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濕度測量方法

日期:2021-07-31 01:09
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摘要:

      隨著社會與科技的日益發展,人類對濕度的認識也不斷深入,濕度的測量技術和測量方法也取得了飛速的發展,但從測試的輸出參量上區分,主要分為以下幾類:利用物質幾何尺寸變化的測濕法(伸縮法),干濕球法,冷凝露點法,氯化鋰露點法,電濕度測量法(電阻法、電容法),電解法(庫侖濕度計)以及其它測濕方法。下面主要介紹前幾種。

伸縮法
      物質在濕度發生變化時其長度會隨之變化,例如當相對濕度從 0 %變到100%時,通常人類毛發的總長度會伸長 2.5%。這一變化可以通過機械裝置放大用指針指示出來,或通過機械-電量的轉換,輸出表征濕度水平的電信號,從而進行濕度的測量和控制,這種方法就叫伸縮法。
     毛發濕度計是伸縮法測濕的典型應用。它與當代的各種濕度計相比,具有結構簡單、使用方便、造價低廉的優點,從濕度測量的現狀與要求來看,即使在科學技術高度發達的今天,毛發、腸衣之類濕度傳感器仍將繼續為人們沿用。但也存在滯后和精度不高等固有的缺點。

干濕球法
   干濕球濕度計由兩支規格完全相同的溫度計組成,一支稱為干球溫度計,其溫泡暴露在空氣中,用以測量環境溫度;另一支稱為濕球溫度計,其溫泡用特制的紗布包裹起來,并設法使紗布保持濕潤,紗布中的水分不斷向周圍空氣中蒸發并帶走熱量,使濕球溫度下降。水分蒸發速率與周圍空氣含水量有關,空氣濕度越低,水分蒸發速率越快,導致濕球溫度越低??梢?,空氣濕度與干濕球溫差之間存在某種函數關系。干濕球濕度計就是利用這一現象,通過測量干球溫度和濕球溫度來確定空氣濕度的。
干濕球濕度計的種類很多,詳見專業知識欄。

冷凝露點法
   露點法是一種古老的濕度測量方法,隨著科學技術的發展,露點技術臻于完善?,F代的光電露點儀采用熱電制冷,并且可以自動補償零點和連續跟蹤測量露點。高精度露點儀在一般濕度范圍的測量準確度可達±1℃露點溫度。
   露點濕度計的原理可以通過一個簡單的實驗來說明。若將一個光潔的金屬表面放到相對濕度低于100%的空氣中并使之冷卻,當溫度降到某一數值時,靠近該表面的相對濕度達到100%,這時將有露在表面上形成。因為在這個溫度下空氣中的水汽達到了飽和,冷表面附著的水膜和空氣中的水份處于動態平衡,也就是說,在單位時間內離開和返回到表面上的水分子數相同,這就是Regnault原理。該原理可以敘述為:當一定體積的濕空氣在恒定的總壓力下被均勻降溫,直到空氣中的水汽達到飽和狀態,該狀態叫做露點;在冷卻的過程中,氣體和水汽兩者的分壓力保持不變。如果空氣的溫度是Ta,露生成的溫度為Td,則濕空氣的相對濕度可以通過下式算出:
U= 在露點溫度(Td)時的飽和水氣壓 / 在原來溫度(Ta)時的飽和水氣壓×100%式中飽和水汽壓的數值可以通過查表得到。在 0℃以下,水汽達到飽和時,水在鏡面上結冰,此時的溫度又叫做霜點。

氯化鋰露點法
    露點式氯化鋰濕度計是由美國的Forboro公司首先研制出來的,其后我國和許多國家都做了大量的研究工作。這種濕度計和上述電阻式氯化鋰濕度計形式相似,但工作原理卻完全不同。簡而言之,它是利用氯化鋰飽和水溶液的飽和水汽壓隨溫度變化而進行工作的。
   據拉烏爾定律,在溫度不變時隨著鹽溶液濃度增加,其表面上的水汽壓下降,故氯化鋰溶液的飽和水汽壓曲線位于純水飽和水汽壓曲線的下方,在同一溫度下,前者的水汽壓比后者低,大約相當于后者的10-12%,即氯化鋰飽和溶液的平衡相對濕度為10%-12%。


 

電解法
    電解法是目前廣泛應用的微量水份測量方法之一。這種方法是1956年首先Keidel提出來的,人們對此法之所以感興趣,其原因在于這種方法不僅能達到很低的量限,更重要的是因為它是一種優良測量方法。這種建立在法拉第定律基礎上的電解濕度計通常又稱為庫侖濕度計。
   庫侖濕度計的敏感元件是電解池,被測氣體穿過電解池時,其中的水汽全部被涂在電極上的五氧化二磷磷酸膜所吸收。
   濕度計的工作特點是氣體連續通過電解池,其中的水汽被五氧化二磷全部吸收并電解。在一定的水份濃度和流速范圍內,可以認為水份吸收的速度和電解的速度是相同的,也就是說,水份被連續地吸收同時連續地被電解,于是瞬時的電解電流可以看作是氣體含水量瞬時值的體現。由于方法所要求的條件是通過電解池的氣體中的水份必須全部被吸收,不言而喻,測量值要受氣體流速的影響,因此,對于某一個電解池不但有一個額定的流速,而且在測量時還必須保持流速恒定,并對流速進行準確的測量。知道了氣體的流速和電解電流,我們便可以計算水份的濃度。
   另外,還有幾種濕度測試方法,如氣橋法、熱導法等等,這里就不再多做介紹。

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