湿度测量系统是由传感器、信号变换器、数据采集单元等组成,具有测量湿度的功能。在空气烩值法试验装置中通常采用的湿度测量系统有采用湿度传感器湿度测量系统、十湿球法的湿度测量系统和露点温度法的湿度测量系统。
一、采用湿度传感器的湿度测量系统
湿度传感器以其较好的准确度和良好的短期稳定性,为温湿度监测提供了良好的技术支持,但其长期稳定性不佳和使用寿命偏短也是存在的问题。而且对于使用和校准环境的要求也较高,所以使用湿度传感器的空气烩值法试验装置的加湿水最好采用纯净水,避免酸碱性影响。用于校准空气烩值法试验装置采用湿度传感器湿度测量系统的计量标准器装置,组成为标准湿度发生器。温度发生范围:5℃—50℃;湿度发生范围:5一95%RH;稳定性小于1%RH。标准器装置的最大允许误差:士2%RH同样采用系统校准的方法进行。校准点应均匀分布1090%RH范围内,不少于5个校准点。
校准步骤:
a)将湿度测量系统的湿度传感器置入湿度发生器的测试室中,盖好湿度发生器测试室的盖子。在整个测试过程中保持测试室的密封性;
b)校准时,设定湿度发生器的温度值(根据实验室具体情况设定)。当温度平衡后,再设定湿度发生器的湿度值,一般按照从低湿度到高湿度的顺序;
c)每个校准点在温湿度达到设定值并稳定10 min后,每隔不少于2 min记录1组标准湿度值和湿度测量系统的示值,至少记录3组数据。然后进行下一个校准点,至所有的校准点测试完毕。校准、修正完毕后,可保证采用湿度传感器的湿度测量系统的扩展测量不确定度U=3%RH(k=2)。
二、干湿球法的湿度测量系统
十湿球法的湿度测量系统是在空气烩值法试验装置中使用最为广泛的一种,具有准确度高、可修正、计算直接等优点。同时其湿球测量温度也是烩值和制冷量计算中影响相当大的参数之一,所以正确使用和定期校准是保证空气烩值法试验装置测试准确的重要组成部分。
经过对十湿球法测相对湿度的结果分析,在温度波动士0.15℃内,其不确定度<<1.5%RH。若温度波动士0.5℃,不确定度将达到6%左右。使用时应小心谨慎,否则会造成很大的测量误差,所以在使用此方法时注意以下几点:
1)作为十湿球的两支铂电阻温度计要配对使用,相互一致,且铂电阻测量温度的误差毛0.10C;
2)铂热电阻的时间系数要尽量小,以免产生滞后;
3)湿球上的纱布用气象纱布,每次使用前要更换纱布,以免粘上油或赃物,影响湿球温度;
4)湿球用水最好用蒸馏水;
5)安装十湿铂电阻时,相距25mm为宜,空气流过湿球之前,首先流过十球,或使空气分别通过十球和湿球。
标准大气压力下的查算表,使用时在2—5 m/s的风速范围内一般不作修正。根据十湿球法测量相对湿度的方程,很容易得知相对湿度的测量不仅与十、湿温度有关,还与实际气压和风速有关,特别是当风速低于2.5 m/s时,对相对湿度的影响很大,风速越小,影响越大。由于空气烩值是湿球温度的单值函数,所以同样的风量对于空气烩值也有影响。取样风速主要影响空气湿球温度的测量,空气十、湿球温度t-27℃和tH.-19℃在不同取样风速下所对应的空气烩值如图2所示。
可以看出:当取样风速v大于3 m/s时,烩值ha随v的变化已经很小,当v大于6 m/s时,ha已基本保持不变。所以取样风速必须大于3 m/s由于风速过大时会将湿球纱布吹起或吹十,使测量的湿球温度偏离实际的空气湿球温度,所以取样风速也不宜取得太高,通常选用5 m/s为推荐的取样风速。十湿球法的湿度测量系统的校准同样采用系统校准的方法,分别对十球温度、湿球温度的温度测量系统进行校准及修正,具体可参考温度测系统一节。
三、露点温度法的湿度测量系统
精密露点仪是测量相对湿度准确度最高的仪器,但由于环境要求高、需要外接气体等原因,在空气烩值法试验装置中很少使用。主要用于测量零度以下工况时的露点温度和湿度,且大多采用的是工业级露点仪,准确度要求并不高。工作原理是根据露点温度的定义,在压力不变的情况下通过半导体制冷使气体中的水蒸气在露点仪的镜面上冷凝,当达到热力学相平衡状态时,准确测量此时镜面的温度,即为该气体的露点温度。露点仪还另有一支铂电阻温度计测量环境温度。参考JJG499-2004《精密露点仪检定规程》,露点仪的检定校准有两种方法。一种是使用标准动态湿度发生器作为检定标准器,则被检露点仪的示值误差为被检露点仪的示值平均值与标准动态湿度发生器的示值平均值之差。另一种方法是使用高等级露点温度计作为标准,则被检露点仪的示值误差为被检露点仪的示值平均值与高等级露点温度计的示值平均值之差。空气烩值法试验装置中使用的露点仪通常为固定式,且准确度不高。采用第二种方法,标准器装置为二级精密露点仪,测量范围-20℃一40℃标准器装置的最大允许误差士0.3℃。其校准数学模型为系统校准步骤:
a)将被校准露点温度仪与二级精密露点仪置入测试室,在整个测试过程中保持测试室的压力稳定;
b)设定测试室的温湿度值,从低湿到高湿。每个校准点在温湿度达到设定值并稳定30 min后,每隔不少于2 min记录1组露点温度值,至少记录3组数据。然后进行下一个校准点,至所有的校准点测试完毕。
校准中要特别注意的是:1}露点测量室和采样系统的温度应高于待测气体的露点温度,避免在管路中就开始结露;2}露点测量室内的压力等于大气压时,可直接测量露点温度值;3)当露点测量室内样气压力偏离标准大气压(101325Pa)200Pa以上、但波动小于200 Pa/h时,可用计算的方法对检定结果加以修正(已配备了自动压力修正系统的除外)。通过系统校准和修正后,采用露点温度法的湿度测量系统的扩展测量不确定度U=0.60C(k=2)。http://www.zhsysb.net