建筑环境测试技术 第4章 湿度测量

造成不小于2.5m/s的风速。
也称为阿斯曼湿度计。
6
4.1.2 电动通风干湿球温度计
带有数字显示的电动通风 干湿球温度计： 采用铂电阻温度传感 器（或其它电阻温度 传感器）。 温度计上装有微型风 机，造成不小于 2.5m/s的风速。
1-风机 2-铂电阻温度传感器 3-脱脂棉纱布 4-水杯 5-导线
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1. MgCr2O4-TiO2陶瓷湿度传感器
MgCr2O4-TiO2陶瓷片尺寸为4mm×5mm×0.3mm，气孔率为 25％～30％，孔径小于1μm，具有良好的吸湿性。 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。 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。
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相对湿度(%RH )
4.3.1 氯化锂电阻湿度传感器
梳状传感器：梳妆电极 （金箔）镀在绝缘板上。
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 梳状传感器 柱状传感器 锂溶液均匀地附在绝缘板 1-端子 2-电极 3-塑料底板 4- 插座 5-引线 的表面。 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。
C C C C
100 60 80 相对湿度 (%RH)
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2. NiO陶瓷湿度传感器
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。
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。 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。 国产 UD-8NiO 湿度传感 器： 项目 参数 湿度测量范围(%RH) 5~90 工作温度范围(℃) 0~60 测量精度(%RH) ±2 湿滞(%RH) <3 响应时间(s) ≤3 工作频率(Hz) 50~100 工作电压(V) 1 (AC) 温度系数(%RH/℃) 0.5 稳定性(%RH/年) 1~2 成分及结构 NiO烧结体
R R u( 测 量 电 桥 u(ф ) ) 放大、检波 U( ) 电压-电流 转换器 I( ) 4~20mA、DC
合成、放大 检波
U( ф )
电压-电流 I( ф ) 转换器 4~20mA、DC
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DWS－P型氯化锂电阻湿度传感器
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。
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。
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。
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DWS－P型氯化锂电阻湿度传感器
优点：有较高的精度、响应迅速。特别
适合空调系统使用。
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。
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4.3.1 氯化锂电阻湿度传感器
两个电极之间的电阻值如何测量？——交流电桥。
通过电桥将传感器电阻信号RΦ转变为交流电压信号u(Φ)。
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。 为了消除环境温度的影响，采取了温度补偿措施。
1-干球温度计 2-露点温度计
3-镀镍黄铜盒 4-橡皮鼓气球
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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。
1
-42.1
2
光电桥路 5 3
8
9 6 4 被测气 体流向 10
7
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。
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4.2.2 光电式露点湿度计
底板 电极 高分子薄膜
过滤网
支架 引线
1-底板 2-高分子薄膜 3-过滤网 4- 电极 5-支架 6-引线
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4.3.2 高分子湿度传感器——电容式
介电系数ε ： C S / d 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 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。
第四章 湿度测量
空气的湿度（相对湿度）高低会影响人的舒适感。
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 100% Pb
——Pn：水蒸气分压。Pb：相同情况下饱和水蒸气的分压。
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。
8
4.2 露点湿度计
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。
t Pn h Φ1 t1 tS tL h Pb Φ=100%
d
9
4.2 露点湿度计
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。
Pl 100% Pb
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。 最高使用温度55℃，否则氯化锂溶液将 蒸发。
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。
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多片组合传感器
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。 A RAB=f() r r r r
电容c (pF)
4.3.2 高分子湿度传感器——电阻式
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。
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。
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4.3.2 高分子湿度传感器——电容式
传感器电容值与相对湿度 的关系图
220
RHS型电容式湿度传感器的 基本参数
项目 参数
210
200
190 0 20 40 60 80 100 相对湿度 (%RH)
湿度测量范围(%RH) 15~95 工作温度范围(℃) 5~50 测量精度(%RH) ±2 湿滞(%RH) 1 响应时间(s) <10 工作频率(Hz) 50~300 工作电压(V) <12(AC) 温度系数(%RH/℃) 24
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
原理：干湿球温度差效应。
干球温度计 湿球温度计
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。
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1. MgCr2O4-TiO2陶瓷湿度传感器
电阻R ( Ω )
MgCr2O4-TiO2陶瓷片湿 度传感器的相对湿度与 电阻值之间的关系：
10 10 10 10
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。
10 10 0 20 40
20 40 60 80
7
4.1.2 电动通风干湿球温度计
数显电动通风干湿球湿度计的原理框图： 干湿球 温度计
干球温度计 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
特点： 增加了温度测量、湿度值计算和温湿度显示功能。 有些还增加了缺水报警及数据远传等功能。 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。
d1
h
d
4
4.1 干湿球湿度计
优点：适用于高温环境及恶劣环境。
测量准确度为5%-7%RH。
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
克服了普通干湿球湿度计的
不足。
不带数字显示的电动通风干 湿球温度计： 采用水银温度计。 温度计上装有微型风机，
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
样气流量
0.1 MPa/cm2
0.4 ～ 1.0L∕min
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4.3 电子式湿度传感器
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。 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。 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。 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。
测量过程：
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。
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。 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。
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4.3.1 氯化锂电阻湿度传感器
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 电的离子数增加 氯化锂的吸湿量增加 电阻减小 氯化锂中导
(%)
R(K)
80
电阻(K )
15 35 55
75
95 12.35
80 70 52 32.3
60 40 20 0 0 20 40 60 80 100
——Pn：水蒸气分压。Pb：相同情况下饱和水蒸气的分压。 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
露点温度计
干球 温度计
电阻与相对湿度的关系
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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。
ห้องสมุดไป่ตู้26
4.3.3 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。烧结体上有微细孔，
可使湿敏层吸附或释放水分子，造成其电阻值的改变。 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。 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。
测得干球温度t1、湿球温度 t s；
脱脂棉纱布 水杯
湿球温度代表绝热饱和温度。
3
4.1 干湿球湿度计
利用公式计算Φ（焓差计算公式）。 在t-d图中确定相对湿度（等焓线、等湿线）。 从“通风干湿表用相对湿度表”中查出相对湿度Φ。 h Pn Pb t Φ1 Φ=100% t1
tS tL
测量过程：
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 镀镍黄铜盒 镍黄铜盒 3 中，并由另一管口排出， 橡皮鼓气球 使得乙醚得到较快速度的蒸发。
当乙醚蒸发时，即吸收了乙醚自 身热量使得温度降低。 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。
B
R4
R3
R2
R1
75~95% 55~75% 35~55% 15~35%
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4.3.2 高分子湿度传感器——电容式
电容式湿度传感器是 一个电容器。 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。 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。 所以只要测定介电系 数就可测得相对湿度。
1
-42.1
2
光电桥路 5 3
8
9 6 4 被测气 体流向 10
13
7
4.2.2 光电式露点湿度计
特点：
露点温度测量范围为-40~100℃，测量误差为±0.05℃。
最低的露点湿度能够测量到1%-2%的相对湿度。
测量精度高，且可以测量高压、低温、低湿气体的相对湿度。
但是，采样气体不得含有烟尘、油脂等污染物。