湿度仪原理

我们通常说的“空气湿度”一般都是指“相对湿度”，它是空气中实际水汽压与当时气温下的饱和水汽压之比，用百分数表示，百分数越大，表明空气湿度越大。　　古人当然不知道相对湿度的百分数，但大致的空气干湿概念还是有的：湿度越小表示空气越干燥，湿度越大表示空气越潮湿。早在西晋，傅玄就有一首《炎旱诗》问世，诗中的“河中飞尘起，野田无生草。”就写出了空气的干燥和旱情的严重。宋代梅尧臣的《梅雨》诗中就有“湿菌生枯篱，润气醭素裳。”其中的“润气”就是潮气、湿气。古人甚至还能根据空气湿度的大小进行天气预测，唐代黄子发著的《相雨书》里便有“壁上自然生水者，天将大雨”、“石上津润出液，将雨数日”等记载。　　空气湿度肉眼是看不到的，怎样大致评估出空气湿度的大小，其实就涉及空气湿度的测量了。　　我国是最早发明测湿仪器的国家。东汉王充在《论衡变动篇》中曾经谈到，琴弦变松，天就要下雨。琴弦变松，是天变潮湿、弦线伸长所造成的，表示空气湿度较大。可见，古代的弦琴也可当作原始的空气湿度测量仪器。现代毛发湿度计中的“毛发”，其实就是古代琴弦的微缩和精确。　　元末明初娄元礼在《田家五行》一书中也说，如果质量很好的干洁弦线忽然自动变松宽了，那是因为琴床潮湿的缘故 出现这种现象，预示着天将阴雨。他还谈到，琴瑟的弦线所产生的音调如果调不好，也预兆有阴雨天气，这其实也是因为变松宽了的弦线，其音准敏感度降低了，合乎科学道理。　　在《史记天官书》中曾提到一种把土和炭分别挂在天平两侧，以观测挂炭一端天平升降的仪器。这其实就是原始的“湿度计”。原理是：天气干燥了，炭就轻，天平就倾向于土 天气潮湿了，炭就重，天平就倾向于炭。也就是古人说的“燥故炭轻，湿故炭重”。《淮南子泰族训》曰：“夫湿之至也，莫见其形，而炭已重矣。”翻译成现代汉语就是：湿气到来的时候，人是看不见的 但是炭已经表现出沉重了。这就进一步阐明了这个测湿仪器能测量出看不见的水汽。显然，这样的测湿仪器在测量方式和精确度上，比“琴弦测湿”又进了一步。　　清康熙年间，西方来华传教士南怀仁曾用小鹿的筋做成一个弦线湿度表，以验空气中的燥湿。其原理也是“鹿筋吸湿”，但如此制作仪器，取材太残忍也太昂贵了。　　最接近现代湿度计的测湿仪器的发明者，当数清代发明家黄履庄。1656年出生的黄履庄，发明或改进过许多光学仪器(如探照灯、望远镜、显微镜)，也发明过许多“验器”，其中的验冷热器，就是现代“温度计”的雏形 而验燥湿器，就是现代“湿度计”的雏形，它利用弦线吸湿伸缩的原理，测量空气中的湿度，比瑞士人索修尔发明的毛发湿度计，早了一百多年。

过去的温湿度传感器都比较简单，而随着技术的成熟，科技的进步，如今温湿度传感器发展也是越来越好。由于温度与湿度不管是从物理量本身还是在实际人们的生活中都有着密切的关系，所以温湿度一体的传感器就会相应产生。 温湿度传感器是指能将温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号的设备或装置。 市场上的温湿度传感器一般是测量温度量和相对湿度量。结合目前市场上的传感器类型，即使是温湿度传感器，这一类型的传感器，还会分为很多种类，有很多的类型。当然它们的应用领域也是千差万别的。下面具体来看下湿度传感器的种类都有哪些?温湿度传感器按监测方法分有接触式和非接触式两种接触式： 接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。非接触式： 它的敏感元件与被测对象互不接触，又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速(瞬变)对象的表面温度，也可用于测量温度场的温度分布。常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律，称为辐射测温仪表。辐射测温法包括亮度法(见光学高温计)、辐射法(见辐射高温计)和比色法(见比色温度计)。各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。温湿度传感器也分分体式和一体式两种，上面介绍了一体式，下面介绍分体式。分体式又温度传感器和湿度传感器组成。温度传感器通过感温元件来分类可以大致分成铂热电阻温度传感器、热电偶温度传感器、热敏电阻温度传感器三大类。1：铂热电阻温度传感器铂热电阻是利用铂丝的电阻值随着温度的变化而变化这一基本原理设计和制作的，按0℃时的电阻值R（℃）的大小分为10欧姆（分度号为Pt10）和100欧姆（分度号为Pt100）等，测温范围均为-200~850℃。利用PT100铂热电阻作为感温元件的型号有铠装式、装配式、插座式、端面热电阻。主要应用了需要温度误差小的行业或者是精密仪器仪表。2：热电偶温度传感器热电偶是温度测量中常用的温度传感器。其主要好处是宽温度范围和适应各种大气环境，而且结实、价低，无需供电，也是便宜的。热电偶由在一端连接的两条不同金属线(金属A和金属B)构成，当热电偶一端受热时，热电偶电路中就有电势差。通过电势的变化来得出相应的温度变化。热电偶是简单和通用的温度传感器，但热电偶并不适合高精度的的测量和应用。3：热敏电阻由金属氧化物陶瓷组成，是低成本、灵敏度高的温度传感器。热敏电阻是用半导体材料， 大多为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。温度变化会造成大的阻值改变，因此它是灵敏的温度传感器。但热敏电阻的线性度极差，并且与生产工艺有很大关系。热敏电阻在两条线上测量的是温度， 有较好的精度，但它比热偶贵， 可测温度范围也小于热偶。一种常用热敏电阻在25℃时的阻值为5kΩ，每1℃的温度改变造成200Ω的电阻变化。注意10Ω的引线电阻仅造成可忽略的 0.05℃误差。它非常适合需要进行快速和灵敏温度测量的电流控制应用。尺寸小对于有空间要求的应用是有利的，但必须注意防止自热误差。湿度传感器的湿敏元件分为电阻式和电容式 两种。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。常见的湿度测量方法有：动态法(双压法、双温法、分流法)，静态法(饱和盐法、硫酸法)，露点法，干湿球法和形形色色的电子式传感器法。

前言在CEMS(烟气连续排放监测) 系统中，湿度测量往往由于传感器寿命短，校准困难等问题，大多数情况下，工艺操作人员都对其测量数据存疑，很少从工艺角度分析数据的准确性，分析结果也几乎不会用于工艺控制的参考。稀释抽取式湿度计，由于在样品抽取时已经完成了大比例的稀释，样气中的湿度和颗粒物含量都极低，所以其运行条件好，传感器寿命长，且方便校零。在氨法脱硫工艺的实际使用中，稀释法烟气连续排放监测系统中配置的抽取式湿度计，因其良好的性能和极少的维护量，既能满足法规要求的污染物排放监测功效，又能帮助工艺人员实现对氨法脱硫工艺的运行优化控制。氨法脱硫工艺原理氨法脱硫工艺的原理简单讲，就是向烟道内加入适量的NH3（氨）、H2O、O2等物质，经过物理吸收、化学反应等复杂过程后，将烟气中含有的SO2去除，实现SO2的减排。其主要的化学反应如下：1）中和：SO2+H2O=H2SO3（亚硫酸） NH3+H2O=NH3H2O（氨水）2NH4OH+H2SO3=(NH4)2SO3（亚硫酸铵）+2H2O(NH4)2SO3+2H2SO3=2NH4HSO3（亚硫酸氢铵）+H2O2）氧化：2(NH4)2SO3+O2=2(NH4)2SO42NH4HSO3+O2=2NH4HSO4NH4HSO4+NH3H2O =(NH4)2SO4+H2O2NH4OH+SO3=(NH4)2SO4+H2O湿度叠加是造成抽取式湿度计结果出现偏差的主要原因在氨法脱硫工艺中，排放口的烟气工艺温度一般都控制在50℃左右。如果采用直插式的湿度计测量烟道中的湿度，且工艺控制中 NH3H2O处于过量状态(这种工艺控制是不合规的)，低温环境，又处于稳定工况，此时 NH3H2O以稳定的液态形式存在。直插式湿度计的测量结果仅仅是气态水的含量值，而烟气中的 NH3H2O对湿度计测量不会产生示值影响。但是，对于抽取式的湿度计来讲，根据HJ76-2017的要求，其取样探头、取样探杆等需要加热(120℃以上)。当工艺控制中NH3H2O过量了，烟气中部分NH3H2O被抽取到经过加热的探头、探杆后，由于温度的升高，NH3H2O很容易分解，生成气态的NH3和H2O。其反应原理如下：这时到达湿度计检测传感器的实际湿度是烟气中的实际湿度和NH3H2O分解产生的湿度之和，这就导致其测量结果出现系统性的偏差。抽取式湿度计可快速判断喷氨量的投用情况，为工艺提供控制参考这里分享两个测试案例：例一. 陕西某氨法脱硫排放口测试NH3.H2O明显过量的情况下，现场对抽取式探头的加热温度进行人为调整，温度从50℃~150℃~50℃顺序进行变化。在工况稳定时，发现湿度会随温度升高而升高，随温度的降低而降低，直到控制温度和烟气温度接近后，湿度不会再变化，大约12%左右，其过程见下面测试趋势图：点击查看大图在测试过程中，我们同时用便携的直插式湿度计进行了同步比对。期间直插式湿度计的示值一直保持在11%左右，没有出现明显上升和下降。我们的稀释抽取系统所配置的湿度计，检测的是水气的体积比，而体积浓度的特点是其测量结果不会随温度的变化而变化。但实际的测试中却出现了湿度随温度变化的现象，那么这个变化是怎么产生的呢？通过分析，我们认为其主要原因是过量的 NH3H2O，在样品稀释抽取过程中因为加热而出现了结合水的分解，产生了湿度叠加，造成湿度计示值增加。例二. 广东某氨法脱硫排放口测试在这个现场，我们没有调整探头等的加热温度，其温度一直保持在145℃，但工艺调整了NH3.H2O的喷入量，从下面的趋势明显看出，当NH3升高时，湿度也在升高，当NH3下降时，湿度也在下降，并且完全同步，至此，可以得出结论，湿度的升高就是NH3.H2O分解产生的湿度叠加的结果。点击查看大图相信文章看到现在，会有人提出一个质疑：抽取式湿度计测量不准确，它所测湿度值叠加了 NH3H2O的加热释放湿度，不能用于折干计算。