一种电测法湿度计。其测量准确气体露点温度的一种电测法湿度计。其测量准确度高，可靠性强，使用范围广，尤其适用于低温度高，可靠性强，使用范围广，尤其适用于低温状态。状态。本讲稿第二十八页，共五十页第三节第三节 氯化锂电阻式湿度计氯化锂电阻式湿度计 某某些些盐盐类类放放在在空空气气中中，其其含含湿湿量量与与空空气气的的相相对对湿湿度度有有关关；而而含含湿湿量量大大小小又又引引起起本本身身电电阻阻的的变变化化。因因此此可可以以通通过过这这种种传传感感器器将将空空气气相相对对湿湿度度转转换换为为其其
17、电电阻值的测量。这种方法称为吸湿法湿度测量。阻值的测量。这种方法称为吸湿法湿度测量。本讲稿第二十九页，共五十页 氯化锂是一种在大气中不分解、不挥发，也不变质氯化锂是一种在大气中不分解、不挥发，也不变质而具有稳定的离子型无机盐类。其吸湿量与空气相对湿而具有稳定的离子型无机盐类。其吸湿量与空气相对湿度成一定函数关系，随着空气相对湿度的增减变化，氯度成一定函数关系，随着空气相对湿度的增减变化，氯化锂吸湿量也随之变化。当氯化锂溶液吸收水汽后，使化锂吸湿量也随之变化。当氯化锂溶液吸收水汽后，使导电的离子数增加，因此导致电阻的降低；反之，则使导电的离子数增加，因此导致电阻的降低；反之，则使电阻增加。氯化锂
18、电阻湿度计的传感器就是根据这一原电阻增加。氯化锂电阻湿度计的传感器就是根据这一原理工作的。理工作的。本讲稿第三十页，共五十页 一、传感器一、传感器 氯氯化化锂锂电电阻阻湿湿度度传传感感器器分分梳梳状状和和柱柱状状。在在梳梳状状或或柱柱状状电电极极间间的的电电阻阻值值的的变变化化反反映映了了空空气气相相对对湿湿度度的的变化。变化。本讲稿第三十一页，共五十页本讲稿第三十二页，共五十页 氯化锂传感器的测湿范围与所涂氯化锂浓度及其氯化锂传感器的测湿范围与所涂氯化锂浓度及其它成分有关。采用某一浓度制作的元件在其有效的感它成分有关。采用某一浓度制作的元件在其有效的感湿范围内，其电阻值随周围空气相对湿度的变
19、化符合湿范围内，其电阻值随周围空气相对湿度的变化符合指数关系。指数关系。当湿度低于其有效的感湿范围时，其阻值迅速当湿度低于其有效的感湿范围时，其阻值迅速增加，趋于无限大；而当高于该范围时，其阻值变增加，趋于无限大；而当高于该范围时，其阻值变得非常小，乃至趋于零。得非常小，乃至趋于零。本讲稿第三十三页，共五十页 每一传感器的测量范围较窄，故应按照测量每一传感器的测量范围较窄，故应按照测量范围的要求，选用相应的量程。为扩大测量范围，范围的要求，选用相应的量程。为扩大测量范围，可采用多片组合传感器。可采用多片组合传感器。本讲稿第三十四页，共五十页 二、变送器二、变送器 温、湿度变送器输出的标准信号，
20、便于远距离传温、湿度变送器输出的标准信号，便于远距离传送、记录和调节，测量和调节精度高，常用于高精送、记录和调节，测量和调节精度高，常用于高精度的温、湿度测量和调节系统。度的温、湿度测量和调节系统。温度补温度补偿措施偿措施本讲稿第三十五页，共五十页第四节第四节 氯化锂露点式湿度计氯化锂露点式湿度计 它是通过测量氯化锂饱和溶液水汽压力与被测空气的它是通过测量氯化锂饱和溶液水汽压力与被测空气的水汽压力相等时，盐溶液的温度，即平衡温度来确定被测水汽压力相等时，盐溶液的温度，即平衡温度来确定被测空气的露点温度；再根据空气的干球温度和露点温度求出空气的露点温度；再根据空气的干球温度和露点温度求出空气的相
21、对湿度。空气的相对湿度。本讲稿第三十六页，共五十页一、传感器一、传感器和纯水一样，氯化锂饱和蒸汽压力也是温度的函数。和纯水一样，氯化锂饱和蒸汽压力也是温度的函数。当处于固、液、汽三相共存时，该溶液表面上的水汽处当处于固、液、汽三相共存时，该溶液表面上的水汽处于饱和状态，具有对应的饱和水汽压力。于饱和状态，具有对应的饱和水汽压力。同温度下，氯化锂溶液的水蒸气压力低于纯水的水蒸同温度下，氯化锂溶液的水蒸气压力低于纯水的水蒸气压力。气压力。为使氯化锂溶液的饱和水蒸气压力与被测空气中水蒸气分为使氯化锂溶液的饱和水蒸气压力与被测空气中水蒸气分压力相等，就需要加热氯化锂溶液到一定温度，达到平衡压力相等，就
22、需要加热氯化锂溶液到一定温度，达到平衡状态。状态。本讲稿第三十七页，共五十页本讲稿第三十八页，共五十页TDP=HTBT+G本讲稿第三十九页，共五十页二、变送器二、变送器相对湿度是平衡相对湿度是平衡温度和干球温度温度和干球温度的函数的函数本讲稿第四十页，共五十页 它能连续指示，远距离测量与调节，不受被测气体它能连续指示，远距离测量与调节，不受被测气体温度的影响，使用范围广，传感器可再生使用。温度的影响，使用范围广，传感器可再生使用。本讲稿第四十一页，共五十页第四节第四节 电容式湿度计电容式湿度计一、电容湿度传感器一、电容湿度传感器 它通过电化学方法在金属铝表面形成一层氧化膜，进它通过电化学方法在
23、金属铝表面形成一层氧化膜，进而在膜上沉积一薄层金属。铝基体和金属构成一个电容器，而在膜上沉积一薄层金属。铝基体和金属构成一个电容器，氧化铝吸附水汽之后会引起电抗的变化，湿度计就是基于氧化铝吸附水汽之后会引起电抗的变化，湿度计就是基于此原理工作的。此原理工作的。本讲稿第四十二页，共五十页氧化铝层具有很强的吸附水汽的能力氧化铝层具有很强的吸附水汽的能力在给定的频率下，介电常数随水汽吸附量的增加而增在给定的频率下，介电常数随水汽吸附量的增加而增大大氧化铝层吸湿和放湿程度随着被测空气的相对湿度的氧化铝层吸湿和放湿程度随着被测空气的相对湿度的变化而变化，因而其电容量是空气相对湿度的函数。变化而变化，因而
24、其电容量是空气相对湿度的函数。本讲稿第四十三页，共五十页二、电容式湿度变送器二、电容式湿度变送器本讲稿第四十四页，共五十页第五节第五节 毛发式湿度计毛发式湿度计 某些纤维如毛发存在着微孔结构，当去除毛发表面的某些纤维如毛发存在着微孔结构，当去除毛发表面的油脂后，可使微孔与外界空气相通，并使孔壁对水具有润油脂后，可使微孔与外界空气相通，并使孔壁对水具有润湿性。湿性。当空气中的水汽未达到饱和状态时，微孔吸附空气中的水当空气中的水汽未达到饱和状态时，微孔吸附空气中的水汽并使之凝结。汽并使之凝结。当空气中的水汽达到饱和时，微孔中水的弯月面就变当空气中的水汽达到饱和时，微孔中水的弯月面就变成平面，即曲率
25、半径趋于无穷大。成平面，即曲率半径趋于无穷大。当空气相对湿度变化时，置于空气中的毛发将引起微孔弹当空气相对湿度变化时，置于空气中的毛发将引起微孔弹性壁的形变。由此可引起毛发长度的变化，此变化与相对湿度性壁的形变。由此可引起毛发长度的变化，此变化与相对湿度有关。有关。本讲稿第四十五页，共五十页本讲稿第四十六页，共五十页第六节第六节 湿度计的标定与校正装置湿度计的标定与校正装置湿度计的标定与校正需要一个维持恒定相对湿度计的标定与校正需要一个维持恒定相对湿度的校正装置，并且用一种可作为基准的湿度的校正装置，并且用一种可作为基准的方法去测定其中的相对湿度，再将被校正仪方法去测定其中的相对湿度，再将被校
26、正仪表放入此装置进行标定。表放入此装置进行标定。校正装置所依据的方法有重量法、双压法及校正装置所依据的方法有重量法、双压法及双温法等。双温法等。本讲稿第四十七页，共五十页双温法的基本原理是将某一温度和压力下被双温法的基本原理是将某一温度和压力下被水汽饱和的湿空气，在恒压下使其温度升高水汽饱和的湿空气，在恒压下使其温度升高到设定值，通过道尔顿定律和气体状态方程到设定值，通过道尔顿定律和气体状态方程即可计算出在较高温度下的气体相对湿度。即可计算出在较高温度下的气体相对湿度。这种方法有密闭循环和连续流动两种类型这种方法有密闭循环和连续流动两种类型本讲稿第四十八页，共五十页本讲稿第四十九页，共五十页 根据两个温度原根据两个温度原理制成湿度校验设备，理制成湿度校验设备，适用于零上也适用于适用于零上也适用于零下温度，并且在高零下温度，并且在高流速和低流速条件下，流速和低流速条件下，都能使空气充分饱和。都能使空气充分饱和。本讲稿第五十页，共五十页