《热工测量与节能控制》课件-项目三 湿度测量

第三章湿度测量第一节

干湿球湿度计•

在通风与空气调节工程中，空气的湿度与温度是两个相关的热工参数，它们具有同样重要的意义。•

例如，在工业空调中，空气湿度的高低决定着电子工业中产品的成品率，纺织工业中纤维强度以及印刷工业中的印刷质量等。在舒适性空调中，空气的湿度高低会影响人体的舒适感。为此，就必须对湿度进行测量，有时还需通过自动调节装置对空气中的湿度进行有效的控制。第一节

干湿球湿度计一、湿度的基本概念湿度是表示空气中水蒸汽含量多少的尺度。常用表示空气湿度的方法有：绝对湿度、相对湿度、含湿量三种。1、

绝对湿度每立方米湿空气在标准状态下所含有的水蒸汽的质量，用符号ρV表示，单位为g/m3，可由理想气体状态方程计算而得：Pqρv

=

2.169×273.15

t+第一节

干湿球湿度计2．相对湿度是指在某温度下空气的绝对湿度与同温度下空气的饱和绝对湿度的比值。它等于湿空气中水蒸气分压力与同温度下的饱和水蒸气压力之比。ρρPφ

=

×100%

=q×100%vPbb空气的相对湿度是干球温度t，湿球温度ts，风速V和大气压力B的函数

。第一节

干湿球湿度计3．含湿量含湿量指1kg干空气所挟带的水蒸汽的质量，其数学表达式为：m=

1000×sdma第一节

干湿球湿度计二、普通干湿球湿度传感器及其测湿原理当液体挥发时，它需要吸收一部分热量，若没有外界热源供给，这些热量就从周围介质中吸取，于是周围介质的温度降低。液体挥发越快，则周围介质温度降低得越多。对水来说，挥发的速度与环境空气中的水蒸气含量有关，水蒸气含量越大，则水分挥发速度越慢。第一节

干湿球湿度计当环境空气中的水蒸气达到饱和状态时，水分就不再挥发。显然，当不饱和的空气流经一定量的水的表面时水就要汽化。当水分从水面汽化时，就使水的温度降低，此时，空气以对流方式把热量传到水中，当空气传到水中的热量恰好等于湿纱布水分蒸发时所需要的热量时，两者达到平衡状态，湿纱布上的水的温度就稳定在某一数值上，这个温度就称为湿球温度。第一节

干湿球湿度计当空气的相对湿度φ<100％时被测气体处于未饱和状态，即有饱和差，饱和差大，湿球表面水分蒸发就快，而蒸发所需要热量也多，湿球水温下降的也多，即湿球温度低，因而干湿球温度差就大。反之，若所测空气的相对湿度较大，湿球温度数值就稍高，干、湿球温度差就小。当空气的相对温度为φ＝100％时，水分不再蒸发，干球与湿球的温度数值相同。因此，根据干球温度和湿球温度或两者温差就可以确定被测空气的相对湿度大小。第一节

干湿球湿度计当大气压力和风速不变时，测得干湿球温度值，利用被测空气对应干湿球温度下的饱和水蒸气压力和干球温度下的水蒸气分压力之差，与干湿球温度之差之间存在的数量关系，确定空气湿度。其数量关系为：P

−P

=

AB(T

−T

)bSqSP

−

AB(T

−T

)φ

=×100%bSSPb第一节

干湿球湿度计在测得干湿球温度后，利用干球温度计和湿球温度计读数的差值，以及干球温度计读数，按上式公式计算相对温度，也可利用h—d图或表3—1查得，必须注意，表3—1所列数值，只适用于风速为2.5m/s与大气压力为101325Pa（760mmHg）时才比较正确，否则按下式修正。B′B′φ

=

×φ第一节

干湿球湿度计相对湿度测量实训•

1.分组：2人一组•

2.每组领取1个干湿球温度计•

3.温度读数•

4.h-d图的应用（1）在焓湿图上定出你所读的温度状态点.（2）找出其所有的状态参数（干球温度、湿球温度、露点温度、焓值、相对湿度、含湿量、水蒸气分压力）（3）画出简单的h-d图（空气状态点、湿球温度、露点温度是如何找出的）（4）通过公式计算焓值（5）将干湿球温度计上介绍的方法查出相对湿度值，与用h-d图找出的相对湿度值进行比较，计算误差百分数。第一节

干湿球湿度计三、电动干湿球湿度计（一）电动干湿球湿度传感器它由两支相同的微型套管式热电阻、微型轴流风机和塑料水杯等组成。一支热电阻上包有潮湿纱布作为湿球温度计，另一支热电阻为干球温度计，两者都垂直安装在湿度传感器的中间，并正对侧面的空气入口。传感器顶部有一个微型轴流通风机，以便在热电阻周围造成恒定风速的气流。此恒定气流速度一般为2.5m／s以上。因为干湿球湿度计在测定相对湿度时，受周围空气流动速度影响，风速在2.5m／s以上时影响较小。第一节

干湿球湿度计（二）电动干湿球湿度计电路原理1.干球温度测量桥路；2.补偿可变电阻3.检流计；4.湿球温度测量桥路；图3-3电动干湿球湿度计原理图第一节

干湿球湿度计左边电桥输出电位差VCE为干球温度T的函数：=V

f

(T)CECE右边电桥输出VAB为湿球温度Ts的函数即：V

=

f

(T

)ABABS左右电桥联结成回路，若V

≠V

，则内阻RG的检流计ABCE有电流Ⅰ流过，通过调节电阻R，可调节VDE值之大小，使输出V

=V

，于是检流计RG中DEABV

=

V

=

I

×

R无电流，此时

：ABDECEDEV

=

I

×

RCECECE第一节

干湿球湿度计根据上述原理就可以制成自动干湿球湿计。图3-4

自动干湿球湿度计框图第二节

氯化锂电阻式湿度计一、吸湿法吸湿法测量湿度的基本原理，是利用某些无机或有机材料，具有使其本身含湿量与周围接触空气的含湿量一致的能力来测量湿度。具有上述特性的材料，随着湿度变化，根据材料含湿量与周围空气含湿量的差别，它们可以从空气中吸收水分或本身挥发掉过量的水分，即它们的含湿量将随空气含湿量变化而变化。材料的含湿量改变时，其某些物理性质（如电气性能）或几何形状及尺寸将随之发生变化。根据这些物理参数与湿度的关系，即可确定被测空气湿度的数值。基于上述原理设计的湿度传感器，与其他湿度传感器相比，具有较好的静态和动态特性，常见的有氯化锂（LiCl）湿度传感器等。第二节

氯化锂电阻式湿度计二、氯化锂电阻湿度计某些金属盐（如氯化锂LiCl）在空气中具有强烈的吸湿特性，其吸湿量又与空气的相对湿度成一定的函数关系。氯化锂在大气中不断分解、不挥发、也不变质，是一种具有稳定离子型结构无机盐，它的饱和蒸气压力很低，为同温度时水的饱和蒸汽压力的1/10，在空气湿度低于12%时，氯化锂呈固相，电阻率很高，相当于绝缘体，空气的相对湿度高于12%时，放置在空气中的固相氯化锂就吸收空气中的水份而潮解，随着空气相对湿度的增加，氯化锂的吸湿量也随之增加，氯化锂的导电性能，即电阻率的大小又随其吸湿量的多少而增减，吸收水分愈多，电阻率愈小，氯化锂电阻湿度计就是利用氯化锂吸湿后电阻率变化的特性制成的。第二节

氯化锂电阻式湿度计氯化锂电阻湿度计的感湿测头如图3—5所示，它是将梳状的金属箔制在绝缘板上或用两根平行的铂丝成铱丝绕在绝缘板表面上，外面再涂上氯化锂溶液，形成氯化锂薄膜层而制成。将此回路当作一桥臂接入交流电桥，电桥不平衡输出电位差，与空气湿度变化相适应，进行标定后，只需测出电桥对角上的电位差即可确定空气的相对湿度。第二节

氯化锂电阻式湿度计氯化锂电阻式湿度计优点是：结构简单，体积小，反应速度快，灵敏度高（可测RH±0.14%的变化），故高精度的湿度调节系统常采用氯化锂电阻湿度计及调节器。

。其缺点是：每种测头的量程较窄，互换性差，易老化，耐热性差，不能用于露点湿度下，一般相对湿度在10—95%测量范围内，需要制成几种不同氯化锂浓度涂层的测头。有的厂家将相对湿度从5～95%分成四组测头：5～38%；15～50%；35～75%；55～95%。第二节

氯化锂电阻式湿度计其电阻值不仅与湿度有关，而且还与温度有关，因此氯化锂电阻湿度计往往带有温度补偿电路。为避免氯化锂电阻测湿传感器的氯化锂溶液发生电解，电极两端接交流电。为防止氯化锂溶液蒸发，最高安全工作温度为55℃。为保证测量精度，需定期更换。第三节

氯化锂露点式湿度计一、氯化锂露点湿度传感器测湿原理氯化锂具有强烈的吸收水分的特性，将它配成饱和溶液后，它在每一温度时都有相对应的饱和蒸汽压力。当它与空气相接触时，如果空气中的水蒸气分压力大于该温度下氯化锂饱和溶液的饱和蒸汽压力，则氯化锂饱和溶液便吸收空气中的水分；反之，如果空气中的水蒸气分压力低于氯化锂溶液的饱和蒸汽压力，则氯化锂溶液就向空气中释放出其溶液中的水分。第三节

氯化锂露点式湿度计氯化锂溶液的饱和蒸汽压力只相当于同一温度下水的饱和蒸汽压力的12％左右，也就是说氯化锂溶液在相对湿度为12％以下的空气中是固相，在12％以上的空气中会吸收空气中的水分潮解成溶液，只有当它的蒸汽压力等于空气中的水蒸气分压力时，才处于平衡状态。从图中还可以看出氯化锂溶液的饱和蒸汽压力与温度有关，随温度的上升而增大。第三节

氯化锂露点式湿度计某种空气状态的水蒸气分压为P、温度为T，由A点向左和P连线与纯水的饱和蒸汽压曲线①交于B点，由B点向下引垂线交横坐标得某一温度值为T

，显然T

即为11空气的露点温度。再将PA延长与氯化锂溶液的饱和蒸汽压力曲线相交于C，由C点向下引垂线交于横坐标得TC值，这就是氯化锂溶液的平衡温度，此时它的饱和蒸汽压力也等于P。第三节

氯化锂露点式湿度计如果将氯化锂溶液放在上述空气中，设法把氯化锂溶液的温度加热到T

，使氯C化锂溶液的饱和蒸汽压力等于A点空气的水蒸气分压力P。那么，测出TC的温度值，根据水和氯化锂液饱和蒸汽压力曲线的关系也就得知空气的露点温度T

。T

与T

的关1C1系为：T

=HT

+G1C第三节

氯化锂露点式湿度计测出T和T1便可确定空气的相对湿度。空气中的水蒸气分压力和饱和水蒸气压力可近似表示为B−BT−P

Ae=T=P

Aelqb1

1−

)C−B(−1

−1−B(T

−T

)+φ

=

=

HT

G

Te

elB---实测点的大气压力（Pa）第三节

氯化锂露点式湿度计二、氯化锂露点湿度测量传感器氯化锂露点湿度测量传感器的构造如图3-7所示图3-7

氯化锂露点湿度测量传感器1-变压器；2-接测量电路；3-热电阻；4-外壳；5-被测气体；6-加热丝；7-氯化锂溶液第三节

氯化锂露点式湿度计三、氯化锂露点湿度变送器根据上述原理，将测量空气的相对湿度问题，转化为测定空气温度及测头的温度问题。再利用电子线路将测头与空气温度的电阻信号综合为相对湿度信号，从而解决了非电量参数的转换，制成氯化锂露点湿度计，其结构方框图如图3—8。第四节

其它湿度计一、毛发、尼龙丝湿度计毛发或尼龙湿度计是利用毛发（经脱脂等处理）或尼龙丝（或薄膜）在不同湿度空气环境中的伸缩率不同，亦即长度随湿度变化的机械敏感性而制成的。图3－９

毛发湿计度1－毛发；2—重锤；3－凸轮；4－指针（与重钎同轴旋转）；5－刻度盘第四节

其它湿度计毛发、尼龙丝湿度敏感元件的反应速度慢，相对湿度与输出位移量间变化不成线性关系，使用的时间长久之后，易塑性变形和老化，但这种敏感因具有构造简单，工作可靠，价廉和不需要经常维护等优点，虽然精度不高（一般为±15%），但能满足舒适性空调等一般要求。第四节

其它湿度计二、光电式露点湿度计光电式露点湿度计是使用光电原理直接测量气体露点温度的一种电测法湿度计，它的测量准确度高，可靠、适用范围大，尤其是对低温、低湿状态更宜使用。图3-10光电式露点湿度计1－露点温度指示器；2-光电桥路；3-反射光敏电阻；4-散射光敏电阻；5-光源；6-放大器；7-可调直流电源；8-半导体热电制冷器；9铂电阻-；10-露点镜；11-被测气体流向第四节

其它湿度计三、电容式湿度传感器高分子薄膜电容式湿敏元件是以亲水性的高分子聚合物作介质膜，当高分子介质吸湿后，改变了聚合物的介电常数，使元件的电容发生变化，通过测量电容量的变化，即可得出空气的相对湿度。第四节

其它湿度计图3-11高分子介质电容式湿敏元件的结构（a）结构；

（b）特性1－上部电极；2－下部电极；3－高分子薄膜；4－玻璃基板第四节

其它湿度计四、热敏电阻湿度传感器原理