趙龍海

奧來國信（北京）檢測技術(shù)有限責任公司 北京 101300

1 測量原理

干濕球法是一種間接測量濕度的方法，它是通過測量干球溫度和濕球溫度利用公式或查表求出濕度的。

該方法是使用兩支規(guī)格完全相同的溫度計組成干濕球濕度計。干球溫度的感溫元件處于煙氣氣流主體中，濕球溫度的感溫元件用濕球紗布套包裹，并與盛水的容器相連。將濕球與周圍的煙氣作為一個系統(tǒng)，不考慮輻射導熱，也不考慮溫度計本身的導熱損失。

由于紗布套上的水不斷蒸發(fā)，吸收熱量，從而使?jié)袂驕囟认陆?，在測量過程中，煙氣對濕球的傳熱量與濕球紗布套上水分蒸發(fā)所消耗的熱量之間存在平衡關(guān)系，而濕球水分蒸發(fā)的速度與其周圍氣體的水汽含量成某種函數(shù)關(guān)系。

基于干濕球法原理的濕度自動測量裝置，其微處理器控制傳感器測量、采集干球、濕球表面溫度以及通過濕球表面的壓力及排氣靜壓等參數(shù)，同時由濕球表面溫度導出該溫度下的飽和水蒸氣壓力，結(jié)合大氣壓，根據(jù)August-Apzohn干濕球方程，得出干濕球法測量濕度的計算公式為[1]：

式中：Xsw—排氣中水分含量體積百分數(shù)，%；

Pbv—溫度為tb時飽和水蒸氣壓力（根據(jù)tb值，由空氣飽和時水蒸氣壓力表中查得），Pa；

0．00067—干濕球系數(shù)，℃-1；

tb—濕球溫度，℃；

tc—干球溫度，℃；

Pb—通過濕球溫度計表面的氣體壓力，Pa；

Ba—大氣壓力，Pa；

Ps—測點處排氣靜壓，Pa。

2 測量準確性影響因素

固定污染源監(jiān)測中，現(xiàn)場環(huán)境復雜多樣，影響濕度測量準確性的因素種類繁多。針對干濕球法，提出現(xiàn)場煙氣濕度監(jiān)測中的一些注意事項，以提高煙氣濕度測量的準確性。

2.1 通風速度的影響

理論研究和實踐都證明了通風速度對于干濕球法測量濕度的影響，尤其是對濕球溫度降低的重要性。對于強制通風的干濕球濕度計來說，通風速度在（2．5-4．5）m/s[2]之間時，干濕球系數(shù)A接近為常數(shù)。通風速度過低時，干濕球系數(shù)不穩(wěn)定，過高時則容易造成過熱。

由于通風速度會對濕度測量造成影響，這就要求監(jiān)測人員在日常監(jiān)測中，要注意檢查濕度采樣管的氣流通暢狀況，防止發(fā)生阻塞而影響通風速度。一般來說，設備在設計時會根據(jù)煙氣濕度采樣管尺寸設定合適的通風量，以控制合理的通風速度。監(jiān)測單位在日常儀器維護保養(yǎng)中，也要對濕度采樣管的通風量、通風速度進行檢查，以保證通風速度在有效范圍內(nèi)。

2.2 濕球紗套的影響

濕球紗套的作用是利用毛細現(xiàn)象將儲水盒中的水吸送到濕球上，使得濕球保持濕潤。由于濕球紗套長時間使用會變質(zhì)，從而使?jié)袂虻钠胶鉁囟劝l(fā)生漂移，干濕差變小。這種影響往往是由于灰塵或其他污物附著在濕球紗套上，因細菌作用使紗套變質(zhì)造成的。因此應定期或及時更換紗套，尤其是在污染源排氣中污染物濃度較高的情況下。

在實際監(jiān)測中，打開采樣孔后，要先清除孔中的積灰，再進行監(jiān)測；在更換濕球紗套時，應將手洗凈，以免人手上的油脂污染紗布而影響濕球溫度的測量。

另外，濕球上的紗套應使用專用紗套，因為紗套的吸水性、紗線密度、厚度等性能都會影響濕球溫度的測量。

2.3 溫度傳感器的影響

干球溫度和濕球溫度都是通過溫度傳感器測量來得到的，因此溫度傳感器的準確性和穩(wěn)定性對干濕球法測量濕度有非常重要的影響。

一般來說，應選擇精密度較高的熱電偶或鉑電阻溫度傳感器作為干球、濕球的測溫傳感器。除了考慮準確度等級的影響外，溫度計的穩(wěn)定性也是非常關(guān)鍵的，因此，作為干濕球法測量濕度的溫度傳感器應具有良好的穩(wěn)定性和等級要求。

此外，現(xiàn)場監(jiān)測時，應待干、濕球溫度穩(wěn)定后再進行讀數(shù)，穩(wěn)定后的干球溫度應與煙氣溫度相近。在對連續(xù)多源進行監(jiān)測時，需要待濕球溫度與環(huán)境平衡后再進行下一個源的測量。

2.4 壓力傳感器的影響

通過濕球溫度計表面的氣體壓力是由設備壓力傳感器測出的，環(huán)境大氣壓力是由設備測出或現(xiàn)場直接輸入的，由式（1-1）可知，壓力對煙氣濕度的測量有直接的影響。

所以，設備應選擇精密度較高的壓力傳感器。若環(huán)境大氣壓為現(xiàn)場輸入值，就要求監(jiān)測人員現(xiàn)場根據(jù)壓力表測量值輸入，切不可在設備中不進行更改或直接輸入標準大氣壓值進行監(jiān)測。

2.5 加熱采樣管的影響

當煙氣溫度較低或水分含量較高時，水分可能會在采樣管內(nèi)冷凝而產(chǎn)生誤差，為避免這種情況的發(fā)生，應對采樣管進行保溫或加熱，以防止煙氣溫度降低達到露點溫度而冷凝。

現(xiàn)場監(jiān)測時，要根據(jù)測點處煙氣的實際溫度，通過調(diào)節(jié)采樣管加熱溫度，避免進入干濕球室的煙氣溫度與采樣處煙道內(nèi)的煙氣溫度相差過大。實際操作中，采樣管的加熱溫度應略高于測點處的煙氣溫度。

此外，有些監(jiān)測設備采樣管與干、濕球溫度計之間用膠管連接，此處連接用的膠管要盡可能短，且管壁不宜過薄，以防止煙氣溫度過度下降。

2.6 儲水盒水溫的影響

儲水盒是提供濕球紗套水分的來源，也是影響濕球紗套溫度的因素之一（煙氣溫度是紗套溫度的另一影響因素）。儲水盒水溫會影響濕球紗套的溫度，紗套溫度不同，濕球紗套水分的蒸發(fā)速度也會不同，對應濕球溫度下的飽和水蒸氣壓力也不同，進而影響煙氣濕度的測量結(jié)果。下表數(shù)據(jù)為在同一煙氣環(huán)境，不同儲水盒水溫下的煙氣濕度測量結(jié)果。

圖1數(shù)據(jù)表明，儲水盒水溫會對煙氣濕度測量結(jié)果產(chǎn)生影響，煙氣濕度測量結(jié)果會隨著儲水盒水溫升高而變大，兩者之間呈正相關(guān)關(guān)系。

3 測量的限制范圍

干濕球法是依據(jù)濕球中水分蒸發(fā)速度與被測氣體濕度相關(guān)的原理建立的一種測量方法。水分的蒸發(fā)需要吸收濕球的熱量，又導致濕球溫度下降，因此濕球溫度下降值與氣體濕度大小相關(guān)，其相關(guān)關(guān)系服從計算式（1）。在以下幾種條件下這種相關(guān)關(guān)系被破壞，該法的運用受到限制。

圖1 儲水盒水溫對煙氣濕度的影響

3.1 被測氣體處于飽和狀態(tài)時

根據(jù)干濕球法測量濕度原理，在被測氣體處于飽和狀態(tài)時，濕球水分不再蒸發(fā)，測量機理消失，不能用干濕球法測量這種狀態(tài)下的氣體的濕度。

在實際監(jiān)測中，有的污染源排氣本身濕度較大或煙氣溫度較高與煙道外界環(huán)境溫差過大，這時就有可能出現(xiàn)煙氣濕度飽和甚至過飽和現(xiàn)象，所以此時就要判斷排氣濕度是否為飽和狀態(tài)。

本文根據(jù)飽和水蒸氣壓力表，計算出不同溫度時的飽和狀態(tài)的濕度，用以判斷濕度是否為飽和狀態(tài)，計算公式為：

式中：X—排氣中水分含量體積百分數(shù)，%；

Pv—不同溫度時的飽和水蒸氣壓力（由空氣飽和時水蒸氣壓力表[3]中查得），Pa；

Ba—大氣壓力，Pa；

Ps—測點處排氣靜壓，Pa。

根據(jù)日常監(jiān)測經(jīng)驗，污染源排氣靜壓Ps一般不會太大，故在繪制曲線時忽略，氣壓以標準大氣壓值計算。由此制成不同煙氣溫度時飽和含濕量曲線圖2。由曲線圖可知，曲線下方的區(qū)域為干濕球法測量煙氣濕度的適用范圍。

圖2 不同煙氣溫度時飽和含濕量曲線

3.2 被測氣體溫度過高時

在實際監(jiān)測中，有的污染源煙氣溫度過高，導致濕球溫度升至100℃，這時濕球溫度不再受氣體濕度的影響，測量機理消失，因此不能用干濕球法測量這種狀態(tài)下氣體的濕度。

3.3 濕球水分蒸發(fā)殆盡時

在污染源煙氣溫度較高，濕球蒸發(fā)速度較快，或監(jiān)測時間較長時，此時就要注意濕球紗套的水分。當濕球水分蒸發(fā)殆盡后，濕球溫度明顯上升，測量機理消失，必須給濕球補充水分后再進行測量。

4 不同方法的比較與分析

GB/T16157-1996中規(guī)定的濕度測量方法有冷凝法、重量法、干濕球法。近年來，隨著現(xiàn)代微電子、微機械加工、計算機等技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了阻容法、電容法、激光法等多種濕度測量方法。

為了探討干濕球法在不同工況條件下所測數(shù)據(jù)的準確性，通過查閱相關(guān)文獻資料進行方法比對。文獻中采用了干濕球法、重量法、阻容法、激光法對7個不同的污染源進行了比對，其中干濕球法所用儀器為3012H設備，與目前市場上普遍使用設備相同，具備可比性，結(jié)果如下[4]：

圖3 污染源煙氣監(jiān)測時工況

圖4 不同污染源4種測定方法濕度測量結(jié)果對比分析

由圖中數(shù)據(jù)可知：干濕球法測定煙溫在100℃以下煙氣的濕度結(jié)果與其他3種方法相關(guān)性較好，能較準確的獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)；干濕球法測定煙溫在100℃以上煙氣的濕度準確度差。

5 結(jié)語

污染源濕度監(jiān)測中，干濕球法以其操作簡單、易于維護、測試快速等優(yōu)勢在實際監(jiān)測中應用最為普遍，但其同樣存在影響測量準確性的因素及方法本身的局限性。

本文針對干濕球法，提出煙氣濕度測量當中的一些注意事項，在實際監(jiān)測中，首先應在方法的適用范圍內(nèi)測量，同時保證規(guī)范的操作方式，避免由于操作原因?qū)е聹y量誤差。