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wf第四章-湿度测量_图文

第四章 湿度测量
授课课时:2学时
主要内容: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、 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 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 重点和难点: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 表的结构,湿度计的设计和选型。 湿度的 测量方法

主要章节
4.1湿度测量概述
4.2干湿球温度计

4.3露点温度计
4.4 电子式温度传感器

4.5湿度计的校准

4.1湿度测量概述
? 湿度测量方法
– 干湿球法、露点法和电子式湿度传感
h
Φi t1

器法
– 测量原理

t

Pn

Pb

Φ=100%

? 干、湿球温度法

tS t ? 露点和干球温度法L

hi

? 吸湿法
d

4.2干湿球温度计
干湿球法湿度测量
Pn ? ? ? 100% Pb

Pb.s ? A(?w ? ?s ) B ? Pb
?测得干球温度和湿球温度可计算相对湿度。 ?适用范围:大于0℃,测量误差1~2%。

1.普通干湿球温度计 T
? 构造 同精度温度计两支、脱脂纱布、 蒸馏水 ? 特点 – 无风速控制,无屏蔽辐射 – 水易污染 – 测量误差较大 ? 注意: ①湿球温度计安装时,要求温度计的 球部离开水杯上沿至少2~3cm, ②应使湿球温度计周围空气流速保持 在2.5m/s以上,使A为常数。

w

Ts

2.通风 干湿球温度计
? 构造
– 温度计置于金属套管内 – 微型风机,
Tw Ts

? 特点
– 湿球附近风速固定在2.5m/s – 金属套管屏蔽辐射 – 蒸馏水随时滴入

4.3露点温度计
? 露点法湿度测量 ? 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 分时所对应的温度。 ? 先测定露点温度tL,根据tL确定该温度下 饱和水蒸气压力PL 。PL 即为被测空气的 水蒸气分压力Pn。
PL ? ? ? 100% Pb

1.露点湿度计
? 采用两只玻璃棒温度 计,一只测量干球温 度,另一只放入黄铜 盒内测量露点温度。 根据测得的露点温度 和干球温度通过查表 得到对应的露点温度 下的饱和蒸气压力和 干球温度下的饱和蒸 气压力。 ? 缺点:露点温度不易 测准。

2.光电式露点湿度计

? 影响测量精度的因素: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。

HNP-50型冷镜式露点仪
技术指标 露点温度测量范围:- 65 ~ 20 ℃ 最大致冷温差 Δ 105 ℃ 露点温度测试准确度 DEW < ± 0.3 PPM/V ( 换算精度0.1% ) RH( 换算精度 0.1% ) 显示灵敏度 ± 0.1 ℃ 样气压力 0.1 MPa/cm2 样气流量 0.4 ~ 1.0L∕min 显示器 16 x 2 液晶屏 额定工作电压 220VAC 50Hz 外形尺寸 (W)360x(D)350x (H)135mm 重量 8.6Kg

4.4电子式湿度传感器
电动干湿球温度计

?原 理 : 将 湿 信 号 转换成电信号, 并远传。 ?构 造 : 轴 流 风 机 、 镍电阻、湿球纱 布、盛水杯、测 量桥路。

?测量桥路:两个桥路通过电阻R连接,构 成双电桥。

U CE ? f CE (t w )

U AB ? f AB (t S )

通过调节可调电阻R的滑动触头,使检流 计为0,可得UDE=UAB。 f AB (t S ) U DE U AB U AB RDE ? ? U CE ? R ?R I CE U CE f CE (t w ) R
?根据这一关系计算出RDE 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。

1 氯化锂电阻湿度计 属于吸湿法测量, 根据氯化锂的吸湿 特性和氯化锂吸湿 后电阻变化特性。 1)传感器 ?形式: 梳状、柱状。

感湿膜

R

梳状

柱状

注意:
?为了避免氯化锂溶液发生电解,电极两 端应接交流电。 ?量 程 窄 , 一 般 为 15% ~ 20% , 例 如 , 0.05%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60%-80%。 ?环境温度对输出影响较大,因此要进行 温度补偿。 ?最高使用温度55℃,当大于55℃,氯化 锂溶液容易蒸发。

扩大氯化锂湿度计的测量范围
A r r r r

RAB=f(?)
B
R4 R3 R2 R1

75~95% 55~75% 35~55% 15~35%

?(%)

15 35 55 75

95

RAB(K) 80 70 52 32.3 12.35
80
电阻(K )

60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 相对湿度(%RH )

2)变送器

? 将氯化锂湿度测头接入交流电桥,此电桥将传 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 关系的直流电压,再经电压-电流转换器转换 成标准0-10mA的电流信号。

2.高分子湿度传感器
1)高分子电容式湿度传感器

C ? ?S / d
根据电容公式可知, 在电容两个极板的 面积和间距不变的 情况下,当介电常 数发生变化时将引 起电容值的变化。

?特点: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, 抗污染能力强,稳定性好。

2)高分子电阻式湿度传感器
使用高分子固体电解 质材料制作感湿膜, 当相对湿度大时,膜 中的可移动离子浓度 增大,电阻减少,当 相对湿度降低时,膜 中的可运动离子浓度 减少,电阻阻值增大。 这样可通过电极间的 电阻值的变化测量相 对湿度。

HPR-MQ-M52R
(M52R)是一款环保 型的高分子湿度传感器。 在空调、加湿器、除湿 机等民用家电产品中得 到了广泛的应用。

3金属氧化物湿度传感器
1)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 孔,可使湿敏层吸附或释放水分子,造成其电阻值 的改变。 主要有 MgCr2O4-TiO2 陶瓷湿度传感 器、NiO陶瓷 湿度传感器。

2)金属氧化物膜湿度传感器
? 原理:将调制好的金 属氧化物的糊状物加 工在陶瓷基片及电极 上,采用烧结或烘干 的方法使之固化成膜。 这种膜的含湿量随着 外界空气的含湿量的 变化而变化,含湿量 的变化又引起电阻阻 值的变化,通过测量 特点:传感器电阻的对数 电阻之间的阻值即可 值与湿度成线性关系,测 测量相对湿度。 湿范围、工作温度范围宽。

4.5 湿度计的校准
饱和盐溶液湿度校正装置: 1)实现不同范围内维持恒定的相对湿度空间, 2)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 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 制,使其饱和蒸气压降低,降低的程度与盐类 的种类有关。 ? 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。

常见测湿度的方法比较
温度范围 湿度范围 精度 阿斯曼 5~50 5~95% 2~5% 响应时间(s) 很长

氯化锂电 5~50 阻式 高分子电 5~50 容式 金属陶瓷 0~60 电阻式 -40~100 露点计

15~95%
15~95% 5~90% 0~100%

2~5%
2~5% 2~5% 1

10,50
<10 <=3 较短

SHT71温度、湿度复合传感器
选用SENSIRION公司 的SHT71温度、湿度 复合传感器,该传感 器是该公司最新推出 的数字化产品,直接 输出数字信号,通过 一根数据线与微处理 器相连,因此可简化 硬件电路设计。

接口电路图

?电源引脚:供应电压在2.4~5.5V之间。 ?串口时钟输入引脚(SCK):同步微控制器和传 感器之间的通信。 ?数据引脚(DATA):DATA三态引脚用来向设备输 入、或输出数据。

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。


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