第四章 湿度测量

1、第四章第四章 湿度测量湿度测量 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 绝对湿度绝对湿度、相对湿度相对湿度、含湿量含湿量。 w nn n n n P T P TR P v 15.273 169. 21000 461 1 所以测得被测空气的水蒸气分压力，及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。干球温度即可求得绝对湿度。 1绝对湿度绝对湿度：每：每m3湿空气在标况下（湿空气在标况下（0， 1大气压）所含水蒸气的重量，即水蒸气密度。大气压）所含水蒸气的重量，即水蒸气密度。 单位为单位为g/m3。 TRvP nnn 由气体状态方程：由气体状态方

2、程： 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Pn与与 同温度下饱和水蒸气分压力同温度下饱和水蒸气分压力Pb的比值。的比值。 %100 b n P P BAPP swsbn )( . 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。 ),(Bvf sw 3含湿量含湿量：空气由干空气和湿空气组成，每：空气由干空气和湿空气组成，每kg干干 空气所含水蒸气的量，称为含湿量。符号空气所含水蒸气的量，称为含湿量。符号d，单，单 位位g

3、/kg b b n n w n w n ww ww nn nn w S PB P PB P P P P P VP TR TR VP m m d 622622622 461 287 100010001000 b b n n w n w n ww ww nn nn w S PB P PB P P P P P VP TR TR VP m m d 622622622 461 287 100010001000 b b n n w n w n ww ww nn nn w S PB P PB P P P P P VP TR TR VP m m d 622622622 461 287 100010001000

4、 b b n n w n w n ww ww nn nn w S PB P PB P P P P P VP TR TR VP m m d 622622622 461 287 100010001000 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。 二二气体湿度测量方法气体湿度测量方法 干湿球法干湿球法 简单干湿球湿度计，简单干湿球湿度计，通风干湿球湿度通风干湿球湿度 计（阿斯曼）计（阿斯曼） 露点法露点法 光电式露点湿度计光电式露点湿度计 吸湿法吸湿法 氯化锂电阻式氯化锂电阻式，加热式氯化锂法，加热式氯化锂法 高分子电阻式，高分子电阻

5、式，高分子电容式高分子电容式 金属氧化物陶瓷电阻式，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 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 %100 b n P P b swsb P BAP)( . 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%。 2 2电动干湿球温度计电动干湿球温度计 将湿信号转换成将湿信号转换成 电信号，有利于电信号，有利于 远传。远传。 构造构造：轴流风机、：轴流风机、 镍电阻、湿球纱镍电阻、湿球纱 布、盛水杯、

6、测布、盛水杯、测 量桥路。量桥路。 测量桥路测量桥路：两个桥路通过电阻：两个桥路通过电阻R R连接，构连接，构 成双电桥。成双电桥。 通过调节可调电阻通过调节可调电阻R的滑动触头，使检流的滑动触头，使检流 计为计为0，可得，可得UDE=UAB。 )( wCECE tfU )( SABAB tfU 根据这一关系计算出根据这一关系计算出RDE和相对湿度的关系，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。在可调电阻上进行分度，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 露点温度露点温度：将被测空气冷却，当湿空气：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

7、水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。分时所对应的温度。 先测定露点温度先测定露点温度tL，根据，根据tL确定该温度下确定该温度下 饱和水蒸气压力饱和水蒸气压力PL。PL即为被测空气的即为被测空气的 水蒸气分压力水蒸气分压力Pn。 %100 b L P P 1露点湿度计露点湿度计 采用两只玻璃棒温度采用两只玻璃棒温度 计，一只测量计，一只测量干球温干球温 度度，另一只放入黄铜，另一只放入黄铜 盒内测量盒内测量露点温度露点温度。 根据测得的露点温度根据测得的露点温度 和干球温度通过查表和干球温度通过查表 得到对应的得到对应的露点温度露点温度 下的饱和蒸气压力下的饱和蒸气压力和和

8、 干球温度下的饱和蒸干球温度下的饱和蒸 气压力气压力。 缺点缺点：露点温度不易：露点温度不易 测准。测准。 2光电式露点湿度计光电式露点湿度计 v影响测量精度的因素影响测量精度的因素：高度光洁的露点镜；高精：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。度的光学与热电制冷调节系统；采样气体需洁净。 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 感湿膜 梳状梳状柱状柱状 注意注意

9、： v为了避免氯化锂溶液发生电解，电极两为了避免氯化锂溶液发生电解，电极两 端应接交流电。端应接交流电。 v量程窄，一般为量程窄，一般为15%20%，例如，例如， 0.05%的浓度对应感湿范围为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，因此要进行环境温度对输出影响较大，因此要进行 温度补偿。温度补偿。 v最高使用温度最高使用温度5555，当大于，当大于5555，氯化，氯化 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 R1R2R3R4 rrrr A B RAB

10、=f() 7595%5575%3555% 1535% (%)1535 55 7595 RAB(K) 8070 52 32.312.35 0 20 40 60 80 020406080100 相对湿度(%RH) 电阻(K) 二二变送器变送器 将氯化锂湿度测头接入将氯化锂湿度测头接入交流电桥交流电桥，此电桥将传，此电桥将传 感器的电阻信号转变为交流电压信号。此电压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，再经电压关系的直流电压，再经电压- -电流转换器转换电流转换器转换 成标准成标准0-10mA0-1

11、0mA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 一一高分子电容式湿度传感器高分子电容式湿度传感器 dSC/ 根据电容公式可知，根据电容公式可知， 在电容两个极板的在电容两个极板的 面积和间距不变的面积和间距不变的 情况下，当介电常情况下，当介电常 数发生变化时将引数发生变化时将引 起电容值的变化。起电容值的变化。 特点特点：迅速吸湿、脱湿，滞后小，响应：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。 二二高分子电阻式湿度传感器高分子电阻式湿度传感器 使用高分子固

12、体电解使用高分子固体电解 质材料制作感湿膜，质材料制作感湿膜， 当相对湿度大时，膜当相对湿度大时，膜 中的可移动离子浓度中的可移动离子浓度 增大，电阻减少，当增大，电阻减少，当 相对湿度降低时，膜相对湿度降低时，膜 中的可运动离子浓度中的可运动离子浓度 减少，电阻阻值增大。减少，电阻阻值增大。 这样可通过电极间的这样可通过电极间的 电阻值的变化测量相电阻值的变化测量相 对湿度。对湿度。 第五节第五节 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 由金属氧化物多孔性陶瓷烧结而成。烧结体上有微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

13、敏层吸附或释放水分子，造成其电阻值孔，可使湿敏层吸附或释放水分子，造成其电阻值 的改变的改变。 主要有主要有 MgCr2O4-TiO2 陶瓷湿度传感陶瓷湿度传感 器、器、NiO陶瓷陶瓷 湿度传感器。湿度传感器。 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 原理：原理：将调制好的将调制好的 金属氧化物的糊状物金属氧化物的糊状物 加工在陶瓷基片及电加工在陶瓷基片及电 极上，采用烧结或烘极上，采用烧结或烘 干的方法使之固化成干的方法使之固化成 膜。这种膜的含湿量膜。这种膜的含湿量 随着外界空气的含湿随着外界空气的含湿 量的变化而变化，含量的变化而变化，含 湿量的变化又引起电湿量的变化又引起

14、电 阻阻值的变化，通过阻阻值的变化，通过 测量电阻之间的阻值测量电阻之间的阻值 即可测量相对湿度。即可测量相对湿度。 特点：特点：传感器电阻的对数传感器电阻的对数 值与湿度成线性关系，测值与湿度成线性关系，测 湿范围、工作温度范围宽。湿范围、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实现不同范围内维持恒定的相对湿 度空间，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， 水的饱和蒸气压是温度的函数，温度愈高，饱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。和蒸气压也愈高。 当向水中加入盐类，溶

15、液中的水分蒸发受到限当向水中加入盐类，溶液中的水分蒸发受到限 制，使其饱和蒸气压降低，降低的程度与盐类制，使其饱和蒸气压降低，降低的程度与盐类 的种类有关。的种类有关。 根据不同的盐类对应的饱和蒸气压不同，即对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。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