第四章   湿度测量
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第四章 湿度测量. 主要授课内容 湿度的表示方法 湿度的测量方法 干湿球法 简单干湿球湿度计, 通风干湿球湿度计(阿斯曼) 露点法 光电式露点湿度计 吸湿法 氯化锂电阻式 高分子电阻式, 高分子电容式 金属氧化物陶瓷电阻式,金属氧化物膜电阻式. 由气体状态方程:. 第一节 湿度测量概述. 一. 湿度的表示方法 绝对湿度、相对湿度、含湿量。. 1 . 绝对湿度 :每 m 3 湿空气在标况下( 0℃ , 1 大气压)所含湿空气的重量,即水蒸气密度。单位为 g/m 3 。. 所以测得被测空气的水蒸气分压力,及干球温度即可求得绝对湿度。.

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第四章 湿度测量

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第四章 湿度测量

主要授课内容

  • 湿度的表示方法

  • 湿度的测量方法

  • 干湿球法

    简单干湿球湿度计,通风干湿球湿度计(阿斯曼)

  • 露点法 光电式露点湿度计

  • 吸湿法

    • 氯化锂电阻式

    • 高分子电阻式,高分子电容式

    • 金属氧化物陶瓷电阻式,金属氧化物膜电阻式


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由气体状态方程:

第一节 湿度测量概述

一.湿度的表示方法

绝对湿度、相对湿度、含湿量。

1.绝对湿度:每m3湿空气在标况下(0℃,1大气压)所含湿空气的重量,即水蒸气密度。单位为g/m3。

所以测得被测空气的水蒸气分压力,及干球温度即可求得绝对湿度。


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2.相对湿度:空气中水蒸气分压力Pn与同温度下饱和水蒸气分压力Pb的比值。

Pb.s—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;

B—大气压力;

A—与风速有关的系数。


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干空气:

3.含湿量:

空气由干空气和湿空气组成,每kg干空气所含水蒸气的量,称为含湿量。符号d,单位g/kg

应用理想气体状态方程

水蒸气:

因为水蒸气与干空气均匀混合,故Vn=Vw,Tn=Tw,

又:Rn=461,Rw=287,


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3.含湿量:

  • 所以,当大气压力为定值,含湿量是水蒸气分压力的函数。


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二.气体湿度测量方法

  • 干湿球法

    • 简单干湿球湿度计,通风干湿球湿度计(阿斯曼)

  • 露点法

    • 光电式露点湿度计

  • 吸湿法

    • 氯化锂电阻式,

    • 高分子电阻式,高分子电容式

    • 金属氧化物陶瓷电阻式,金属氧化物膜电阻式


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第二节 干湿球与露点法湿度检测

一.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。

  • 适用范围:大于0℃,测量误差1~2%。


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Tw

Ts

1.普通干湿球温度计

  • 构造 同精度温度计两支、脱脂纱布、蒸馏水

  • 特点

    • 无风速控制,无屏蔽辐射

    • 水易污染

    • 测量误差较大

  • 注意:

    ①湿球温度计安装时,要求温度计的球部离开水杯上沿至少2~3cm,

    ②应使湿球温度计周围空气流速保持在2.5m/s以上,使A为常数。


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Tw

Ts

通风干湿球温度计(阿斯曼)

  • 构造

    • 温度计置于金属套管内

    • 微型风机,

  • 特点

    • 湿球附近风速固定在2.5m/s

    • 金属套管屏蔽辐射

    • 蒸馏水随时滴入


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2.电动干湿球温度计

  • 将湿信号转换成电信号,有利于远传。

  • 构造:轴流风机、镍电阻、湿球纱布、盛水杯、测量桥路。


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2.电动干湿球温度计

  • 测量桥路:两个桥路通过电阻R连接,构成双电桥。


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通过调节可调电阻R的滑动触头,使检流计为0,可得UDE=UAB。

  • 根据这一关系计算出RDE和相对湿度的关系,在可调电阻上进行分度,实现相对湿度的测量。


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二.露点法湿度测量

  • 露点温度:将被测空气冷却,当湿空气冷却到水蒸气达到饱和并开始凝结出水分时所对应的温度。

    先测定露点温度tL,根据tL确定该温度下饱和水蒸气压力PL。PL即为被测空气的水蒸气分压力Pn。


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1.露点湿度计

  • 采用两只玻璃棒温度计,一只测量干球温度,另一只放入黄铜盒内测量露点温度。根据测得的露点温度和干球温度通过查表得到对应的露点温度下的饱和蒸气压力和干球温度下的饱和蒸气压力。

  • 缺点:露点温度不易测准。


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2.光电式露点湿度计

  • 影响测量精度的因素:高度光洁的露点镜;高精度的光学与热电制冷调节系统;采样气体需洁净。


Hnp 50

HNP-50型冷镜式露点仪

技术指标

露点温度测量范围:- 65 ~ 20 ℃

最大致冷温差 : Δ 105 ℃

露点温度测试准确度 DEW < ±0.3 PPM/V ( 换算精度0.1% ) RH( 换算精度 0.1% )

显示灵敏度: ± 0.1 ℃

样气压力: 0.1 MPa/cm2

样气流量 : 0.4 -1.0L∕min

显示器: 16 x 2 液晶屏

额定工作电压: 220VAC 50Hz

外形尺寸(W)360x(D)350x(H)135mm

重量: 8.6Kg


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感湿膜

R

梳状

柱状

第三节 氯化锂电阻湿度计

属于吸湿法测量,

根据氯化锂的吸湿特性和氯化锂吸湿后电阻变化特性。

一.传感器

形式:

梳状、柱状。


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注意:

  • 为了避免氯化锂溶液发生电解,电极两端应接交流电。

  • 量程窄,一般为15%~20%,例如,0.05%的浓度对应感湿范围为80%-100%,0.2%的浓度对应的感湿范围为60%-80%。

  • 环境温度对输出影响较大,因此要进行温度补偿。

  • 最高使用温度55℃,当大于55℃,氯化锂溶液容易蒸发。


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r

r

r

r

A

RAB=f()

R4

R3

R2

R1

B

75~95%

55~75%

35~55%

15~35%

扩大氯化锂湿度计的测量范围


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扩大氯化锂湿度计的测量范围


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二.变送器

  • 将氯化锂湿度测头接入交流电桥,此电桥将传感器的电阻信号转变为交流电压信号。此电压经放大、检波整流变成与相对湿度成一定函数关系的直流电压,再经电压-电流转换器转换成标准0-10mA的电流信号。


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第四节 高分子湿度传感器

一.高分子电容式湿度传感器

根据电容公式可知,在电容两个极板的面积和间距不变的情况下,当介电常数发生变化时将引起电容值的变化。


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一.高分子电容式湿度传感器

  • 特点: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,稳定性好。


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一.高分子电容式湿度传感器


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二.高分子电阻式湿度传感器

使用高分子固体电解质材料制作感湿膜,当相对湿度大时,膜中的可移动离子浓度增大,电阻减少,当相对湿度降低时,膜中的可运动离子浓度减少,电阻阻值增大。这样可通过电极间的电阻值的变化测量相对湿度。


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二.高分子电阻式湿度传感器


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HPR-MQ-M52R

(M52R)是一款环保型的高分子湿度传感器。在空调、加湿器、除湿机等民用家电产品中得到了广泛的应用。


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第五节 金属氧化物湿度传感器

一.金属氧化物陶瓷湿度传感器

由金属氧化物多孔性陶瓷烧结而成。烧结体上有微孔,可使湿敏层吸附或释放水分子,造成其电阻值的改变。

主要有:MgCr2O4-TiO2陶瓷湿度传感器、NiO陶瓷湿度传感器。


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二.金属氧化物膜湿度传感器

  • 原理:将调制好的金属氧化物的糊状物加工在陶瓷基片及电极上,采用烧结或烘干的方法使之固化成膜。这种膜的含湿量随着外界空气的含湿量的变化而变化,含湿量的变化又引起电阻阻值的变化,通过测量电阻之间的阻值即可测量相对湿度。

特点:传感器电阻的对数值与湿度成线性关系,测湿范围、工作温度范围宽。


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第七节 饱和盐溶液湿度校正装置

关键:①实现不同范围内维持恒定的相对湿度空间,

②可作基准的高精度标定仪器,

  • 水的饱和蒸气压是温度的函数,温度愈高,饱和蒸气压也愈高。

  • 当向水中加入盐类,溶液中的水分蒸发受到限制,使其饱和蒸气压降低,降低的程度与盐类的种类有关。

  • 根据不同的盐类对应的饱和蒸气压不同,即对应的相对湿度不同实现湿度传感器的标定。


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第七节 饱和盐溶液湿度校正装置


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常见测湿度的方法比较


Sht71

SHT71温度、湿度复合传感器

选用SENSIRION公司的SHT71温度、湿度复合传感器,该传感器是该公司最新推出的数字化产品,直接输出数字信号,通过一根数据线与微处理器相连,因此可简化硬件电路设计。


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接口电路图

SHT71温度、湿度复合传感器

  • 电源引脚:供应电压在2.4~5.5V之间。

  • 串口时钟输入引脚(SCK):同步微控制器和传感器之间的通信。

  • 数据引脚(DATA):DATA三态引脚用来向设备输入、或输出数据。


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