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湿度测量方法

2016/9/27 12:21:51      点击:
湿度测量方法

随着社会与科技的日益发展,人类对湿度的认识也不断深入,湿度的测量技术和测量方法也取得了飞速的发展,但从测试的输出参量上区分,主要分为以下几类:利用物质几何尺寸变化的测湿法(伸缩法),干湿球法,冷凝露点法,氯化锂露点法,电湿度测量法(电阻法、电容法),电解法(库仑湿度计)以及其它测湿方法。下面主要介绍前几种。

• 伸缩法

物质在湿度发生变化时其长度会随之变化,例如当相对湿度从0%变到100%时,通常人类毛发的总长度会伸长2.5%。这一变化可以通过机械装置放大用指针指示出来,或通过机械-电量的转换,输出表征湿度水平的电信号,从而进行湿度的测量和控制,这种方法就叫伸缩法。

毛发湿度计是伸缩法测湿的典型应用。它与当代的各种湿度计相比,具有结构简单、使用方便、造价低廉的优点,从湿度测量的现状与要求来看,即使在科学技术高度发达的今天,毛发、肠衣之类湿度传感器仍将继续为人们沿用。但也存在滞后和精度不高等固有的缺点。


• 干湿球法

干湿球湿度计由两支规格完全相同的温度计组成,一支称为干球温度计,其温泡暴露在空气中,用以测量环境温度;另一支称为湿球温度计,其温泡用特制的纱布包裹起来,并设法使纱布保持湿润,纱布中的水分不断向周围空气中蒸发并带走热量,使湿球温度下降。水分蒸发速率与周围空气含水量有关,空气湿度越低,水分蒸发速率越快,导致湿球温度越低。可见,空气湿度与干湿球温差之间存在某种函数关系。干湿球湿度计就是利用这一现象,通过测量干球温度和湿球温度来确定空气湿度的。

干湿球湿度计的种类很多,详见专业知识栏。

• 冷凝露点法

露点法是一种古老的湿度测量方法,随着科学技术的发展,露点技术臻于完善。现代的光电露点仪采用热电制冷,并且可以自动补偿零点和连续跟踪测量露点。高精度露点仪在一般湿度范围的测量准确度可达±1℃露点温度。

露点湿度计的原理可以通过一个简单的实验来说明。若将一个光洁的金属表面放到相对湿度低于100%的空气中并使之冷却,当温度降到某一数值时,靠近该表面的相对湿度达到100%,这时将有露在表面上形成。因为在这个温度下空气中的水汽达到了饱和,冷表面附着的水膜和空气中的水份处于动态平衡,也就是说,在单位时间内离开和返回到表面上的水分子数相同,这就是Regnault原理。该原理可以叙述为:当一定体积的湿空气在恒定的总压力下被均匀降温,直到空气中的水汽达到饱和状态,该状态叫做露点;

在冷却的过程中,气体和水汽两者的分压力保持不变。如果空气的温度是Ta,露生成的温度为Td,则湿空气的相对湿度可以通过下式算出:

U=在露点温度(Td)时的饱和水气压/在原来温度(Ta)时的饱和水气压×100%

式中饱和水汽压的数值可以通过查表得到。在0℃以下,水汽达到饱和时,水在镜面上结冰,此时的温度又叫做霜点。

• 氯化锂露点法

露点式氯化锂湿度计是由美国的Forboro公司首先研制出来的,其后我国和许多国家都做了大量的研究工作。这种湿度计和上述电阻式氯化锂湿度计形式相似,但工作原理却完全不同。简而言之,它是利用氯化锂饱和水溶液的饱和水汽压随温度变化而进行工作的。

据拉乌尔定律,在温度不变时随着盐溶液浓度增加,其表面上的水汽压下降,故氯化锂溶液的饱和水汽压曲线位于纯水饱和水汽压曲线的下方,在同一温度下,前者的水汽压比后者低,大约相当于后者的10-12%,即氯化锂饱和溶液的平衡相对湿度为10%-12%。

• 电解法

电解法是目前广泛应用的微量水份测量方法之一。这种方法是1956年首先Keidel提出来的,人们对此法之所以感兴趣,其原因在于这种方法不仅能达到很低的量限,更重要的是因为它是一种绝对测量方法。这种建立在法拉第定律基础上的电解湿度计通常又称为库仑湿度计。

库仑湿度计的敏感元件是电解池,被测气体穿过电解池时,其中的水汽全部被涂在电极上的五氧化二磷磷酸膜所吸收。

湿度计的工作特点是气体连续通过电解池,其中的水汽被五氧化二磷全部吸收并电解。在一定的水份浓度和流速范围内,可以认为水份吸收的速度和电解的速度是相同的,也就是说,水份被连续地吸收同时连续地被电解,于是瞬时的电解电流可以看作是气体含水量瞬时值的体现。由于方法所要求的条件是通过电解池的气体中的水份必须全部被吸收,不言而喻,测量值要受气体流速的影响,因此,对于某一个电解池不但有一个额定的流速,而且在测量时还必须保持流速恒定,并对流速进行准确的测量。知道了气体的流速和电解电流,我们便可以计算水份的浓度。



另外,还有几种湿度测试方法,如气桥法、热导法等等,这里就不再多做介绍。