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1、第四章第四章 湿度测量湿度测量 主要授课内容主要授课内容o湿度的表示方法湿度的表示方法 o湿度的测量方法湿度的测量方法u 干湿球法干湿球法简单干湿球湿度计，简单干湿球湿度计，通风干湿球湿度计（阿斯曼）通风干湿球湿度计（阿斯曼）u 露点法露点法 光电式露点湿度计光电式露点湿度计u 吸湿法吸湿法n氯化锂电阻式氯化锂电阻式n高分子电阻式，高分子电阻式，高分子电容式高分子电容式n金属氧化物陶瓷电阻式，金属氧化物膜电阻式金属氧化物陶瓷电阻式，金属氧化物膜电阻式第一节第一节 湿度测量概述湿度测量概述一一湿度的表示方法湿度的表示方法绝对湿度、相对湿度、含湿量。绝对湿度、相对湿度、含湿量。所所以以测测得得被被
2、测测空空气气的的水水蒸蒸气气分分压压力力，及及干干球球温温度度即即可可求得绝对湿度。求得绝对湿度。1绝绝对对湿湿度度：每每m3湿湿空空气气在在标标况况下下（0，1大大气气压压）所含湿空气的重量，即水蒸气密度。单位为所含湿空气的重量，即水蒸气密度。单位为g/m3。由气体状态方程：由气体状态方程：2相相对对湿湿度度：空空气气中中水水蒸蒸气气分分压压力力Pn与与同同温温度下饱和水蒸气分压力度下饱和水蒸气分压力Pb的比值。的比值。Pb.s相应于湿球温度的饱和水蒸气压力；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；干球温度对应的饱和水蒸气压力；B大气压力；大气压力；A与风速有关的系
3、数。与风速有关的系数。应用理想气体状态方程应用理想气体状态方程水蒸气水蒸气：3含湿量含湿量：空空气气由由干干空空气气和和湿湿空空气气组组成成，每每kg干干空空气气所所含含水水蒸气的量，称为含湿量。符号蒸气的量，称为含湿量。符号d，单位，单位g/kg 干空气干空气：因为水蒸气与干空气均匀混合，故因为水蒸气与干空气均匀混合，故Vn=Vw，Tn=Tw，又：又：Rn=461，Rw=287，o所以，当大气压力为定值，含湿量是水蒸气所以，当大气压力为定值，含湿量是水蒸气分压力的函数。分压力的函数。3含湿量含湿量：二二气体湿度测量方法气体湿度测量方法o干湿球法干湿球法n简单干湿球湿度计，简单干湿球湿度计，通
4、风干湿球湿度计（阿斯通风干湿球湿度计（阿斯曼）曼）o露点法露点法n光电式露点湿度计光电式露点湿度计o吸湿法吸湿法n氯化锂电阻式氯化锂电阻式，n高分子电阻式，高分子电阻式，高分子电容式高分子电容式n金属氧化物陶瓷电阻式，金属氧化物膜电阻式金属氧化物陶瓷电阻式，金属氧化物膜电阻式第二节第二节 干湿球与露点法湿度检测干湿球与露点法湿度检测一一干湿球法湿度测量干湿球法湿度测量测得干球温度和湿球温度可计算相对湿度。测得干球温度和湿球温度可计算相对湿度。适用范围：大于适用范围：大于0，测量误差，测量误差12%。1普通干湿球温度计普通干湿球温度计o构造构造 同精度温度计两支、脱脂纱布、蒸同精度温度计两支、脱
5、脂纱布、蒸馏水馏水o特点特点 n无风速控制，无屏蔽辐射无风速控制，无屏蔽辐射n水易污染水易污染n测量误差较大测量误差较大o注意注意：湿球温度计安装时，要求温度计的球湿球温度计安装时，要求温度计的球部离开水杯上沿至少部离开水杯上沿至少23cm，应使湿球温度计周围空气流速保持在应使湿球温度计周围空气流速保持在2.5m/s2.5m/s以上，使以上，使A A为常数。为常数。TwTs通风干湿球温度计（阿斯曼）通风干湿球温度计（阿斯曼）o构造构造 n温度计置于金属套管内温度计置于金属套管内n微型风机，微型风机，o特点特点 n湿球附近风速固定在湿球附近风速固定在2.5m/sn金属套管屏蔽辐射金属套管屏蔽辐射
6、n蒸馏水随时滴入蒸馏水随时滴入TwTs2 2电动干湿球温度计电动干湿球温度计o将将湿湿信信号号转转换换成成电电信号，有利于远传。信号，有利于远传。o构构造造：轴轴流流风风机机、镍镍电电阻阻、湿湿球球纱纱布布、盛水杯、测量桥路。盛水杯、测量桥路。o测量桥路测量桥路：两个桥路通两个桥路通过电阻过电阻R R连连接，构成双接，构成双电桥。电桥。2电动干湿球温度计电动干湿球温度计通通过过调调节节可可调调电电阻阻R的的滑滑动动触触头头，使使检检流流计计为为0，可得可得UDE=UAB。根根据据这这一一关关系系计计算算出出RDE和和相相对对湿湿度度的的关关系系，在在可可调调电电阻阻上上进行分度，实现相对湿度的
7、测量。进行分度，实现相对湿度的测量。二露点法湿度测量二露点法湿度测量o露露点点温温度度：将将被被测测空空气气冷冷却却，当当湿湿空空气气冷冷却却到到水水蒸蒸气气达达到到饱饱和和并并开开始始凝凝结结出出水水分分时时所对应的温度。所对应的温度。先先测测定定露露点点温温度度tL，根根据据tL确确定定该该温温度度下下饱饱和和水水蒸蒸气气压压力力PL。PL即即为为被被测测空空气气的的水水蒸气分压力蒸气分压力Pn。1露点湿度计露点湿度计o采采用用两两只只玻玻璃璃棒棒温温度度计计，一一只只测测量量干干球球温温度度，另另一一只只放放入入黄黄铜铜盒盒内内测测量量露露点点温温度度。根根据据测测得得的的露露点点温温度
8、度和和干干球球温温度度通通过过查查表表得得到到对对应应的的露露点点温温度度下下的的饱饱和和蒸蒸气气压压力力和和干干球球温温度度下下的的饱饱和和蒸蒸气压力。气压力。o缺缺点点：露露点点温温度度不不易易测测准。准。2光电式露点湿度计光电式露点湿度计v影影响响测测量量精精度度的的因因素素：高高度度光光洁洁的的露露点点镜镜；高高精精度度的光学与热电制冷调节系统；采样气体需洁净。的光学与热电制冷调节系统；采样气体需洁净。HNP-50型冷镜式露点仪型冷镜式露点仪技术指标技术指标露点温度测量范围：露点温度测量范围：-65 20 最大致冷温差最大致冷温差：105 露点温度测试准确度露点温度测试准确度 DEW
9、0.3 PPM/V(换算精度换算精度0.1%)RH(换算精度换算精度 0.1%)显示灵敏度：显示灵敏度：0.1 样气压力：样气压力：0.1 MPa/cm2样气流量样气流量：0.4-1.0Lmin显示器：显示器：16 x 2 液晶屏液晶屏额定工作电压：额定工作电压：220VAC 50Hz 外形尺寸外形尺寸（W）360 x（D）350 x（H）135mm重量：重量：8.6Kg第三节第三节 氯化锂电阻湿度计氯化锂电阻湿度计属于属于吸湿法吸湿法测量，测量，根据氯化锂的吸湿根据氯化锂的吸湿特性和氯化锂吸湿特性和氯化锂吸湿后电阻变化特性。后电阻变化特性。一一传感器传感器形式形式：梳状、柱状。梳状、柱状。R
10、感湿膜梳状梳状柱状柱状注意注意：v为为了了避避免免氯氯化化锂锂溶溶液液发发生生电电解解，电电极极两两端端应应接接交交流电。流电。v量量程程窄窄，一一般般为为15%20%，例例如如，0.05%的的浓浓度度对对应应感感湿湿范范围围为为80%-100%，0.2%的浓度对应的感湿范围为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。环境温度对输出影响较大，因此要进行温度补偿。v最最高高使使用用温温度度5555，当当大大于于5555，氯氯化化锂锂溶溶液液容容易蒸发。易蒸发。扩大氯化锂湿度计的测量范围扩大氯化锂湿度计的测量范围R1R2R3R4rrrrABRAB=f()7
11、595%5575%3555%1535%(%)1535557595RAB(K)80705232.312.35扩大氯化锂湿度计的测量范围扩大氯化锂湿度计的测量范围二二变送器变送器o将将氯氯化化锂锂湿湿度度测测头头接接入入交交流流电电桥桥，此此电电桥桥将将传传感感器器的的电电阻阻信信号号转转变变为为交交流流电电压压信信号号。此此电电压压经经放放大大、检检波波整整流流变变成成与与相相对对湿湿度度成成一一定定函函数数关关系系的的直直流流电电压压，再再经电压经电压-电流转换器转换成标准电流转换器转换成标准0-10mA0-10mA的电流信号。的电流信号。第四节第四节 高分子湿度传感器高分子湿度传感器一一高分
12、子电容式湿度传感器高分子电容式湿度传感器 根据电容公式可知，在根据电容公式可知，在电容两个极板的面积和电容两个极板的面积和间距不变的情况下，当间距不变的情况下，当介电常数发生变化时将介电常数发生变化时将引起电容值的变化。引起电容值的变化。特点特点：迅速吸湿、脱湿，滞后小，响应快，不：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，受气流速度影响，测量范围宽，抗污染能力强，稳定性好。稳定性好。一一高分子电容式湿度传感器高分子电容式湿度传感器一一高分子电容式湿度传感器高分子电容式湿度传感器二二高分子电阻式湿度传感器高分子电阻式湿度传感器 使使用用高高分分子子固固体体电电
13、解解质质材材料料制制作作感感湿湿膜膜，当当相相对对湿湿度度大大时时，膜膜中中的的可可移移动动离离子子浓浓度度增增大大，电电阻阻减减少少，当当相相对对湿湿度度降降低低时时，膜膜中中的的可可运运动动离离子子浓浓度度减减少少，电电阻阻阻阻值值增增大大。这这样样可可通通过过电电极极间间的的电电阻阻值值的的变变化化测测量量相对湿度。相对湿度。二高分子电阻式湿度传感器二高分子电阻式湿度传感器HPR-MQ-M52R（M52R）是一款环保）是一款环保型的高分子湿度传感器。型的高分子湿度传感器。在空调、加湿器、除湿在空调、加湿器、除湿机等民用家电产品中得机等民用家电产品中得到了广泛的应用。到了广泛的应用。第五节
14、第五节 金属氧化物湿度传感器金属氧化物湿度传感器一一金属氧化物陶瓷湿度传感器金属氧化物陶瓷湿度传感器 由由金金属属氧氧化化物物多多孔孔性性陶陶瓷瓷烧烧结结而而成成。烧烧结结体体上上有有微微孔孔，可可使使湿湿敏敏层层吸吸附附或或释释放放水水分分子子，造造成成其其电电阻阻值值的改变的改变。主要有：主要有：MgCr2O4-TiO2陶陶瓷湿度传感器、瓷湿度传感器、NiO陶瓷湿度传陶瓷湿度传感器。感器。二二金属氧化物膜湿度传感器金属氧化物膜湿度传感器v 原原理理：将将调调制制好好的的金金属属氧氧化化物物的的糊糊状状物物加加工工在在陶陶瓷瓷基基片片及及电电极极上上，采采用用烧烧结结或或烘烘干干的的方方法法
15、使使之之固固化化成成膜膜。这这种种膜膜的的含含湿湿量量随随着着外外界界空空气气的的含含湿湿量量的的变变化化而而变变化化，含含湿湿量量的的变变化化又又引引起起电电阻阻阻阻值值的的变变化化，通通过过测测量量电电阻阻之之间间的的阻阻值值即可测量相对湿度。即可测量相对湿度。特特点点：传传感感器器电电阻阻的的对对数数值值与与湿湿度度成成线线性性关关系系，测测湿湿范范围、工作温度范围宽。围、工作温度范围宽。第七节第七节 饱和盐溶液湿度校正装置饱和盐溶液湿度校正装置关键关键：实现不同范围内维持恒定的相对湿度空间，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，可作基准的高精度标定仪器，水水的
16、的饱饱和和蒸蒸气气压压是是温温度度的的函函数数，温温度度愈愈高高，饱饱和蒸气压也愈高。和蒸气压也愈高。当当向向水水中中加加入入盐盐类类，溶溶液液中中的的水水分分蒸蒸发发受受到到限限制制，使使其其饱饱和和蒸蒸气气压压降降低低，降降低低的的程程度度与与盐盐类类的种类有关。的种类有关。根根据据不不同同的的盐盐类类对对应应的的饱饱和和蒸蒸气气压压不不同同，即即对对应的相对湿度不同实现湿度传感器的标定。应的相对湿度不同实现湿度传感器的标定。第七节第七节 饱和盐溶液湿度校正装置饱和盐溶液湿度校正装置温度范围温度范围 湿度范围湿度范围 精度精度响应时间响应时间(s)阿斯曼阿斯曼550595%25%很长很长氯
17、化锂电氯化锂电阻式阻式5501595%25%10，50高分子电高分子电容式容式5501595%25%10金属陶瓷金属陶瓷电阻式电阻式060590%25%=3露点计露点计-401000100%1较短较短常见测湿度的方法比较常见测湿度的方法比较SHT71温度、湿度复合传感器温度、湿度复合传感器 选用选用SENSIRION公司公司的的SHT71温度、湿度复温度、湿度复合传感器，该传感器是合传感器，该传感器是该公司最新推出的数字该公司最新推出的数字化产品，直接输出数字化产品，直接输出数字信号，通过一根数据线信号，通过一根数据线与微处理器相连，因此与微处理器相连，因此可简化硬件电路设计。可简化硬件电路设计。接口电接口电路图路图电源引脚：供应电压在电源引脚：供应电压在2.42.45.5V5.5V之间。之间。串串口口时时钟钟输输入入引引脚脚（SCKSCK）：同同步步微微控控制制器器和和传传感器之间的通信。感器之间的通信。数数据据引引脚脚（DATADATA）：DATADATA三三态态引引脚脚用用来来向向设设备备输输入、或输出数据。入、或输出数据。SHT71温度、湿度复合传感器温度、湿度复合传感器