天氣預報2008_濕度測量及其儀表

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所屬分類:空氣濕度

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第四章 濕度測量 在通風與空調工程中,空氣的濕度與 溫度是兩個相關的熱工參數,它們具有同 樣的重要意義。 濕度控制有 何應用呢? 在紡織行業的應用: 對紡織纖維性能的 影響 ? 在相對濕度增大時,由于纖維吸濕后的分子間距離 增大,故纖維的硬度和脆性隨之降低,使纖維的柔 軟性大為改善。 ? 機械表面與纖維間的摩擦或纖維間的相互摩擦,不 可避免的會引起纖維帶電,當纖維與機體帶有不同 電荷時,會妨礙纖維的拉伸、梳理、交織、卷繞過 程的順利進行。提高空氣的相對濕度,可以使纖維 的比電阻降低,以增加電荷散逸的速度,從而消除 靜電。 在空氣調節的應用:提高人體舒 適感 環境濕度過低時,體表汗液蒸發量增加, 皮膚會感覺過于干燥。而濕度過大時,體 表出的汗不能及時、充分地蒸發掉,積于 皮膚表面,使人體不舒適感覺加大。因此, 為了提高人體熱舒適性,應正確控制室內 相對濕度值。 在卷煙業的應用:對煙絲質量 的影響 在制煙過程中,煙絲的破損率及質量 與儲存時的空氣濕度有著重要的關系。儲 存時空氣過于干燥,則煙絲易破碎成煙沫, 氣味也揮發出去,煙絲質量隨之降低。通 常,儲絲庫的溫度需要維持在18~25℃之 間,相對濕度要保持在70%RH以上,在此 環境條件下,煙絲才不易破碎,飄塵現象 也較輕,煙味也較純正。 在通信行業的應用: 確保設備可靠性 為避免因空氣干燥引起靜電,燒壞電 路板,造成線路癱瘓,從而引發事故,同 時保持設備的最佳運轉狀態,延長設備的 使用壽命,通信行業動力機房環境對濕度 和溫度有著嚴格的要求 。 在航天科技中的應 用:將乘員艙大氣 濕度控制于乘員的 舒適水平 在乘員艙大氣中,航天員呼吸、蒸發和洗滌都會造成水 蒸氣增加,甚至達到飽和狀態。在失重情況下,水蒸氣可以 在任何冷表面凝結成水珠,且隨機存在于任何部位或飄浮在 大氣之中。早期的載人飛船,隨處存在的冷凝水成為令人十 分頭疼的問題,“雙子星座”飛船曾采用鋪設吸水材料的辦 法簡單處理?,F代載人航天器使用一種帶有孔板輸出機構的 冷凝熱交換器,以5%通風氣流把冷凝水引出排水細孔,再經 動態水/氣分離器把水和氣體分開。新式的濕度控制裝置除濕 效果好,壽命長,循環空氣阻力小。 在其他場合的應用 受濕度影響較大的場合,還有如計算 機房、印刷車間、潔凈室、手術室、實驗 室、氣調庫、半導體生產車間、博物館、 檔案館等。 大氣是由干空氣和一定量的水蒸氣混 合而成的,我們稱其為濕空氣。干空氣的 成分主要是氮(78%)、氧(21%)、氬 (0.93%)、二氧化碳(0.03%)及其它 微量氣體。 在濕空氣中水蒸汽的含量雖少,但其 變化卻會對空氣環境的干燥和潮濕程度產 生重要的影響,且使濕空氣的物理性質隨 之發生改變。 常溫常壓下干空氣可視為理想氣體, 而濕空氣中的水蒸汽一般處于過熱狀態, 且含量很少,也可近似看作理想氣體。 PgV=mgRgT 或 Pgvg=RgT PnV=mnRnT 或 Pnvn=RnT 干空氣用下標g表示,水蒸汽用下標n表示。 根據道爾頓定律,濕空氣的壓力應等 于干空氣的壓力與水蒸汽的壓力之和。 B = Pg+Pn 海平面的標準大氣壓為101 325Pa。 第一節 濕度測量概述 一、空氣濕度的表示方法 濕度是表示空氣中水蒸汽含量多少的 尺度。常用來表示空氣濕度的方法有:絕 對濕度、相對濕度和含濕量。 1. 絕對濕度 絕對濕度定義為每平方米濕空氣,在標 準狀態下所含水蒸汽的重量,即濕空氣中的 水蒸汽密度(單位是克/米3)。 Pn Pn Pn Pn ?? ? ?1000? 2.169 ? 2.169 R n T 461 T T 273.15 ? ?w 2. 相對濕度 相對濕度就是空氣中水蒸汽分壓力Pn 與同溫度下飽和水蒸汽分壓力Pb之比值。 Pn ? ? ?100% Pb Pb ? f (? w ) Pn ? Pb,s ? A(? w ? ? s ) B ? ? f (?w , ?s , v, B) 空氣的相對濕度是 干球溫度、濕球溫 度、風速和大氣壓 力的函數。 ?絕對濕度只能說明濕空氣中實際所含水蒸汽 的質量,而不能說明濕空氣干燥或潮濕的程 度及吸濕能力的大小。 ?相對濕度表征濕空氣中水蒸氣接近飽和含量 的程度。φ值小,說明濕空氣飽和程度小, 吸收水蒸氣的能力強;φ值大則說明濕空氣 飽和程度大,吸收水蒸氣的能力弱。 3. 含濕量 含濕量就是濕空氣中,每千克干空氣所 含有的水蒸汽的質量。 ms d ? 1000 (g / kg ? 干) mw ?Pb Pn Pn d ? 622 ? 622 ? 622 Pw B ? Pn B ? ?Pb 二、氣體濕度測量方法 ?干濕球法 ?露點法 ?吸濕法 第二節 干濕球與露點法濕度檢測 干濕球濕度計的基本原理為:當大氣 壓力B和風速v不變時,利用被測空氣相應 于濕球溫度下飽和水蒸氣壓力和干球溫度 下的水蒸氣分壓力之差,與干濕球溫度之 差之間存在的數量關系確定空氣濕度。 其數量關系的數學表達式為: Pb,s-Pn = A(θw-θs)B 式中,Pb,s —— 濕球溫度下飽和水蒸氣壓力; Pn —— 空氣中水蒸氣分壓力; θw、θs —— 分別為空氣的干、濕球溫度; A —— 與風速有關的系數; B —— 大氣壓力。 將上式代入前式,可得相對濕度計算公 式為: ? Pbs ? w ? ?s ? ? ? ? ? AB ? ?100% Pb ? ? Pb 根據θw、θs分別對應有確定的Pb、Pb,s 值,所以根據干、濕球溫度計的讀數差,即 可由上式確定被測空氣的相對濕度。 一、普通干濕球溫度計 它由兩支相同的液體膨脹式溫度計組成, 一支為干球溫度計,天氣預報2008另一支為濕球溫度計。 干濕球溫度計就是利用干濕球溫度差及干球 溫度來測量空氣相對濕度的。 在測得干濕球溫度后,可利用公式計算, 也可以利用有關圖表,查出相應的相對濕度 值。 干 球 溫 度 計 濕 球 溫 度 計 刻度盤 紗布 水槽 普通干濕球溫度計 ? 構造 同精度溫度計兩支、脫脂紗布、 Tw 蒸餾水 ? 特點 ?無風速控制,無屏蔽輻射 ?水易污染 ?測量誤差較大 ? 注意: ①濕球溫度計安裝時,要求溫度計的 球部離開水杯上沿至少2~3cm, ②應使濕球溫度計周圍空氣流速保持 在2.5m/s以上,且維持相對穩定。 Ts 通風干濕球溫度計(阿斯曼) ? 構造 ?溫度計置于金屬套管內 ?微型風機, Tw Ts ? 特點 ?濕球附近風速固定在2.5m/s ?金屬套管屏蔽輻射 ?蒸餾水隨時滴入 二、干濕球電信號傳感器與溫度計 為了能自動顯示空氣的相對濕度和遠距 離傳送濕度信號,采用電動干濕球溫度計。 它的干濕球是用金屬電阻(鎳電阻)代替膨 脹式溫度計,并設置一個微型軸流風機,以 便在熱電阻周圍造成 2.5m/s的風速,提高測 量精度。 ? 將濕信號轉換成電信號,有利于遠傳。 ? 構造:軸流風機、鎳電阻、濕球紗布、 盛水杯、測量橋路。 U CE ? f CE (t w ) U AB ? f AB (t S ) 干球熱 電阻 濕球 熱電阻 通過調節可調電阻R的滑動觸頭,使檢流計為0, 可得UDE=UAB。 RDE f AB (t S ) U DE U AB U AB ? ? U CE ? R ?R I CE U CE f CE (t w ) R ?根據這一關系計算出RDE和相對濕度的關系,在可調電阻上 進行分度,實現相對濕度的測量。 三.露點法濕度測量 露點溫度:將被測空氣冷卻,當濕空氣冷卻 到水蒸氣達到飽和并開始凝結出水分時所 對應的溫度。 先測定露點溫度tL,根據tL確定該溫度下飽 和水蒸氣壓力PL。PL即為被測空氣的水蒸 氣分壓力Pn。 PL ? ? ? 100% Pb 四、露點濕度計 ? 采用兩只玻璃棒溫度計, 一只測量干球溫度,另一 只放入黃銅盒內測量露點 溫度。根據測得的露點溫 度和干球溫度通過查表得 到對應的露點溫度下的飽 和蒸氣壓力和干球溫度下 的飽和蒸氣壓力。 主要缺點: 當冷卻表面上出現 露珠的瞬間,需立 即測定表面溫度, 但一般不易測準, 而容易造成較大的 測量誤差。 充滿乙 醚溶液 五、光電式露點濕度計 光電式露點濕度計是使用光電原理直接測量 氣體露點溫度的一種電測法濕度計。其測量準確 度高,可靠性強,使用范圍廣,尤其適用于低溫 狀態。 ?影響測量精度的因素: ?高度光潔的露點鏡; ?高精度的光學與熱電制冷調節系統; ?采樣氣體需潔凈。 第三節 氯化鋰電阻濕度傳感器 某些鹽類放在空氣中,其含濕量與空氣的相 對濕度有關;而含濕量大小又引起本身電阻的 變化。因此可以通過這種傳感器將空氣相對濕 度轉換為其電阻值的測量。這種方法稱為吸濕 法濕度測量。 氯化鋰是一種在大氣中不分解、不揮發,也 不變質而具有穩定的離子型無機鹽類。其吸濕量 與空氣相對濕度成一定函數關系,隨著空氣相對 濕度的增減變化,氯化鋰吸濕量也隨之變化。當 氯化鋰溶液吸收水汽后,使導電的離子數增加, 因此導致電阻的降低;反之,天氣預報2008則使電阻增加。氯 化鋰電阻濕度計的傳感器就是根據這一原理工作 的。 一、傳感器 氯化鋰電阻濕度傳感器分梳狀和柱狀。在梳 狀或柱狀電極間的電阻值的變化反映了空氣相 對濕度的變化。 氯化鋰傳感器的測濕范圍與所涂氯化鋰濃 度及其它成分有關。采用某一濃度制作的元件 在其有效的感濕范圍內,其電阻值隨周圍空氣 相對濕度的變化符合指數關系。當濕度低于其 有效的感濕范圍時,其阻值迅速增加,趨于無 限大;而當高于該范圍時,其阻值變得非常小, 乃至趨于零。 每一傳感器的測量范圍較窄,故應按 照測量范圍的要求,選用相應的量程。 為擴大測量范圍,可采用多片組合傳感 器。 擴大氯化鋰濕度計的測量范圍 A r r r r RAB=f(?) B R4 R3 R2 R1 75~95% 55~75% 35~55% 15~35% 擴大氯化鋰濕度計的測量范圍 ?(%) 15 35 55 75 95 RAB(K) 80 70 52 32.3 12.35 80 電阻(K ) 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 相對濕度(%RH ) 二.變送器 ? 將氯化鋰濕度測頭接入交流電橋,此電橋將傳感 器的電阻信號轉變為交流電壓信號。此電壓經放 大、檢波整流變成與相對濕度成一定函數關系的 直流電壓,再經電壓 - 電流轉換器轉換成標準 010mA的電流信號。 應用: 溫、濕度變送器輸出的標準信號,便于遠 距離傳送、記錄和調節,測量和調節精度高, 常用于高精度的溫、濕度測量和調節系統。 三、新型氯化鋰濕度傳感器 ?優點:長期工作穩定性好,制作濕度測量 儀時會有較高的精度,響應迅速。 ?缺點:有結露時易失效。 ?它特別適合空調系統使用。 注意: ? 為了避免氯化鋰溶液發生電解,電極兩端應接交 流電。 ? 量程窄,一般為 15% ~ 20% ,例如, 0.05% 的濃度 對應感濕范圍為 80%-100% , 0.2% 的濃度對應的感 濕范圍為60%-80%。 ? 環境溫度對輸出影響較大,因此要進行溫度補償。 ? 最高使用溫度 55℃,當大于55℃,氯化鋰溶液容 易蒸發。 第四節 高分子濕度傳感器 一、高分子電容式濕度傳感器 該傳感器基本上是一個電容器,在高分子薄 膜上的電極是很薄的金屬微孔蒸發膜,水分子 可通過兩端的電極被高分子薄膜吸附或釋放。 隨著水分子被吸附或釋放,高分子薄膜的介電 系數將發生相應的變化。因為介電系數隨空氣 的相對濕度變化而變化,所以只要測定電容值 就可測得相對濕度。 測試范例:HMD60Y溫濕度變送器 1. 閱讀說明書、使用手冊和接線. 準備所需設備并連接 3. 接通電源,開始測量 4. 得到結果 測量系統接線圖 變送器接線圖 接通電源后 電壓 電流 電流和相對濕度成線% 由實驗測得:電流為14.6mA, 則當時相對濕度為66%。

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