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1、第四章第四章 湿度测量湿度测量4-1 湿度测量概述 4.2 干湿球与露点法湿度检测 4.3 氯化锂电阻湿度传感器 4.4 高分子湿度传感器 4.5 饱和盐溶液湿度校正装置 4-14-1 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 1.绝对湿度绝对湿度：在每立方米湿空气（或其他气体）在标：在每立方米湿空气（或其他气体）在标准状态下准状态下（00，760mmHg)760mmHg)所含水蒸气重量所含水蒸气重量水蒸水蒸汽的密度汽的密度 (g/m(g/m3 3)2.相对湿度相对湿度：空气中水蒸气分压力：空气中水蒸气分压力P Pn n与同温度下饱和与同温度下饱和 水蒸气分压水蒸气
2、分压P Pb b之比值之比值表征空气接近饱和程度表征空气接近饱和程度 Qw Qw 干球温度干球温度 Qs Qs 湿球温度湿球温度 v v风速风速 B B大气压力大气压力 3.含湿量含湿量：湿空气中，每公斤干空气所含有的水蒸气量：湿空气中，每公斤干空气所含有的水蒸气量d d mms s水蒸气质量水蒸气质量 mmw w干空气质量干空气质量 P Pw w干空气分压力干空气分压力 P Pn n水蒸汽分压力水蒸汽分压力 BB大气压大气压 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 又又 空气中饱和水蒸汽分压力空气中饱和水蒸汽分压力 P Pn n水蒸汽分压力水蒸
3、汽分压力 则：则：分别对应有确定的分别对应有确定的 根据干、湿球温度计的读数差根据干、湿球温度计的读数差被测空气的相对被测空气的相对湿度湿度二、普通干湿球湿度计二、普通干湿球湿度计组成：组成：两支相同的温度计组成，其中一支温度计温包两支相同的温度计组成，其中一支温度计温包 部分包有潮湿的纱布部分包有潮湿的纱布 湿球温度计的球部表面潮湿纱布中的水分不断进行蒸发湿球温度计的球部表面潮湿纱布中的水分不断进行蒸发 蒸发的强度则仅根据周围空气的气象条件而定。蒸发的强度则仅根据周围空气的气象条件而定。当空气的相对湿度愈低，湿度温度计上的水分蒸发就愈强，当空气的相对湿度愈低，湿度温度计上的水分蒸发就愈强，湿
4、球温度就愈低，湿球温度就愈低，干、湿球温差就愈大干、湿球温差就愈大反之：反之：周围空气的相对湿度愈高，湿度温度计上的水分蒸发就愈周围空气的相对湿度愈高，湿度温度计上的水分蒸发就愈弱，弱，干、湿球温差就愈小干、湿球温差就愈小三、电动干湿球温度计三、电动干湿球温度计1.作用原理与干湿球温度计相同作用原理与干湿球温度计相同区别：区别：1）干球和湿球用金属电阻（镍电阻）代替）干球和湿球用金属电阻（镍电阻）代替 2）设置微型轴流风机）设置微型轴流风机造成一恒定风速气流造成一恒定风速气流2.干湿球电信号传感器的测量原理干湿球电信号传感器的测量原理两个不平衡电桥组成的复合电桥（干球温度测量桥路、湿两个不平衡
5、电桥组成的复合电桥（干球温度测量桥路、湿球温度测量桥路球温度测量桥路）1）左电桥输出的不平衡电压左电桥输出的不平衡电压干球温度函数干球温度函数 2）右电桥输出的不平衡电压右电桥输出的不平衡电压湿球温度函数湿球温度函数 四、露点法湿度测量四、露点法湿度测量 1.基本原理基本原理测出露点温度测出露点温度 对应对应 的饱和水蒸气压力的饱和水蒸气压力 （被测空气的水蒸汽分压力（被测空气的水蒸汽分压力P Pn n）P Pb b饱和水蒸汽压力饱和水蒸汽压力,PaPa2.测定方法测定方法 露点温度露点温度被测空气冷却到水蒸气达到饱和状态并被测空气冷却到水蒸气达到饱和状态并开开 始凝结出水分的对应温度。始凝结
6、出水分的对应温度。方法：将一物体表面冷却方法：将一物体表面冷却与该表面相邻近的空气层与该表面相邻近的空气层中的水蒸气开始在表面上凝集成水分为止。中的水蒸气开始在表面上凝集成水分为止。3.测量露点的仪表测量露点的仪表1）露点湿度计）露点湿度计 a.组成：组成：干球温度计干球温度计 露点温度计露点温度计 镀镍铜盒镀镍铜盒 橡皮鼓气球橡皮鼓气球 b.测量方法测量方法乙醚乙醚 黄铜盒黄铜盒空气空气 黄铜盒黄铜盒 排出排出 乙醚蒸发时吸收热量乙醚蒸发时吸收热量温度温度空气中水蒸气开始在空气中水蒸气开始在镀镍黄铜盒外表面凝结时镀镍黄铜盒外表面凝结时盒中温度盒中温度露点温度露点温度 4.3 氯化锂电阻湿度传
7、感器氯化锂电阻湿度传感器一、氯化锂电阻式湿度计的原理一、氯化锂电阻式湿度计的原理 1.氯化锂（氯化锂（LiCLLiCL）：大气中不分解，不挥发，也不变：大气中不分解，不挥发，也不变 质质,具有稳定的离子型无机盐类。具有稳定的离子型无机盐类。特点特点：吸湿量：吸湿量空气相对湿度空气相对湿度 P P水蒸汽水蒸汽（空气中）（空气中）PP水蒸汽水蒸汽（LiCLLiCL液）液）LiCLLiCL吸收水蒸汽吸收水蒸汽导电离子数导电离子数R R P P水蒸汽水蒸汽（空气中）（空气中）PP水蒸汽水蒸汽（LiCLLiCL液）液）LiCLLiCL放出水放出水汽汽导电离子数导电离子数 R R 二、二、LiCLLiCL
8、电阻湿度传感器电阻湿度传感器1.分分 梳状梳状金箔梳状电极镀在绝缘板上金箔梳状电极镀在绝缘板上 柱状柱状两根平行的铂丝电极绕制两根平行的铂丝电极绕制绝缘柱上绝缘柱上 LiCL溶液均匀附在绝缘板（或绝缘柱）表面。溶液均匀附在绝缘板（或绝缘柱）表面。2.LiCl的感湿范围与其浓度的关系的感湿范围与其浓度的关系 某一浓度某一浓度在某一感湿范围内有效在某一感湿范围内有效 浓度浓度R R0 0，浓度浓度R R exp:3.测量宽范围时测量宽范围时不同浓度元件组合一起不同浓度元件组合一起 固定电阻固定电阻 LiCL电阻：电阻：三、变送器三、变送器 原理：原理：使用交流电桥，不允许直流电源使用交流电桥，不允
9、许直流电源防止氯化锂溶液发防止氯化锂溶液发生电解生电解 R Rt t温度补偿措施，消除氯化锂电阻受环境温度的影温度补偿措施，消除氯化锂电阻受环境温度的影响。响。4.4 高分子湿度传感器高分子湿度传感器一、高分子电容式湿度传感器一、高分子电容式湿度传感器1.结构结构 电极（高分子薄膜上）电极（高分子薄膜上）薄的金属微孔蒸发膜薄的金属微孔蒸发膜水分子水分子电极上高分子薄膜电极上高分子薄膜 吸收吸收 高分子薄膜的介高分子薄膜的介 释放释放 电系数电系数s s电极面积电极面积d d高分子薄膜的厚度高分子薄膜的厚度2.电容电容C C与湿度的关系：与湿度的关系：线性线性3.应用电路：应用电路：组成：湿度传
10、感器，时基电路组成：湿度传感器，时基电路ICIC1 1，ICIC2 2 ICIC1 1 多谐振荡器多谐振荡器触发脉冲触发脉冲 ICIC2 2传传感器感器可调宽脉冲发生器可调宽脉冲发生器 滤波滤波直流信号直流信号二、高分子电阻式湿度传感器二、高分子电阻式湿度传感器一种新型湿度传感一种新型湿度传感器器 1.特点特点：灵敏度灵敏度，线性度，线性度，响应时间快。成本低，响应时间快。成本低，使使 用方便。用方便。2.原理原理：感湿膜感湿膜高分子固体电解质材料高分子固体电解质材料 湿度湿度膜中可动离子的电离作用膜中可动离子的电离作用 可动离子的浓度可动离子的浓度 电极间的电阻值电极间的电阻值 3.电阻与相
11、对湿度的关系电阻与相对湿度的关系：二、校正装置 封闭的长方体金属箱子上、下两部分 上：标定室，小室 下：盐溶液 稳定时,P空气中水蒸气分压力P盐溶液饱和蒸气压 湿度被定义为气体中水蒸气的含量，是一个重要湿度被定义为气体中水蒸气的含量，是一个重要的环境参数。大气中的水蒸气影响着自然界的物理、的环境参数。大气中的水蒸气影响着自然界的物理、化学和生物过程。湿度影响气体的热电、光和传递方化学和生物过程。湿度影响气体的热电、光和传递方面的特性。环境湿度还影响固体和液体材料中的水分面的特性。环境湿度还影响固体和液体材料中的水分含量含量，引起材，引起材 料的尺寸变化料的尺寸变化，金属材料的腐蚀，甚，金属材料
12、的腐蚀，甚至决定生物体的存亡湿度的测量范围可以跨越至决定生物体的存亡湿度的测量范围可以跨越 109的的数量级。从极高纯气体仅含几个数量级。从极高纯气体仅含几个ppb的水蒸气浓度，的水蒸气浓度，到大气压下的纯饱和水蒸气。湿度测量和控制广泛应到大气压下的纯饱和水蒸气。湿度测量和控制广泛应用于航空航天、微电子、原子能、石油化工电力用于航空航天、微电子、原子能、石油化工电力、气、气象、仓储等领域。象、仓储等领域。湿度测量的新进展及发展趋势湿度测量的新进展及发展趋势中国计量科学研究院 易洪一前言一前言 鉴于湿度测量的重要性鉴于湿度测量的重要性，各，各 国都在不断更新改造国都在不断更新改造其湿度标准。其湿
13、度标准。湿度测量已成为国际标准化组织湿度测量已成为国际标准化组织 和国和国际有关技术委员会关注的焦点际有关技术委员会关注的焦点。在。在ISO9000质量体质量体系认证系认证、ISO17025实验实验 室认室认 可可 中有湿度测量方中有湿度测量方面的要求，一个良好、确定面的要求，一个良好、确定 的环境质量可减少的环境质量可减少 由此由此引发引发 的技术争端的技术争端，保证产，保证产 品质量品质量，也促进，也促进 了湿度了湿度传感器技术市场和校准检测实验室传感器技术市场和校准检测实验室 的发展的发展。二、湿度计的研究进展二、湿度计的研究进展 测量气体湿度的基本量是测量气体湿度的基本量是混合比混合比
14、，即水蒸气质量和干气，即水蒸气质量和干气质量之比质量之比，用，用重量法重量法 湿度计得湿度计得 以实现以实现。在重量法湿度。在重量法湿度计中，气流中的水蒸气和载气被分离计中，气流中的水蒸气和载气被分离，并且被分别收集，并且被分别收集和称量和称量(或间接测量干气的体积和密度或间接测量干气的体积和密度)。英国。英国NPL的重量的重量的定义设计制成的。由于制作原理可靠的定义设计制成的。由于制作原理可靠，技术成熟，技术成熟，该仪器被作为湿度传递标准，该仪器被作为湿度传递标准，广泛应用于国家广泛应用于国家 湿度湿度 标标 准实准实 验验 室室。2大气压离子质谱仪大气压离子质谱仪通过过测量分子离子的质荷通
15、过过测量分子离子的质荷 比丰度来比丰度来 检测水蒸气浓检测水蒸气浓度的。大气压离子质谱法灵敏度高度的。大气压离子质谱法灵敏度高，对于，对于ppb量级量级的湿度测量的湿度测量，该方法可能是最好的分析，该方法可能是最好的分析 方法方法。既可。既可以测量水蒸气也能够测以测量水蒸气也能够测 量其他组分。其缺点是成本量其他组分。其缺点是成本高，操高，操 作复杂。作复杂。3光腔衰荡光谱光腔衰荡光谱在光腔衰荡光谱在光腔衰荡光谱CRDSCRDS中，光强在空腔内的指数衰减和物中，光强在空腔内的指数衰减和物种吸收的衰荡时间有关种吸收的衰荡时间有关 。而衰荡时间与物种吸收截面。而衰荡时间与物种吸收截面 、分子密度、
16、分子密度 (浓度浓度 )、空腔尺寸、空腔尺寸 、吸收波长、吸收波长 。以及镜。以及镜 面反射性有关。因此，通过测量衰荡时间即可测量分子面反射性有关。因此，通过测量衰荡时间即可测量分子密度。光腔衰荡光谱测量密度。光腔衰荡光谱测量ppbppb量级的水蒸气浓度是一个新量级的水蒸气浓度是一个新方法。方法。4高分子高分子 电容式露点仪电容式露点仪 高分子湿度电容最早用于相对湿度的测量，它的示值高分子湿度电容最早用于相对湿度的测量，它的示值误差一般是误差一般是2RH3RH。把。把 它用它用 于露点测量不于露点测量不是不可以。只是按是不可以。只是按 以上以上 相对湿度测量准确度计算相对湿度测量准确度计算。若要测量若要测量3RH以下的相对湿度以下的相对湿度。露点误。露点误 差就会差就会 很很大大