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、湿球湿度计、其湿度测量仪表的分类。干、湿球湿度计、露点湿度计、氯化锂电阻湿度传感器、金露点湿度计、氯化锂电阻湿度传感器、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、饱和盐溶液校正装置。各类湿度传感器、饱和盐溶液校正装置。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，仪业的意义，各类
2、测湿仪表的测湿原理，仪表的结构，湿度计的设计和选型。表的结构，湿度计的设计和选型。 湿度的湿度的测量方法测量方法主要章节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。wnnnnnPTPTRPV15.273169. 210004611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：每）绝对
3、湿度：每m3湿空气在标况下（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。大气压）所含湿空气的重量，即水蒸气密度。单位为单位为g/m3。TRVPnnn由气体状态方程：由气体状态方程：2）相对湿度：空气中水蒸气分压力）相对湿度：空气中水蒸气分压力Pn与同与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。%100bnPPBAPPswsbn)(.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。),(Bvfsw应用理想气体
4、状态方程应用理想气体状态方程水蒸气：水蒸气：3）含湿量：空气由干空气和湿空气组成，每）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。符干空气所含水蒸气的量，称为含湿量。符号号d，单位，单位g/kg wSmmd1000nnsnnTRmVPwwwwwTRmVP干空气：干空气：因为水蒸气与干空气均匀混合，故因为水蒸气与干空气均匀混合，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。 bbnnwnwnwwwwnnnnwSPBPPBPPPPPVPTRTRVP
5、mmd622622622461287100010001000bbnnwnwnwwwwnnnnwSPBPPBPPPPPVPTRTRVPmmd622622622461287100010001000bbnnwnwnwwwwnnnnwSPBPPBPPPPPVPTRTRVPmmd622622622461287100010001000bbnnwnwnwwwwnnnnwSPBPPBPPPPPVPTRTRVPmmd6226226224612871000100010002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
6、）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 %100bnPPbswsbPBAP)(.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
7、 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， 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
8、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 露点温度：将被测空气冷却，当湿空气露点温度：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。 %100bLPP1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，一只测量干球温计，一只测量干球温度，另一只放入黄铜度，另一只放入黄铜盒内测量露点温度。盒内测量露点温度。
9、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露点温度得到对应的露点温度下的饱和蒸气压力和下的饱和蒸气压力和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：露点温度不易缺点：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l 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。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
10、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 液晶屏液晶屏额定工作电压额定工作电压 220VAC 50Hz 外形尺寸外形尺寸 （W）360 x（D）350 x（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原理：将湿信号原理：将湿信号转换成电信号，转换成电信号，并远传。并远传。l构造：轴流风机、构造：轴流风机、镍电阻、湿球纱镍电阻、湿球纱布、盛水杯
11、、测布、盛水杯、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。)(wCECEtfU)(SABABtfU)()(wCESABCEABRUABCEDEDEtftfRUURUIURCE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。1 氯化锂电阻湿度计氯化锂电阻湿度计属于属于吸湿法
12、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。l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%。l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。l最高使用温度
13、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R1R2R3R4rrrrABRAB=f()7595%5575%3555% 1535%(%)1535 55 7595RAB(K) 8070 52 32.312.35020406080020406080100相对湿度(%RH)电阻(K)2 2）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
14、、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0-10mA0-10mA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 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。l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
15、，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 使用高分子固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。 HPR-MQ-M52R（M52R）是一款环保）是一款环保型的高分子湿度传感器。型的高分子湿度传感器。在空
16、调、加湿器、除湿在空调、加湿器、除湿机等民用家电产品中得机等民用家电产品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。2）金属氧化物膜湿度传感器金属氧化物膜湿度传感器l 原理：原理：将调制好的金将调制好的金属氧化
17、物的糊状物加属氧化物的糊状物加工在陶瓷基片及电极工在陶瓷基片及电极上，采用烧结或烘干上，采用烧结或烘干的方法使之固化成膜。的方法使之固化成膜。这种膜的含湿量随着这种膜的含湿量随着外界空气的含湿量的外界空气的含湿量的变化而变化，含湿量变化而变化，含湿量的变化又引起电阻阻的变化又引起电阻阻值的变化，通过测量值的变化，通过测量电阻之间的阻值即可电阻之间的阻值即可测量相对湿度。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。 4.5 湿度计的校准湿度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
18、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
19、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，
20、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串口时钟输入引脚（串口时钟输入引脚（SCKSCK）：同步微控制器和传）：同步微控制器和传感器之间的通信。感器之间的通信。l数据引脚（数据引脚（DATADATA）：）：DATADATA三态引脚用来向设备输三态引脚用来向设备输入、或输出数据。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。
