郭洪艷 （天津市計量監(jiān)督檢測科學(xué)研究院 天津300191）

濕度測量及控制方法

郭洪艷 （天津市計量監(jiān)督檢測科學(xué)研究院 天津300191）

目前最常用的濕度測量方法和測量儀器，主要用于氣體濕度測量。為了滿足生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，各種類型商品化濕度計和濕敏元件近年來大量涌現(xiàn)，據(jù)不完全統(tǒng)計不下30種。提出隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，必須重視濕度測量與控制。

濕度 測量控制 水蒸汽

眾所周知，空氣是多種氣體的混合物，其主要成分是氧氣和氮?dú)?，以及總?shù)不到1%的稀有氣體和二氧化碳。此外，空氣中還有一種重要的、數(shù)量上經(jīng)常變化的成分——水汽。以蒸汽狀態(tài)存在的水，按照熱力學(xué)的習(xí)慣，當(dāng)氣體的溫度低于其臨界溫度時稱為蒸汽，對于水蒸汽又稱為蒸汽或水汽。

濕度測量學(xué)的研究對象就是氣體中以蒸汽形態(tài)存在的水。首先對各種濕度測量方法及其基本原理有了解，才能在實(shí)際工作中正確選擇和合理使用適當(dāng)?shù)姆椒ㄌ峁┰瓌t性的指導(dǎo)。

最常用的濕度測量方法和測量儀器，主要用于氣體濕度測量。為了滿足生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，各種類型商品化濕度計和濕敏元件近年來大量涌現(xiàn)，據(jù)不完全統(tǒng)計不下30種，其類型之所以如此繁多，是因?yàn)楝F(xiàn)有的任何一種儀器（或方法）都不具備普適性，換句話說也就是還沒有一種儀器（或方法）能滿足所有的測量需要。這在某種意義上反映了濕度測量的復(fù)雜性。有人認(rèn)為濕度測量和溫度測量有相似之處。目前溫度測量按照低溫、中溫和高溫3個區(qū)域來劃分，測溫手段按不同的溫區(qū)、不同的對象、不同的精度要求進(jìn)行選擇。從濕度測量的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢來看，這種觀點(diǎn)是有道理的。目前絕大部分濕度測量方法或測量儀器都有一定的適用范圍，大體上也可以按低濕、中濕和高濕來劃分。因而在實(shí)際工作中濕度測量手段同樣存在一個正確和合理選擇的問題。要從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)測量對象和使用場合、量限、精度和經(jīng)濟(jì)合理性等因素綜合進(jìn)行考慮。大多數(shù)濕度計的使用都是比較簡單的，但是如何根據(jù)本身的工作需要進(jìn)行正確和合理選擇卻往往不是一件容易的事。

空氣濕度與人類生存密切相關(guān)，氣象是濕度測量的重要領(lǐng)域。例如大氣中的水汽影響著降雨和雨量大小，決定對農(nóng)作物有影響的霜凍的形成，影響暴風(fēng)雨的發(fā)展，影響河流、湖泊、水庫、海洋中水甚至雪山和冰面的蒸發(fā)，以及人類和各種生物存在和生長的環(huán)境等等。因此濕度和氣壓、溫度、風(fēng)速等一起構(gòu)成了氣象的基本要素。

氣象中的濕度測量主要分兩個方面：一個是地面觀測中的空氣濕度；另一個是高空探測中的濕度測量。后者和天氣預(yù)報直接有關(guān)。氣象濕度測量的環(huán)境溫度范圍較寬，大約從+50℃到-60℃，相對濕度從百分之幾到100%，由于測量環(huán)境異常復(fù)雜，成為天氣觀測中的一個難點(diǎn)。

濕度測量要求濕度傳感器無明顯的滯后，要具有快速響應(yīng)特性。現(xiàn)在多使用吸濕材料制成的基于尺寸變化的濕度傳感器。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，濕度測量的應(yīng)用領(lǐng)域不斷地擴(kuò)大，要求也愈來愈高。在量限方面低濕氣體測量達(dá)10-3mg/mL量級，高濕至104mg/mL量級的飽和濕氣。與此同時，對測量精確度的要求也相應(yīng)地提高。在應(yīng)用方面，濕度的測量和控制與工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)研究等部門關(guān)系密切。

空氣濕度控制的目的是調(diào)節(jié)特定空間中空氣的含水量，使其接近規(guī)定的濕度。控制的空間可以小到幾個立方厘米，大到整個建筑物。濕度控制按要求可分為控制絕對濕度和控制相對濕度兩種情況。不過兩者并沒有明確的界限。前者是控制其體重的絕對含水量，即控制露點(diǎn)溫度，以防止發(fā)生水的冷凝或結(jié)冰。后者則需要對氣體的溫度和絕對含水量同時進(jìn)行控制，主要用于空調(diào)房間，以及谷物、膠片、紙張、印刷、面粉、醫(yī)藥食品、煙草、紡織等的加工和儲存。

空調(diào)中的濕度控制可借助濕度和溫度傳感器改變送到空調(diào)間的空氣的含水量來實(shí)現(xiàn)。在比較精確的恒溫恒濕調(diào)節(jié)中，則通過改變飽和濕空氣狀態(tài)的方法實(shí)現(xiàn)恒定濕度空氣的送風(fēng)。不言而喻，這是一種比較復(fù)雜和費(fèi)錢的方法。另一種方法是根據(jù)濕度傳感器給出的值和設(shè)定值的比較，由控制系統(tǒng)驅(qū)動加濕器、干燥器、加熱器、冷卻器等控制單元，實(shí)現(xiàn)濕度的反饋?zhàn)詣涌刂?。這是一種比較經(jīng)濟(jì)的方法。在小型空調(diào)機(jī)組中采用后者更為方便。對于濕度控制系統(tǒng)的質(zhì)量評價和一般參數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)相似，好的濕度控制的特征是：狀態(tài)的轉(zhuǎn)變過程阻尼大（說明系統(tǒng)的穩(wěn)定性好），觀測值與設(shè)定值之間的偏差小，轉(zhuǎn)換過程時間短。

綜述環(huán)境試驗(yàn)箱的原理和設(shè)計特點(diǎn)。所謂環(huán)境試驗(yàn)箱是為實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)提供所需特殊環(huán)境的設(shè)備。用以提供人為控制的各種溫度、濕度和壓力條件，以便進(jìn)行材料和儀器性能以及生理學(xué)、生物學(xué)等方面的試驗(yàn)。提出環(huán)境濕度箱的設(shè)計應(yīng)考慮下列因素：溫度變化對相對濕度的影響；空氣流動速度的影響；加濕的過程；控制儀表和控制閥門；加濕器；減濕過程；加熱過程；冷卻過程；綜合控制程序。

為了獲得穩(wěn)定的相對濕度，首先必須同時將溫度嚴(yán)格的控制在一定范圍內(nèi)。其次要能迅速測定并修正狀態(tài)的變化。為此，要采用波動性小，快速響應(yīng)的自動控制系統(tǒng)，以便在變化的極限范圍內(nèi)能進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。最后，應(yīng)該正確地設(shè)計控制程序，以保證控制方式簡單和合理。對于設(shè)計者來說，從減小時間滯后和波動性來考慮，有多種裝置和控制方法可以選用。這些方法基本上可以歸納為3種：靜態(tài)法、間接法和直接法。

在靜態(tài)法中，通常使用恒濕物質(zhì)控制濕度。例如，在密封的容器內(nèi)放置一定數(shù)量的恒濕物質(zhì)，當(dāng)相對濕度發(fā)生微小變化時，恒濕物質(zhì)亦隨之吸收或放出相當(dāng)數(shù)量的水汽。如果容器的溫度均勻一致，則相對濕度的變化很小，通?？梢院雎圆挥?。使用這種方法獲得的濕度值無需進(jìn)行測量，因?yàn)樵撝稻褪呛銤裎镔|(zhì)（例如某種恒濕鹽）在某一溫度下的平衡相對濕度。顯然這種方法只宜用于較小的空間。

間接法采用連續(xù)地往容器內(nèi)輸送恒濕空氣流的方式來控制濕度。如果容器的溫度是穩(wěn)定的，則相對濕度也是穩(wěn)定的。在大多數(shù)情況下，恒濕氣流由濕度發(fā)生器提供，所以氣體的含水量不僅恒定，而且其數(shù)值和準(zhǔn)確度也是已知的。因此，同樣沒有單獨(dú)測量相對濕度的必要。

直接法的特點(diǎn)是借助濕度傳感器進(jìn)行控制。為使被控制空間的相對濕度波動性小，并且對狀態(tài)和變化能作出快速修正，所用的濕度傳感器應(yīng)當(dāng)具有性能穩(wěn)定、響應(yīng)速度快以及訊號便于輸出等特性。除過去普遍使用的通風(fēng)干濕表和毛發(fā)元件之外，大多數(shù)電濕度傳感器的性能基本上都能滿足上述要求。用電阻溫度計作為感溫元件的通風(fēng)干濕表和陶瓷濕敏元件尤其適用于高濕和高溫高濕的控制場合，使用日益廣泛。

隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，濕度測量技術(shù)發(fā)展很快，要使?jié)穸葴y量領(lǐng)域在概念和量值方面統(tǒng)一，就必須首先重視濕度測量與控制?！?/p>

2012-07-09