湿度测量技术
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2015-2-15
空气湿度测量技术
1
2015-2-15
主要内容
湿度的概念
湿度测量方法
2
2015-2-15
一、湿度的概念
湿度是表示空气中水蒸汽含量多少的尺度。常 用来表示空气湿度的方法有：绝对湿度、相对湿 度和含湿量。
1、绝对湿度 2、相对湿度 3、含湿量
3
2015-2-15
1．绝对湿度
1.2 通风干湿球湿度计（阿斯曼）
构造
温度计置于金属套管内 微型风机，通风风速 湿球附近风速固定在不小于 2.5m/s 金属套管屏蔽辐射 蒸馏水随时滴入
Tw Ts
特点
13
2015-2-15
14
2015-2-15
1.3 电动干湿球湿度计 为了能自动显示空气的相对湿度和远距离传送湿 度信号，采用电动干湿球温度计。它的干湿球是用金
Pn 287 Pn Pn Pb 00 622 622 622 P 461 P B Pn B Pb
所以，当大气压力为定值，含湿量是水蒸气分 压力的函数。
8
2015-2-15
二、湿度测量方法
1、干湿球法 测量干湿球温度来确定相对湿度 2、露点法 测量干球、露点温度来确定相对湿度 3、吸湿法（电子传感器法） 利用空气湿度与物质电阻或电容关系
22
注意：
2015-2-15 氯化锂传感器的测湿范围与所涂氯化锂浓度及其 它成分有关。采用某一浓度制作的元件在其有效 的感湿范围内，其电阻值随周围空气相对湿度的 变化符合指数关系。当湿度低于其有效的感湿范 围时，其阻值迅速增加，趋于无限大；而当高于 该范围时，其阻值变得非常小，乃至趋于零。
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。
9
2015-2-15
1．干湿球法
干湿球湿度计的基本原理为：当大气压力 B 和风速 v 不变时，利用被测空气相应于湿球温度下饱和水蒸气压
力和干球温度下的水蒸气分压力之差，与干湿球温度之
差之间存在的数量关系确定空气湿度。
Pn P b.s A(t t s ) B
Pn 100% Pb
7
2015-2-15
R mS P V R T P 287 m P V T P 287 m P P 287 n n n nn R w w n n w w nn nV n d 1000 1000 1000 1000 6 d 1000 62 d1000 1000 1000 62 m R T P V P461 461 m R T V P 461 m R P P n nn P w w w n n w w nT
18
2015-2-15
2.2 光电式露点湿度计
光电式露点湿度计是使用光电原理直接测量气体露点温度的 一种电测法湿度计。其测量准确度高，可靠性强，使用范围 广，尤其适用于低温状态。 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。
19
2015-2-15
HNP-50型冷镜式露点仪
2~5%
2~5% 1
<10
<=3 较短
32
2015-2-15
作业：
1、什么是电容湿度计，有何特点？ 2、氯化锂露点湿度计测温原理，与氯化锂电阻 湿度计的区别？ 3、试分析如果难以做到空调房间恒温，则提出 过高的测湿精度是不合适的。（温度范围 - 湿度 控制范围的关系）
33
2015-2-15
人造丝（膜）
25
2015-2-15
3.2 高分子电阻湿度计
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。
26
2015-2-15
HPR-MQ-M52R
相对湿度就是空气中水蒸汽分压力Pn与同温度下饱和水蒸 汽分压力Pb之比值。
Pn 100% Pb
5
2015-2-15
绝对湿度只能说明湿空气中实际所含水蒸汽 的质量，而不能说明湿空气干燥或潮湿的程
度及吸湿能力的大小。
相对湿度表征湿空气中水蒸气接Hale Waihona Puke Baidu饱和含量
的程度。φ值小，说明湿空气饱和程度小，
30
2015-2-15
31
2015-2-15
温度范围 湿度范围 精度
阿斯曼 5~50 5~95% 15~95% 2~5% 2~5% 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
响应时间(s)
很长 10，50
15~95%
5~90% 0~100%
Pn PL 100% 100% Pb Pb
测试基本方法：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。
17
2015-2-15
2.1 露点湿度计
充满乙醚 溶液
主要缺点： 当冷却表面上出 现露珠的瞬间，需 立即测定表面温度， 但一般不易测准， 而容易造成较大的 测量误差。
28
2015-2-15
4、饱和盐溶液湿度校正装置
湿度计的标定与校正需要一个维持恒定相对 湿度的校正装置，并且用一种可作为基准的方 法去测定其中的相对湿度，再将被校正仪表放 入此装置进行标定。
29
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关键：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。
露点温度测量范围：- 65 ～ 20 ℃ 测试准确度：RH ( 换算精度 0.1% ) 显示灵敏度：± 0.1 ℃ 样气流量 ：0.4 -1.0L∕min
20
2015-2-15
3、吸湿法湿度传感器
某些物质放在空气中，其含湿量与空气的相对湿度有关；而 含湿量大小又引起本身电阻的变化。因此可以通过这种传感 器将空气相对湿度转换为其电阻值的测量。这种方法称为吸 湿法湿度测量。
每 m3湿空气在标况下（ 0℃， 1大气压）所含水蒸汽 的重量，即水蒸气密度。单位为g/m3。 由气体状态方程：
P n RnT
Pn Pn Pn 1000 2.169 RnT 461 T T
知道被测空气的水蒸气分压力，及干球温度即可求得 绝对湿度。
4
2015-2-15
2．相对湿度
21
2015-2-15
3.1 氯化锂电阻湿度计
氯化锂是一种在大气中不分解、不挥发，也不变质而具有稳 定的离子型无机盐类。其吸湿量与空气相对湿度成一定函数关 系，随着空气相对湿度的增减变化，氯化锂吸湿量也随之变化。 当氯化锂溶液吸收水汽后，使导电的离子数增加，因此导致电 阻的降低；反之，则使电阻增加。氯化锂电阻湿度计的传感器 就是根据这一原理工作的。 氯化锂电阻湿度传感器分梳状和 柱状。在梳状或柱状电极间的电 阻值的变化反映了空气相对湿度 的变化。
Pn Pb.s A(t t s ) B 100% Pb Pb
10
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Pn Pb.s A(t t s ) B 100% Pb Pb
根据t、ts分别对应有确定的Pb、Pb,s值，所以根据干、湿 球温度计的读数差，即可由上式确定被测空气的相对湿度。
•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℃。
吸收水蒸气的能力强；φ值大则说明湿空气 饱和程度大，吸收水蒸气的能力弱。
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2015-2-15
3．含湿量
mn d 1000 m
PnVn mn RnTn
含湿量就是湿空气中，每千克干空气所含有的水蒸汽的质量。
PV mRT
因为水蒸气与干空气均匀混合，故Vn=V，Tn=T，又：Rn=461， R=287
23
2015-2-15
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% 为扩大测量范围，可采用多片组合传感器。
24
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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。
1、特点 1）部分材料能耐酸、碱环境 2）伸长率与周围空气的湿度成指数关系，一 般是天然纤维的2~4倍 3）使用温度<120 ℃ 4）无需再生和洗净
34
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毛发湿度计
35
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36
属电阻（镍电阻）代替膨胀式温度计，并设置一个微
型轴流风机，以便在热电阻周围造成不小于2.5m/s的
风速，提高测量精度。
15
2015-2-15
air out
air in
干球 热电阻
湿球 热电阻
16
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2、露点法湿度测量
基本原理：先测定露点温度tL，然后确定对应于 tL的饱和水蒸气压力PL。 显然， PL即为被测空气的水蒸气分压力Pn。
11
2015-2-15
1.1 普通干湿球湿度计
Tw
Ts
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通。
12
2015-2-15
（ M52R ） 是 一 款 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。
27
2015-2-15
3.3 金属氧化物陶瓷电阻湿度计
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。 特点：传感器电阻的对 数值与湿度成线性关系， 测湿范围、工作温度范 围宽。
空气湿度测量技术
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主要内容
湿度的概念
湿度测量方法
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一、湿度的概念
湿度是表示空气中水蒸汽含量多少的尺度。常 用来表示空气湿度的方法有：绝对湿度、相对湿 度和含湿量。
1、绝对湿度 2、相对湿度 3、含湿量
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1．绝对湿度
1.2 通风干湿球湿度计（阿斯曼）
构造
温度计置于金属套管内 微型风机，通风风速 湿球附近风速固定在不小于 2.5m/s 金属套管屏蔽辐射 蒸馏水随时滴入
Tw Ts
特点
13
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2015-2-15
1.3 电动干湿球湿度计 为了能自动显示空气的相对湿度和远距离传送湿 度信号，采用电动干湿球温度计。它的干湿球是用金
Pn 287 Pn Pn Pb 00 622 622 622 P 461 P B Pn B Pb
所以，当大气压力为定值，含湿量是水蒸气分 压力的函数。
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二、湿度测量方法
1、干湿球法 测量干湿球温度来确定相对湿度 2、露点法 测量干球、露点温度来确定相对湿度 3、吸湿法（电子传感器法） 利用空气湿度与物质电阻或电容关系
22
注意：
2015-2-15 氯化锂传感器的测湿范围与所涂氯化锂浓度及其 它成分有关。采用某一浓度制作的元件在其有效 的感湿范围内，其电阻值随周围空气相对湿度的 变化符合指数关系。当湿度低于其有效的感湿范 围时，其阻值迅速增加，趋于无限大；而当高于 该范围时，其阻值变得非常小，乃至趋于零。
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。
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1．干湿球法
干湿球湿度计的基本原理为：当大气压力 B 和风速 v 不变时，利用被测空气相应于湿球温度下饱和水蒸气压
力和干球温度下的水蒸气分压力之差，与干湿球温度之
差之间存在的数量关系确定空气湿度。
Pn P b.s A(t t s ) B
Pn 100% Pb
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R mS P V R T P 287 m P V T P 287 m P P 287 n n n nn R w w n n w w nn nV n d 1000 1000 1000 1000 6 d 1000 62 d1000 1000 1000 62 m R T P V P461 461 m R T V P 461 m R P P n nn P w w w n n w w nT
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2.2 光电式露点湿度计
光电式露点湿度计是使用光电原理直接测量气体露点温度的 一种电测法湿度计。其测量准确度高，可靠性强，使用范围 广，尤其适用于低温状态。 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。
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2015-2-15
HNP-50型冷镜式露点仪
2~5%
2~5% 1
<10
<=3 较短
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作业：
1、什么是电容湿度计，有何特点？ 2、氯化锂露点湿度计测温原理，与氯化锂电阻 湿度计的区别？ 3、试分析如果难以做到空调房间恒温，则提出 过高的测湿精度是不合适的。（温度范围 - 湿度 控制范围的关系）
33
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人造丝（膜）
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3.2 高分子电阻湿度计
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。
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HPR-MQ-M52R
相对湿度就是空气中水蒸汽分压力Pn与同温度下饱和水蒸 汽分压力Pb之比值。
Pn 100% Pb
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绝对湿度只能说明湿空气中实际所含水蒸汽 的质量，而不能说明湿空气干燥或潮湿的程
度及吸湿能力的大小。
相对湿度表征湿空气中水蒸气接Hale Waihona Puke Baidu饱和含量
的程度。φ值小，说明湿空气饱和程度小，
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温度范围 湿度范围 精度
阿斯曼 5~50 5~95% 15~95% 2~5% 2~5% 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
响应时间(s)
很长 10，50
15~95%
5~90% 0~100%
Pn PL 100% 100% Pb Pb
测试基本方法：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。
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2.1 露点湿度计
充满乙醚 溶液
主要缺点： 当冷却表面上出 现露珠的瞬间，需 立即测定表面温度， 但一般不易测准， 而容易造成较大的 测量误差。
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4、饱和盐溶液湿度校正装置
湿度计的标定与校正需要一个维持恒定相对 湿度的校正装置，并且用一种可作为基准的方 法去测定其中的相对湿度，再将被校正仪表放 入此装置进行标定。
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2015-2-15
关键：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。
露点温度测量范围：- 65 ～ 20 ℃ 测试准确度：RH ( 换算精度 0.1% ) 显示灵敏度：± 0.1 ℃ 样气流量 ：0.4 -1.0L∕min
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3、吸湿法湿度传感器
某些物质放在空气中，其含湿量与空气的相对湿度有关；而 含湿量大小又引起本身电阻的变化。因此可以通过这种传感 器将空气相对湿度转换为其电阻值的测量。这种方法称为吸 湿法湿度测量。
每 m3湿空气在标况下（ 0℃， 1大气压）所含水蒸汽 的重量，即水蒸气密度。单位为g/m3。 由气体状态方程：
P n RnT
Pn Pn Pn 1000 2.169 RnT 461 T T
知道被测空气的水蒸气分压力，及干球温度即可求得 绝对湿度。
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2．相对湿度
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3.1 氯化锂电阻湿度计
氯化锂是一种在大气中不分解、不挥发，也不变质而具有稳 定的离子型无机盐类。其吸湿量与空气相对湿度成一定函数关 系，随着空气相对湿度的增减变化，氯化锂吸湿量也随之变化。 当氯化锂溶液吸收水汽后，使导电的离子数增加，因此导致电 阻的降低；反之，则使电阻增加。氯化锂电阻湿度计的传感器 就是根据这一原理工作的。 氯化锂电阻湿度传感器分梳状和 柱状。在梳状或柱状电极间的电 阻值的变化反映了空气相对湿度 的变化。
Pn Pb.s A(t t s ) B 100% Pb Pb
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Pn Pb.s A(t t s ) B 100% Pb Pb
根据t、ts分别对应有确定的Pb、Pb,s值，所以根据干、湿 球温度计的读数差，即可由上式确定被测空气的相对湿度。
•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℃。
吸收水蒸气的能力强；φ值大则说明湿空气 饱和程度大，吸收水蒸气的能力弱。
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3．含湿量
mn d 1000 m
PnVn mn RnTn
含湿量就是湿空气中，每千克干空气所含有的水蒸汽的质量。
PV mRT
因为水蒸气与干空气均匀混合，故Vn=V，Tn=T，又：Rn=461， R=287
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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% 为扩大测量范围，可采用多片组合传感器。
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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。
1、特点 1）部分材料能耐酸、碱环境 2）伸长率与周围空气的湿度成指数关系，一 般是天然纤维的2~4倍 3）使用温度<120 ℃ 4）无需再生和洗净
34
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毛发湿度计
35
2015-2-15
36
属电阻（镍电阻）代替膨胀式温度计，并设置一个微
型轴流风机，以便在热电阻周围造成不小于2.5m/s的
风速，提高测量精度。
15
2015-2-15
air out
air in
干球 热电阻
湿球 热电阻
16
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2、露点法湿度测量
基本原理：先测定露点温度tL，然后确定对应于 tL的饱和水蒸气压力PL。 显然， PL即为被测空气的水蒸气分压力Pn。
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2015-2-15
1.1 普通干湿球湿度计
Tw
Ts
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通。
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（ M52R ） 是 一 款 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。
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3.3 金属氧化物陶瓷电阻湿度计
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。 特点：传感器电阻的对 数值与湿度成线性关系， 测湿范围、工作温度范 围宽。