建筑环境测试技术 第4章 湿度测量讲诉.ppt

第四章 湿度测量 p空气的湿度（相对湿度）高低会影响人的舒适感 p相对湿度Relative Humidity：空气中所含水蒸气量（水 蒸气分压）与相同情况下饱和水蒸气量（饱和水蒸气分 压）的百分比 ——Pn：水蒸气分压Pb：相同情况下饱和水蒸气的分压 p在暖通空调领域，常用的湿度测量方法主要有：干湿球 法、露点法、电子式湿度传感器法 1 第四章 湿度测量 4.1 干湿球湿度计 4.2 露点湿度计 4.3 电子式温度传感器 4.4 湿度计的校准 2 4.1 干湿球湿度计 p原理：干湿球温度差效应 p干湿球温度计：由两只相同 的温度计组成，其中一只温 度计的温包部位包有脱脂棉 纱布，纱布的下端浸入盛有 蒸馏水的水杯中在毛细作 用下，纱布经常处于湿润状 态 p测得干球温度t1、湿球温度ts ； p湿球温度代表绝热饱和温度 脱脂棉纱布 水杯 湿球温度计干球温度计 3 4.1 干湿球湿度计 p利用公式计算Φ（焓差计算公式） p在t-d图中确定相对湿度（等焓线、等湿线） p从“通风干湿表用相对湿度表”中查出相对湿度Φ Φ1 Φ=100% PbPn h t1 tS tL d t h d1 4 4.1 干湿球湿度计 p优点：适用于高温环境及恶劣环境。

p测量准确度为5%-7%RH p需要人工读数、人工加水不适用于自动检测湿度、自动控 制湿度的场合 5 4.1.2 电动通风干湿球湿度 计 p克服了普通干湿球湿度计的 不足 p不带数字显示的电动通风干 湿球温度计： l采用水银温度计 l温度计上装有微型风机，造成 不小于2.5m/s的风速 l也称为阿斯曼湿度计 6 4.1.2 电动通风干湿球温度 计 1-风机 2-铂电阻温度传感器 3-脱脂棉纱布 4-水杯 5-导线 p带有数字显示的电动通风 干湿球温度计： p采用铂电阻温度传感器（ 或其它电阻温度传感器） p温度计上装有微型风机， 造成不小于2.5m/s的风速 7 4.1.2 电动通风干湿球温度 计 p数显电动通风干湿球湿度计的原理框图： 干湿球 温度计 温度 测量 湿度值 计算 温湿度值显 示、报警及 远传 干球温度计 湿球温度计 p特点： l增加了温度测量、湿度值计算和温湿度显示功能 l有些还增加了缺水报警及数据远传等功能 l测量精度大大提高，温度测量误差0.08%，相对湿度测量误 差不大于2%RH 8 4.2 露点湿度计 o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。

Φ1 Φ=100% PbPn h t1 tS tL d t h 9 4.2 露点湿度计 o基本原理：先测定露点温度tl，根据tl确定对应于tl的饱和 水蒸气压力Pl ——Pn：水蒸气分压Pb：相同情况下饱和水蒸气的分压 o露点湿度计的测定方法：先把物体表面加以冷却，一直冷 却到与该物体表面相临近的空气层中的水蒸气开始在物体 表面上冷凝成水分为止开始凝集水分的瞬间，其临近空 气层的温度，即为被测空气的露点温度 10 4.2.1 露点湿度计 测量过程： o在镀镍黄铜盒3中注入乙醚溶液， 然后用橡皮鼓气球4将空气打入镀 镍黄铜盒3中，并由另一管口排出 ，使得乙醚得到较快速度的蒸发 o当乙醚蒸发时，即吸收了乙醚自 身热量使得温度降低 o当空气中水蒸气开始在镀镍黄铜 盒3外表面凝结时，插入其中的温 度计读数就是空气的露点 缺点：不易测准，误差较大1-干球温度计 2-露点温度计 3-镀镍黄铜盒 4-橡皮鼓气球 露点温度计 干球 温度计 橡皮鼓气球 镀镍黄铜盒 11 4.2.2 光电式露点湿度计 测量原理：利用光电原理直接测量气体的露点温度 核心：一个可以自动调节温度、能够反射光的金属露点镜6以 及光学系统。

12 4.2.2 光电式露点湿度计 测量过程： p被测气流通过中间通道与露点镜6相接触来自光源4的斜射光束经过 露点镜6反射后，大部分射向反射光敏电阻2，小部分被散射光敏电阻3 所吸收二者通过光电桥路5进行比较 p两者之间的不平衡信号经过平衡放大器9放大之后，自动调节10输入半 导体热电制冷器8的直流电流值，其制冷量随之变化 p当温度降至露点温度时，露点镜6的镜面开始结露，测得露点温度 13 4.2.2 光电式露点湿度计 特点： p露点温度测量范围为-40~100℃，测量误差为0.05℃ p最低的露点湿度能够测量到1%-2%的相对湿度 p测量精度高，且可以测量高压、低温、低湿气体的相对湿度 p但是，采样气体不得含有烟尘、油脂等污染物 技术指标 露点温度测量范围：- 65 ～ 20 ℃ 露点湿度测试准确度 DEW < 0.3 显示灵敏度 0.1 ℃ 样气压力 0.1 MPa/cm2 样气流量 0.4 ～ 1.0L∕min 14 4.3 电子式湿度传感器 l原理：某些物质放在空气中，其含湿量与空气的相对湿度 有关含湿量的大小会引起物质本身的某些物理特性的变化 。

l因此，可以将具有这些特性的物质或者元件做成传感器， 将空气相对湿度的测量转换为对传感器的电阻或者电容量的 测量——吸湿法湿度测量 l传感器：氯化锂电阻湿度传感器、高分子湿度传感器、金 属氧化物陶瓷湿度传感器、金属氧化物膜湿度传感器 l湿度传感器在出厂之前，都要采用标准湿度发生器进行标 定，准确度可以达到2%-3%RH 15 4.3.1 氯化锂电阻湿度传感器 l氯化锂的吸湿量与空气的相对湿度成一定函数关系 空气湿度增加 氯化锂的吸湿量增加 氯化锂中导电 的离子数增加 电阻减小 (%)15 35 557595 R(K)80 70 5232.312.35 16 4.3.1 氯化锂电阻湿度传感器 p梳状传感器：梳妆电极（ 金箔）镀在绝缘板上 p柱状传感器：用两根平行 的铂丝电极缠绕在绝缘柱上 ，利用多孔塑料聚乙烯球作 为胶黏剂，使得氯化锂溶液 均匀地附在绝缘板的表面 梳状传感器 柱状传感器 1-端子 2-电极 3-塑料底板 4- 插座 5-引线 p将传感器放置在氯化锂溶液中氯化锂盐溶液使两电极间构成 导电回路 p随着空气相对湿度的变化，氯化锂溶液的吸湿量产生变化。

所 以，两个电极之间的电阻值反映了空气相对湿度的变化 17 4.3.1 氯化锂电阻湿度传感器 p两个电极之间的电阻值如何测量？——交流电桥 p通过电桥将传感器电阻信号RΦ转变为交流电压信号u(Φ) p电压u(Φ)再经放大、检波电路，变成与相对湿度成一定函数 关系的直流电压U(Φ) ，再经电压——电流转换器，转换成与 相对湿度成线性关系的4～20mA、DC信号 p为了消除环境温度的影响，采取了温度补偿措施 18 DWS－P型氯化锂电阻湿度传感器 o采用真空镀膜工艺，在玻璃片上镀上 一层梳状金电极，然后在电极上涂上一 层氯化锂和聚氯乙烯醇等配制的感湿膜 o聚氯乙烯醇是一种粘合性很强的多孔 性物质，它与氯化锂结合后，水分子很 容易地在感湿膜中吸附与释放，从而使 得电阻值发生迅速变化 o为了提高湿敏电阻的抗污染能力，还 在湿敏电阻表面涂覆一层多孔性的保护 膜 19 DWS－P型氯化锂电阻湿度传感器 o优点：有较高的精度、响应迅速特别 适合空调系统使用 o缺点：有结露时易失效长期稳定性和 使用寿命不如干湿球湿度传感器 o最高使用温度55℃，否则氯化锂溶液将 蒸发 o使用环境要求空气清洁、无粉尘、纤维 等。

否则使用时间一长，传感器会老化 、精度下降一般情况下，生产厂商会 表明1次标定的有效使用时间为1年或2年 20 多片组合传感器 R1R2R3R4 rrrr A B RAB=f() 75~95%55~75%35~55% 15~35% 每一个氯化锂传感器的测量范围较窄（一般为15%-20%RH）， 测量时应该按照测量范围要求，选用响应的量程 为了扩大测量范围，可以使用多片组合传感器 21 4.3.2 高分子湿度传感器——电容 式 1-底板 2-高分子薄膜 3-过滤网 4- 电极 5-支架 6-引线 底板 高分子薄膜 过滤网 电极 支架 引线 o电容式湿度传感器是 一个电容器 o将高分子薄膜2连接 电极4水分子可通过 电极两端被高分子薄 膜2吸附或释放 o随着水分子吸附或释 放，高分子薄膜2的介 电系数（电容）将发 生相应的变化 o所以只要测定介电系 数就可测得相对湿度 22 4.3.2 高分子湿度传感器——电容 式 o介电系数ε ： C——传感器的电容 ε—高分子薄膜的介电系数 d—高分子薄膜的厚度 S——电极的面积 o目前，大多采用醋酸丁酸纤维素作为高分子薄膜的材料这 种材料制成的薄膜吸附水分子之后，不会使得水分子之间产 生相互作用，尤其在采用多孔金电极时，可使传感器具有响 应迅速、无湿滞的特点。

23 4.3.2 高分子湿度传感器——电容 式 o传感器电容值与相对湿度 的关系图 项项目参数 湿度测测量范围围 (%RH) 工作温度范围围(℃) 测测量精度(%RH) 湿滞(%RH) 响应时间应时间 (s) 工作频频率(Hz) 工作电压电压 (V) 温度系数(%RH/℃) 15~95 5~50 2 1 <10 50~300 <12(AC) - oRHS型电容式湿度传感器的 基本参数 24 p原理：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 p特点：灵敏度好、线性度好、 响应时间快、易小型化、制作 工作简单、成本低、使用方便 4.3.2 高分子湿度传感器——电阻式 电阻与相对湿度的关系 25 HPR-MQ-M52R型高分子湿度传 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 26 4.3.3 金属氧化物陶瓷湿度传感 器 p由金属氧化物多孔性陶瓷烧结而成烧结体上有微细孔， 可使湿敏层吸附或释放水分子，造成其电阻值的改变。

p电阻值与湿度的关系为非线性，而电阻的对数值与温度的 关系为线性，因此在电路处理上应加入线性化处理单元 p特点：工作范围宽、稳 定性好、寿命长、耐环境 能力强主要有 MgCr2O4-TiO2（铬酸镁- 二氧化钛 ）陶瓷湿度传 感器、NiO（氧化镍）陶 瓷湿度传感器 27 1.MgCr2O4-TiO2陶瓷湿度传感 器 pMgCr2O4-TiO2陶瓷片尺寸为4mm5mm0.3mm，气孔率为25 ％～30％，孔径小于1μm，具有良好的吸湿性 p陶瓷片两面涂覆有多孔 金电极，金电极与引出 线烧结在一起 p为了减少测量误差，在 陶瓷片的外围设置加热 线圈，以便对器件加热 清洗，排除恶劣气氛对 器件的污染整个器件 安装在陶瓷基片上 28 1.MgCr2O4-TiO2陶瓷湿度传感 器 pMgCr2O4-TiO2陶瓷片湿 度传感器的相对湿度与电 阻值之间的关系： p使用之前应先加热约 1min左右，以消除由于 油污及各种有机蒸汽等的 污染所引起的性能恶化 29 2. NiO陶瓷湿度传感器 p原理：利用微细多孔对 水分子吸附及释放的现 象，使其电阻值发生变 化 p特点：工作稳定性好、 寿命较长，对丙酮、苯 等蒸汽有抗污染能力。

p由于加入了过滤层，所 以响应时间较长，适合 在空调系统中使用 p国产UD-8NiO湿度传感 器： 项项目参数 湿度测测量范围围 (%RH) 工作温度范围围(℃) 测测量精度(%RH) 湿滞(%RH) 响应时间应时间 (s) 工作频频率(Hz) 工作电压电压 (V) 温度系数(%RH/℃) 稳定性(%RH/年) 成分及结构 5~90 0~60 2 <3 ≤3 50~100 1 (。