露点&相对湿度及测量

湿度露点测量原理

1. 湿度基础知识在许多物理、化学和生物学过程中，空气及其他气体中水蒸气的存在与否有着重要的影响。在很多工业领域内，湿度测量是关乎商业成本、产品质量、人身健康和安全的至关重要的因素之一。目前有很多不同的湿度表达方法，也有很多不同的湿度测量技术，因而很有必要了解规范的湿度术语和定义及成熟的湿度测量技术。

1.1 什么是湿度？湿度是在空气或其他气体中存在的水蒸气。水蒸气是水的气态形式，同其他各种气体一样，是透明的。在我们周围的环境中大约有1%的气体是水蒸气。

1.2 饱和水汽压、增强因子定义及计算公式

1.2.1 饱和水汽压定义我们知道，温度高的水会蒸发出水蒸气。同样，水在较低的温度下也可以释放出水蒸气。一定温度下，在水的表面和冰的表面，蒸发现象始终都是存在的。相反，冷凝也是一样存在的。当蒸发和冷凝的速度达到一致时，该体系就达到了动态平衡状态。空气或其他气体都有吸收水蒸气的能力，这种能力主要受温度的影响。总的来说，温度越高，吸收水蒸气的能力越强。在某个温度下，气体中所能包含的水蒸气的量达到最多时，就叫作“饱和”。 饱和水汽压是指水蒸气与水的凝聚相（水或冰）的单组分体系（界面为平面）处于热力学平衡状态时的水蒸气压力。简单的说，就是一定温度下水蒸气所能存在的最大压力。该压力仅仅是温度的函数。

1.2.2饱和水汽压计算公式目前饱和水汽压公式使用比较多的是Sonntag公式，其中包括纯水和纯冰面上的饱和水汽压公式，分别见公式1及公式2。

纯水面上的饱和水汽压公式：

（公式1）其中： ， 单位是 ，若以 表示，需将公式中的21.2409642用16.635794来代替。该公式的使用范围为173.15K≤T≤373.15K，当273.15K≤T≤373.15K时，不确定度为0.005%(k=2)。纯冰面上的饱和水汽压公式：

（公式2） 其中： 单位为 ， 单位是 ，若以 表示，需将公式中的29.32707用24.7219来代替。该公式的使用范围为173.15K≤T≤273.16K，当173.15K≤T≤223.15K时，不确定度为0.5%(k=2)；223.15K≤T≤273.15K时，不确定度为0.3%(k=2)。1.2.3 饱和水汽压计算简化公式目前比较常用的是Magnus公式。

1.2.3.1 由温度计算饱和水汽压

水面上的饱和水汽压公式为：

公式（3）式中： 单位为 ， 单位为℃。该公式的使用范围为-45℃≤t≤+60℃，不确定度≤0.6%(k=2)。冰面上的饱和水汽压公式为：

公式（4）式中： 单位为 ， 单位为℃。该公式的使用范围为-65℃≤t≤+0.01℃，不确定度≤1.0%(k=2)。

1.2.3.2 由饱和水汽压计算温度由饱和水汽压计算露点温度：

公式（5）式中： 单位为 ， 单位为℃。该公式的使用范围为-45℃≤ ≤+60℃，不确定度为≤0.04℃。

由饱和水汽压计算霜点温度：

公式（6）式中： 单位为 ， 单位为℃。该公式的使用范围为-65℃≤ ≤0.01℃，不确定度为≤0.08℃。

1.2.4 饱和水汽压－温度曲线饱和水汽压最重要的影响因素是温度。根据计算公式（1）（2），绘制出-100℃～100℃之间的饱和水汽压-温度曲线，

如图1-1。 图1-1

-100℃～100℃饱和水汽压－温度曲线在某一段温度之内，如20℃～25℃，饱和水汽压－温度曲线见图1-2。

图1-2

20℃～25℃饱和水汽压-温度曲线由此可见，在一段很小的温度范围内，饱和水汽压与温度几乎呈线性关系。

1.2.5 增强因子定义及计算公式上述饱和水汽压公式均是针对纯水－水蒸气或纯冰－水蒸气体系而言，而对于混合气体如空气体系，则需要考虑增强因子f，那么水的饱和蒸气压可由公式（7）计算得出。

公式（7）其中， ：纯水的饱和蒸气压（可由Sonntag公式或Magnus公式计算得到） ：水蒸气的增强因子。空气的 值可通过公式（8）及（9）计算：压力为3kPa至110kPa时，

公式（8）该公式的不确定度U<0.08% (-50℃<&NBSP;SPAN>℃时)。压力为1atm至20atm时，

公式（9）其中， ， Ai和Bi的值见表1-1。表1-1 Ai和Bi的值 水面-50℃～0℃ 水面0℃～100℃ 冰面-100℃～0℃

A1 3.62183×10-4 3.53624×10-4 3.64449×10-4

A2 2.60553×10-5 2.93228×10-5 2.93631×10-5

A3 3.86501×10-7 2.61474×10-7 4.88635×10-7

A4 3.82449×10-9 8.57538×10-9 4.36543×10-9

B1 -10.7604 -10.7588 -10.7271

B2 6.39725×10-2 6.32529×10-2 7.61989×10-2

B3 -2.63416×10-4 -2.53591×10-4 -1.74771×10-4

B4 1.67254×10-6 6.33784×10-7 2.46721×10-6

1.3露点/霜点露点温度Td是指对气体等压制冷时，水蒸气冷凝从而形成露的温度。实际上也就是水蒸气与水达到平衡状态的温度。单位用℃或℉表示。同理，霜点温度Tf是指对气体等压制冷时，水蒸气冷凝从而形成霜的温度。实际上也就是水蒸气与冰达到平衡状态的温度。单位用℃或℉表示。当总压不变的情况下，水汽分压也不变，因此，一定水汽含量的湿空气在环境温度下的水汽分压等于该湿空气在露点温度下的饱和水汽压，即es(Td)＝e(Ta)。通常情况下，将露点温度与霜点温度通称为露点。也有的时候根据水的状态在0℃有一个分界点，把0℃以上称为露点，0℃以下称为霜点。

1.4 体积比体积比即体积分数，指湿空气中水蒸气的分体积与干气的分体积之比，即水汽的分压与干气分压之比。通常将该比值乘以106，单位为μL /L，用符号Vr表示。见公式（10）。