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风速传感器 风速影响湿度测量问题的探讨

 
 
1.引言
在气候环境试验中,湿度是试验条件中的一个重要的物理量,它对产品和零部件的物理特性、机械特性、电气特性都产生一定的危害,并加快物件的破坏和机理的失效。而作为模拟湿热环境条件的湿热试验设备,在产品研究和质量检验中发挥了重要的作用,其主要用途就是进行产品的湿热试验以检验产品在湿热条件下的适应性,为提高产品在湿热环境下的防护能力和可靠性提供科学依据。如何使湿热试验设备能够准确地模拟出特定的湿热环境条件,对湿热试验设备的湿度进行**的测量和控制是必不可少的。如果模拟的湿热环境失准,即不能模拟正确的湿热环境,就会产生误判,给被试单位带来不应有的经济损失,因此湿度的**测量就显得尤为重要。然而,湿度受外界条件影响太大,这样给湿度的**测量和控制带来了不少难题。
 
2.风速对湿度测量的影响
湿度有两种表示方式:优良湿度和相对湿度,但通常大多采用相对湿度。所谓相对湿度,就是空气中水蒸气压力和同温度下饱和水蒸气压力之比值。目前,相对湿度的测量方法有干湿球法、露点法和湿敏电阻(容)法等,但大多数都采用干湿球法,它是通过测干球温度和湿球温度,再查对应的水蒸气分压力,然后利用下面公式(1)计算出相对湿度。露点法的测量原理类似于干湿球法。利用干湿球法测相对湿度的数学表达式为:
式中: V—相对湿度,%;
e—实际水汽压,Kpa;
E—干球温度t所对应的饱和水汽压力,Kpa;
E’—湿球温度t所对应的饱和水汽压力,Kpa;
A— 干湿球系数,℃-1;
P—大气压,Kpa。
由(1)式可以看出:P=1000毫巴为一定值时,影响相对湿度有以下因素:
(1).E和E’对V的影响。E和E’主要取决于温度tt,而tt的测量精度除了依赖于温度
计的精度外,还依赖于试验空间的湿度均匀性。对于不同的温度计而言,由于加工和材料的细微差异,不同的温度计都有一个误差曲线,从而使温度测量出现明显的误差。目前,大部分试验设备都采用铂热电阻作为感温元件以提高测温精度,但铂热电阻也存在这方面的问题,如同样精度的温度计,在40℃时,一支为40.1℃,另一支为39.9℃,如果用它们组成干湿球,就会出现明显的误差。因此,由于温度测量的误差导致了相对湿度测量的误差。另外,不同的传感器其响应时间常数不同,对湿度的敏感度就不同,时间常数大的传感器反应迟钝,而时间常数小的传感器反应灵敏,这样,导致在同一时刻各点所测的湿度不同。湿度的均匀性好坏主要受空气对流的影响,而湿度主要受温度的影响,要保证湿度均匀性,其前提是温度均匀性也要好。温度均匀性主要受设备内壁温度与空气气流组织的综合影响,现在一般的环境试验设备工作室送风都采用上送下回方式,并在送风口装有导风板来调节风向以提高试验室内温湿度的均匀性,然而,由于试验加载、试验空间限制及其它原因,会一定程度地阻碍空气对流,使得各测试点的风速不尽相同,不能满足国标关于试样周围空气层内的任何部位的空气流速应保持在0.2~2m/s的要求。因此处于这样温度场当中的各个传感器测得的湿度偏差很大。例如:某型号湿热试验设备几何中心的温度为40℃,湿度为90%R.H,而在其有效工作空间6个测试点,利用同样精度的干湿球温度计测得各点的温度分别为:40.6℃、40.2℃、39.8℃、38.9℃、40.3℃、39.9℃各点的相对湿度分别为:88.3%、89.4%、90.7%、92.4%、89.3%、90.8%,因此,各点的相对湿度差异是明显的。
(2)A对V的影响。A值主要取决于流经湿球温度计表面的风速,它是风速的函数,风速越大,A
值越小,e 值就越大,那么V值就越大;反之,风速越小,A 值越大,V值就越小,据有关资料介绍,A 值可由经验公式计算:
 
 
(2)

 
式中:V—流过湿球表面的风速
从上图风速与干湿球系数的曲线可看到:风速<1m/s时,A值随风速的降低,急剧增大,故风速
在<1m/s的情况下用柱状温度表测量的相对湿度差异较大;风速>2.5m/s后,A才接近一个极限值,如果风速太大,又会因湿球水份蒸发过程过快而不便测量。因此,当风速在2.5~3.5m/s时,A值基本保持稳定,此时得到的湿度比较准确。
3.消除风速对湿度测试影响的措施
由于试验设备内通风速度对湿度测试精度产生一定程度的影响,因而有效地解决湿度测试过程
的准确性,已成为当前的紧迫课题。为了提高测湿精度,除了选用精度高、响应时间短的传感器外,还需要从以下几个方面解决问题:
(1).气流组织和风速的调节是关系到试验室有效区域内温湿度均匀性的重要因素。因此,需要
调节好室内风速,控制室内气流方向,同时还要注意被试物品的摆放,以提高试验室内空气混合程度,使试验有效区域内各点风速达到均匀。
(2).选用不受风速影响的湿度测试仪表。由于试验空间的各测试点风速不同,所得湿度不同,
如果能做到湿球处风速一定,不受外界的影响,就可以很好地解决这个问题,目前有一种精度很高的仪器叫“阿斯曼干湿式温度计”,其特点是装有一台微型的小风机,保持了湿球附近的风速在2.5~3.5m/s,以使干湿球温度计的精度相同。由于受量程和使用空间的限制,该湿度计目前还不能用于湿热试验,然而,我们能否考虑利用其原理,在湿球温度计的附近通过风道设计开设专门的出风口,使其附近风速保持在2.5m/s左右,这样就可以提高相对湿度测量的准确度。
(3).具有在不同风速下的湿度查算表,这样得到的湿度才具有科学性和真实性。目前,国内现
有的湿度查算表,大多数是气象部门在给定风速和压力条件下算出的较低温度的湿度查算表,远远不能满足湿热试验的需要,因而需要在不同风速下的湿度查算表,供湿热试验用。
4.结束语
虽然湿度传感器有很多种类,如露点式、电容式等,它们的测量精度也基本能满足标准要求,
也基本不受风速的影响,但由于目前试验设备大部分是高低温潮湿三位一体,温度范围很宽,况且还有测量灵敏度、可靠性及成本等因素,所以一般象这些湿度传感器在试验设备上都不被选用。我们在使用干湿球法测量时还须特别注意湿球纱布的选用和包扎方法,经常检查湿球纱布的清洁度、使用时间,尽量避免在高温下使用等等,只有在各方面采取措施来消除和降低影响程度,才能保证湿度试验方法满足标准要求。
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