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1、第四章第四章 湿度测量湿度测量 授课课时授课课时：2学时学时主要内容主要内容：湿度测量概述。湿度测量方法及：湿度测量概述。湿度测量方法及其湿度测量仪表的分类。干、湿球湿度其湿度测量仪表的分类。干、湿球湿度计、计、露点湿度计、氯化锂电阻湿度传感露点湿度计、氯化锂电阻湿度传感器、金器、金属氧化物陶瓷湿度传感器、金属氧化物膜属氧化物陶瓷湿度传感器、金属氧化物膜湿度传感器、饱和盐溶液校正装湿度传感器、饱和盐溶液校正装置。各类置。各类湿度仪表的特点及使用场所湿度仪表的特点及使用场所重点和难点重点和难点:湿度测量在建筑环境与设备专业湿度测量在建筑环境与设备专业的意义，各类测湿仪表的测湿原理，仪表的意义，各
2、类测湿仪表的测湿原理，仪表的结构，湿度计的设计和选型。的结构，湿度计的设计和选型。 湿度的湿度的测测量方法量方法主要章节4.1湿度测量概述湿度测量概述4.2干湿球温度计干湿球温度计4.3露点温度计露点温度计4.4 电子式温度传感器电子式温度传感器4.5湿度计的校准湿度计的校准4.1湿度测量概述湿度测量概述1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测测空空气气的的水水蒸蒸气气分分压压力力，及及干球温度即可求得绝对湿度。干球温度即可求得绝对湿度。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）所所含含湿
3、湿空空气气的的重重量量，即即水水蒸蒸气气密密度度。单位为单位为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与与同同温度下饱和水蒸气分压力温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）含含湿湿量量：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蒸气气的
4、的量量，称称为为含含湿湿量量。符符号号d，单位，单位g/kg 干空气：干空气：因因为为水水蒸蒸气气与与干干空空气气均均匀匀混混合合，故故Vn=Vw，Tn=Tw，又：又：Rn=461，Rw=287，所以，当大气压力为定值，含湿量是水所以，当大气压力为定值，含湿量是水蒸气分压力的函数。蒸气分压力的函数。 2气体湿度测量方法气体湿度测量方法1）干湿球法）干湿球法简单干湿球湿度计，通风干湿球湿度简单干湿球湿度计，通风干湿球湿度计（阿斯曼）计（阿斯曼）2）露点法）露点法光电式露点湿度计光电式露点湿度计3）吸湿法）吸湿法氯化锂电阻式，氯化锂电阻式，高分子电阻式，高分子电容式高分子电阻式，高分子电容式金属氧
5、化物陶瓷电阻式，金属氧化物金属氧化物陶瓷电阻式，金属氧化物膜电阻式膜电阻式4.2干湿球温度计干湿球温度计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构造构造 同精度温度计两支、脱脂纱布、同精度温度计两支、脱脂纱布、蒸馏水蒸馏水特点特点 无风速控制，无屏蔽辐射无风速控制，无屏蔽辐射水易污染水易污染测量误差较大测量误差较大注意：注意： 湿球温度计安装时，要求温度计的湿球温度计安装时，要求温度计的球部离开水杯上沿至少球部离开水杯上沿至少23cm，
6、 应使湿球温度计周围空气流速保持应使湿球温度计周围空气流速保持在在2.5m/s2.5m/s以上，使以上，使A A为常数。为常数。TwTs2.通风干湿球温度计（阿斯曼）通风干湿球温度计（阿斯曼）构造构造 温度计置于金属套管内温度计置于金属套管内微型风机，微型风机，特点特点 湿球附近风速固定在湿球附近风速固定在2.5m/s金属套管屏蔽辐射金属套管屏蔽辐射蒸馏水随时滴入蒸馏水随时滴入TwTs4.3露点温度计露点温度计露点法湿度测量露点法湿度测量露露点点温温度度：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时所对应的温度。分时所对
7、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蒸气分压力水蒸气分压力Pn。1露点湿度计露点湿度计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。缺缺点点：露露点点温温度度不不易易测准。测准。2光电式露点湿度计光电
8、式露点湿度计l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；高高精精度的光学与热电制冷调节系统；采样气体需洁净。度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 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
9、额定工作电压额定工作电压 220VAC 50Hz 外形尺寸外形尺寸 （W）360x（D）350x（H）135mm重量重量 8.6Kg4.44.4电子式湿度传感器电子式湿度传感器l原原理理：将将湿湿信信号号转转换换成成电电信信号号，并远传。并远传。l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、盛盛水水杯杯、测测量桥路。量桥路。电动干湿球温度计电动干湿球温度计l测量桥路：两个桥路通过电阻测量桥路：两个桥路通过电阻R R连接，构连接，构成双电桥。成双电桥。 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，使使检检流流计为计为0，可得，可得UDE=UAB。根根据据这这一一关关系
10、系计计算算出出RDE和和相相对对湿湿度度的的关关系系，在可调电阻上进行分度，实现相对湿度的测量。在可调电阻上进行分度，实现相对湿度的测量。1 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。1）传感器）传感器l形式：形式：梳状、柱状。梳状、柱状。R感湿膜梳状梳状柱状柱状注意注意：l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，电电极极两两端应接交流电。端应接交流电。l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%-
11、100%，0.2%的的浓浓度度对对应应的的感感湿湿范范围围为为60%-80%。l环环境境温温度度对对输输出出影影响响较较大大，因因此此要要进进行行温度补偿。温度补偿。l最最高高使使用用温温度度5555，当当大大于于5555，氯氯化化锂溶液容易蒸发。锂溶液容易蒸发。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()7595%5575%3555% 1535%(%)1535 55 7595RAB(K)8070 52 32.312.352 2）变送器变送器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
12、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，再再经经电电压压- -电电流流转转换换器器转转换换成标准成标准0-10mA0-10mA的电流信号。的电流信号。2.2.高分子湿度传感器高分子湿度传感器1 1）高分子电容式湿度传感器）高分子电容式湿度传感器 根据电容公式可根据电容公式可知，知，在电容两个极在电容两个极板的板的面积和间距不面积和间距不变的变的情况下，当介情况下，当介电常电常数发生变化时数发生变化时将引将引起电容值的变起电容值的变化。化。l特点特点：迅速吸湿、脱湿，滞后小，响
13、应：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，快，不受气流速度影响，测量范围宽，抗污染能力强，稳定性好。抗污染能力强，稳定性好。2）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相对湿度。对湿度。 HPR-MQ-M52R（M52R
14、）是一款环保）是一款环保型的高分子湿度传感型的高分子湿度传感器。器。在空调、加湿器、在空调、加湿器、除湿除湿机等民用家电产品机等民用家电产品中得中得到了广泛的应用。到了广泛的应用。 3金属氧化物湿度传感器金属氧化物湿度传感器1）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陶瓷陶瓷湿度传湿度传感器。感器。2）金属氧化物膜湿度传感器金
15、属氧化物膜湿度传感器l 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即可可测量相对湿度。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，测测湿范围、工作温度范围宽。湿范围、工作温度范围宽。 4.5 湿度计的校准湿度
16、计的校准饱和盐溶液湿度校正装置：饱和盐溶液湿度校正装置： 1)1)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， 2)2)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
17、标定。应的相对湿度不同实现湿度传感器的标定。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、湿度温度、湿度复合传感器，该传感复合传感器，该传感器是该公司最新推出器是该公司最新推出的数字化产品，直
18、接的数字化产品，直接输出数字信号，通过输出数字信号，通过一根数据线与微处理一根数据线与微处理器相连，因此可简化器相连，因此可简化硬件电路设计。硬件电路设计。 接口电路图接口电路图l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。l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。l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入、或输出数据。输入、或输出数据。思考题：思考题：1.试述干湿球测湿系统的组成及测试原理2简述空气湿度的三种表示方法，以及测量的四种方法（原理、特点）。 课后小结 通过本章学习使同学们掌握湿度测量方法及其湿度测量原理及仪表的分类。干湿球湿度计、露点湿度计、氯化锂电阻湿度传感器，了解金属氧化物陶瓷湿度传感器、金属氧化物膜湿度传感器、饱和盐溶液校正装置。熟悉各类湿度仪表的特点结构及使用场所。
