建筑环境测试技术-第四章---湿度测量
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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。
HPR-MQ-M52R
（M52R）是一款环保 型的高分子湿度传感器。 在空调、加湿器、除湿 机等民用家电产品中得
水蒸气： PnVn ms RnTn
干空气： PwVw mw RwTw
因为水蒸 Tn=Tw，
气
与
干
空
气
均
匀
混
合
，
故
Vn=Vw
，
又：Rn=461，Rw=287，
ddd1010000mmS S 11000000 PPnnVVnn RwTww 11000000 PPPnnn2228887776626
• 构造
– 温度计置于金属套管内 – 微型风机，
• 特点
– 湿球附近风速固定在2.5m/s – 金属套管屏蔽辐射 – 蒸馏水随时滴入
Tw Ts
4.3露点温度计
• 露点法湿度测量 • 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。 • 先测定露点温度tL，根据tL确定该温度下 饱和水蒸气压力PL。PL即为被测空气的 水蒸气分压 力PPL n。100 %
RAB(K) 80 70 52 32.3 12.35
电阻(K )
80
60
40
20
0
0
20
40
60
80 100
相对湿度(%RH )
2）变送器
• 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。
2）露点法 – 光电式露点湿度计
3）吸湿法 – 氯化锂电阻式， – 高分子电阻式，高分子电容式
– 金属氧化物陶瓷电阻式，金属氧化物 膜电阻式
4.2干湿球温度计
干湿球法湿度测量
Pn 100 %
Pb
Pb.s A(w s )B Pb
•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℃，测量误差1～2%。
• 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。
常见测湿度的方法比较
温度范围 湿度范围 精度 响应时间(s)
U CE fCE (tw ) U AB f AB (tS )
通过调节可调电阻R的滑动触头，使检流
计为0，可得UDE=UAB。
RDE
U DE I CE
U AB UCE R
U R
AB
U CE
R
f AB (tS ) fCE (tw )
•根据这一关系计算出RDE和相对湿度的关系， 在可调电阻上进行分度，实现相对湿度的测量。
接口电路图
电源引脚：供应电压在2.4～5.5V之间。 串口时钟输入引脚（SCK）：同步微控制器和传 感器之间的通信。 数据引脚（DATA）：DATA三态引脚用来向设备输 入、或输出数据。
思考题：
1.试述干湿球测湿系统的组成及测试原理 2．简述空气湿度的三种表示方法，以及测
量的四种方法（原理、特点）。
到了广泛的应用。
3金属氧化物湿度传感器
1）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 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。
2）金属氧化物膜湿度传感器
原理：将调制好的金
属氧化物的糊状物加
显示器
16 x 2 液晶屏
额定工作电压
220VAC 50Hz
外形尺寸 （W）360x（D）350x （H）135mm
重量
8.6Kg
4.4电子式湿度传感器
电动干湿球温度计
原理：将湿信号 转换成电信号， 并远传。
构造：轴流风机、 镍电阻、湿球纱 布、盛水杯、测 量桥路。
测量桥路：两个桥路通过电阻R连接，构 成双电桥。
1 氯化锂电阻湿度计 属于吸湿法测量，
根据氯化锂的吸湿 特性和氯化锂吸湿 后电阻变化特性。
感湿膜
1）传感器 形式： 梳状、柱状。
R
梳状
柱状
注意：
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。
扩大氯化锂湿度计的测量范围
r
r
r
r
A
RAB=f()
B
R4
R3
R2
R1
75~95% 55~75% 35~55% 15~35%
(%) 15 35 55 75 95
HNP-50型冷镜式露点仪
技术指标
露点温度测量范围：- 65 ～ 20 ℃
最大致冷温差 Δ 105 ℃
露点温度测试准确度 DEW < ± 0.3
PPM/V ( 换算精度0.1% ) RH( 换算精度 0.1% )
显示灵敏度 ± 0.1 ℃
样气压力
0.1 MPa/cm2
样气流量
0.4 ～ 1.0L∕min
mmww
RRnnTTnn PwwVw
PPPwww444666111
0 Pn 287 622 Pn 622 Pn 622 Pb
Pw 461
Pw
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。
2．气体湿度测量方法
1）干湿球法
– 简单干湿球湿度计，通风干湿球湿度 计（阿斯曼）
1 Pn Pn 1000 2.169 Pn
Vn RnT 461T
273 .15 w
所以测得被测空气的水蒸气分压力，及
干球温度即可求得绝对湿度。
2）相对湿度：空气中水蒸气分压力Pn与同 温度下饱和水蒸气分压力Pb的比值。 Pn 100 %
Pb
Pn Pb.s A( w s )B
主要章节
4.1湿度测量概述 4.2干湿球温度计 4.3露点温度计 4.4 电子式温度传感器 4.5湿度计的校准
4.1湿度测量概述
1．湿度的表示方法
绝对湿度、相对湿度、含湿量。
1）绝对湿度：每m3湿空气在标况下（0℃， 1大气压）所含湿空气的重量，即水蒸气密度。 单位为g/m3。
由气体状态方程： PnVn RnT
课后小结
通过本章学习使同学们掌握湿度测量方法 及其湿度测量原理及仪表的分类。干湿 球湿度计、露点湿度计、氯化锂电阻湿 度传感器，了解金属氧化物陶瓷湿度传 感器、金属氧化物膜湿度传感器、饱和 盐溶液校正装置。熟悉各类湿度仪表的 特点结构及使用场所。
2.高分子湿度传感器
1）高分子电容式湿度传感器
C S / d
根据电容公式可知， 在电容两个极板的 面积和间距不变的 情况下，当介电常 数发生变化时将引 起电容值的变化。
特点：迅速吸湿、脱湿，滞后小，响应
快，不受气流速度影响，测量范围宽， 抗污染能力强，稳定性好。
2）高分子电阻式湿度传感器
1．普通干湿球温度计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速保持 在2.5m/s以上，使A为常数。
2.通风干湿球温度计（阿斯曼）
工在陶瓷基片及电极
上，采用烧结或烘干
的方法使之固化成膜。
Baidu Nhomakorabea
这种膜的含湿量随着
外界空气的含湿量的
变化而变化，含湿量
的变化又引起电阻阻
值的变化，通过测量 特点：传感器电阻的对数
电阻之间的阻值即可 值与湿度成线性关系，测
测量相对湿度。
湿范围、工作温度范围宽。
4.5 湿度计的校准
饱和盐溶液湿度校正装置： 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，
阿斯曼 5~50
5~95% 2~5% 很长
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
露点计 -40~100
15~95% 15~95% 5~90% 0~100%
2~5% 2~5% 2~5% 1
10，50 <10 <=3 较短
SHT71温度、湿度复合传感器
选用SENSIRION公司 的SHT71温度、湿度 复合传感器，该传感 器是该公司最新推出 的数字化产品，直接 输出数字信号，通过 一根数据线与微处理 器相连，因此可简化 硬件电路设计。
Pb
1．露点湿度计
• 采用两只玻璃棒温度 计，一只测量干球温 度，另一只放入黄铜 盒内测量露点温度。 根据测得的露点温度 和干球温度通过查表 得到对应的露点温度 下的饱和蒸气压力和 干球温度下的饱和蒸 气压力。
• 缺点：露点温度不易 测准。
2．光电式露点湿度计
影响测量精度的因素：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。
Pb.s—相应于湿球温度的饱和水蒸气压力； Pb—干球温度对应的饱和水蒸气压力； B—大气压力； A—与风速有关的系数。
f ( w , s , v, B)
3）含湿量：空气由干空气和湿空气组成，每 kg干空气所含水蒸气的量，称为含湿量。符 号d，单位g/kg
d 1000 mS mw
应用理想气体状态方程
HPR-MQ-M52R
（M52R）是一款环保 型的高分子湿度传感器。 在空调、加湿器、除湿 机等民用家电产品中得
水蒸气： PnVn ms RnTn
干空气： PwVw mw RwTw
因为水蒸 Tn=Tw，
气
与
干
空
气
均
匀
混
合
，
故
Vn=Vw
，
又：Rn=461，Rw=287，
ddd1010000mmS S 11000000 PPnnVVnn RwTww 11000000 PPPnnn2228887776626
• 构造
– 温度计置于金属套管内 – 微型风机，
• 特点
– 湿球附近风速固定在2.5m/s – 金属套管屏蔽辐射 – 蒸馏水随时滴入
Tw Ts
4.3露点温度计
• 露点法湿度测量 • 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。 • 先测定露点温度tL，根据tL确定该温度下 饱和水蒸气压力PL。PL即为被测空气的 水蒸气分压 力PPL n。100 %
RAB(K) 80 70 52 32.3 12.35
电阻(K )
80
60
40
20
0
0
20
40
60
80 100
相对湿度(%RH )
2）变送器
• 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。
2）露点法 – 光电式露点湿度计
3）吸湿法 – 氯化锂电阻式， – 高分子电阻式，高分子电容式
– 金属氧化物陶瓷电阻式，金属氧化物 膜电阻式
4.2干湿球温度计
干湿球法湿度测量
Pn 100 %
Pb
Pb.s A(w s )B Pb
•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℃，测量误差1～2%。
• 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。
常见测湿度的方法比较
温度范围 湿度范围 精度 响应时间(s)
U CE fCE (tw ) U AB f AB (tS )
通过调节可调电阻R的滑动触头，使检流
计为0，可得UDE=UAB。
RDE
U DE I CE
U AB UCE R
U R
AB
U CE
R
f AB (tS ) fCE (tw )
•根据这一关系计算出RDE和相对湿度的关系， 在可调电阻上进行分度，实现相对湿度的测量。
接口电路图
电源引脚：供应电压在2.4～5.5V之间。 串口时钟输入引脚（SCK）：同步微控制器和传 感器之间的通信。 数据引脚（DATA）：DATA三态引脚用来向设备输 入、或输出数据。
思考题：
1.试述干湿球测湿系统的组成及测试原理 2．简述空气湿度的三种表示方法，以及测
量的四种方法（原理、特点）。
到了广泛的应用。
3金属氧化物湿度传感器
1）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 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。
2）金属氧化物膜湿度传感器
原理：将调制好的金
属氧化物的糊状物加
显示器
16 x 2 液晶屏
额定工作电压
220VAC 50Hz
外形尺寸 （W）360x（D）350x （H）135mm
重量
8.6Kg
4.4电子式湿度传感器
电动干湿球温度计
原理：将湿信号 转换成电信号， 并远传。
构造：轴流风机、 镍电阻、湿球纱 布、盛水杯、测 量桥路。
测量桥路：两个桥路通过电阻R连接，构 成双电桥。
1 氯化锂电阻湿度计 属于吸湿法测量，
根据氯化锂的吸湿 特性和氯化锂吸湿 后电阻变化特性。
感湿膜
1）传感器 形式： 梳状、柱状。
R
梳状
柱状
注意：
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。
扩大氯化锂湿度计的测量范围
r
r
r
r
A
RAB=f()
B
R4
R3
R2
R1
75~95% 55~75% 35~55% 15~35%
(%) 15 35 55 75 95
HNP-50型冷镜式露点仪
技术指标
露点温度测量范围：- 65 ～ 20 ℃
最大致冷温差 Δ 105 ℃
露点温度测试准确度 DEW < ± 0.3
PPM/V ( 换算精度0.1% ) RH( 换算精度 0.1% )
显示灵敏度 ± 0.1 ℃
样气压力
0.1 MPa/cm2
样气流量
0.4 ～ 1.0L∕min
mmww
RRnnTTnn PwwVw
PPPwww444666111
0 Pn 287 622 Pn 622 Pn 622 Pb
Pw 461
Pw
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。
2．气体湿度测量方法
1）干湿球法
– 简单干湿球湿度计，通风干湿球湿度 计（阿斯曼）
1 Pn Pn 1000 2.169 Pn
Vn RnT 461T
273 .15 w
所以测得被测空气的水蒸气分压力，及
干球温度即可求得绝对湿度。
2）相对湿度：空气中水蒸气分压力Pn与同 温度下饱和水蒸气分压力Pb的比值。 Pn 100 %
Pb
Pn Pb.s A( w s )B
主要章节
4.1湿度测量概述 4.2干湿球温度计 4.3露点温度计 4.4 电子式温度传感器 4.5湿度计的校准
4.1湿度测量概述
1．湿度的表示方法
绝对湿度、相对湿度、含湿量。
1）绝对湿度：每m3湿空气在标况下（0℃， 1大气压）所含湿空气的重量，即水蒸气密度。 单位为g/m3。
由气体状态方程： PnVn RnT
课后小结
通过本章学习使同学们掌握湿度测量方法 及其湿度测量原理及仪表的分类。干湿 球湿度计、露点湿度计、氯化锂电阻湿 度传感器，了解金属氧化物陶瓷湿度传 感器、金属氧化物膜湿度传感器、饱和 盐溶液校正装置。熟悉各类湿度仪表的 特点结构及使用场所。
2.高分子湿度传感器
1）高分子电容式湿度传感器
C S / d
根据电容公式可知， 在电容两个极板的 面积和间距不变的 情况下，当介电常 数发生变化时将引 起电容值的变化。
特点：迅速吸湿、脱湿，滞后小，响应
快，不受气流速度影响，测量范围宽， 抗污染能力强，稳定性好。
2）高分子电阻式湿度传感器
1．普通干湿球温度计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速保持 在2.5m/s以上，使A为常数。
2.通风干湿球温度计（阿斯曼）
工在陶瓷基片及电极
上，采用烧结或烘干
的方法使之固化成膜。
Baidu Nhomakorabea
这种膜的含湿量随着
外界空气的含湿量的
变化而变化，含湿量
的变化又引起电阻阻
值的变化，通过测量 特点：传感器电阻的对数
电阻之间的阻值即可 值与湿度成线性关系，测
测量相对湿度。
湿范围、工作温度范围宽。
4.5 湿度计的校准
饱和盐溶液湿度校正装置： 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，
阿斯曼 5~50
5~95% 2~5% 很长
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
露点计 -40~100
15~95% 15~95% 5~90% 0~100%
2~5% 2~5% 2~5% 1
10，50 <10 <=3 较短
SHT71温度、湿度复合传感器
选用SENSIRION公司 的SHT71温度、湿度 复合传感器，该传感 器是该公司最新推出 的数字化产品，直接 输出数字信号，通过 一根数据线与微处理 器相连，因此可简化 硬件电路设计。
Pb
1．露点湿度计
• 采用两只玻璃棒温度 计，一只测量干球温 度，另一只放入黄铜 盒内测量露点温度。 根据测得的露点温度 和干球温度通过查表 得到对应的露点温度 下的饱和蒸气压力和 干球温度下的饱和蒸 气压力。
• 缺点：露点温度不易 测准。
2．光电式露点湿度计
影响测量精度的因素：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。
Pb.s—相应于湿球温度的饱和水蒸气压力； Pb—干球温度对应的饱和水蒸气压力； B—大气压力； A—与风速有关的系数。
f ( w , s , v, B)
3）含湿量：空气由干空气和湿空气组成，每 kg干空气所含水蒸气的量，称为含湿量。符 号d，单位g/kg
d 1000 mS mw
应用理想气体状态方程