关于干湿球法测量湿度的几点讨论

　　0引言

　　在工农业生产领域及气象、环保、国防、科研、航天等部门,对湿度的控制要求已成为比较普遍的技术条件,从而极大地促进了湿度测量技术的发展。目前常见的湿度测量方法有:露点法、干湿球法和电子式传感器法。干湿球法应用较早,原理简单,做成的干湿表使用方便、维护简单,大量应用在各种测湿场合。其中精密的阿斯曼通风干湿表还可作为湿度量传标准器使用。

　　1　原理

　　相对湿度是指湿空气中实际水汽压与同温度下饱和水汽压的百分比。干湿球法是一种间接测量相对湿度的方法,它是通过测量干球温度和湿球温度,利用公式或查表求出相对湿度的。

　　该方法是使用两支规格完全相同的温度计组成干湿球湿度计,一支称为干球温度计,用以测量环境温度,其示值用ta表示;另一支称为湿球温度计,其示值用tw表示。湿球温度计的温泡用湿球纱布套包裹,并与盛水的容器相连。纱布套上的水不断蒸发,吸收热量,从而使湿球温度下降。而湿球水蒸发的速度与其周围气体的水汽含量成某种函数关系,干湿球法测量湿度的计算公式为:

　　式中:ew为湿球温度下的饱和水汽压;es为干球温度下的饱和水汽压;A为干湿球系数;p为气体总压力,一般为101325Pa。

　　2　计算方法

　　要求相对湿度U,首先需要计算出式(1)中干、湿球温度下的饱和水汽压es、ew和干湿球系数A。

　　2.1　饱和水汽压计算公式

　　目前饱和水汽压公式使用比较多的是Sonntag公式,其纯水面上的饱和水汽压公式为:

　　式中:T的单位为K;ew(T)为温度T时的饱和水汽压,单位为Pa。

　　式(2)的使用范围为173.15K≤T≤373.15K。

　　式(2)计算起来比较繁琐,可以用Magnus代替,其公式为:

　　式中:t的单位为℃;ew(T)单位为Pa。

　　式(3)的使用范围为-45℃≤t≤60℃。

　　2.2　干湿球系数A的计算

　　在August-Apzohn干湿球方程中给出了干湿球系数A的计算公式为:

　　式中:Ma为空气的相对分子质量;Mv为水的相对分子质量;L为水的汽化潜热;Cp为空气的等压比热容。

　　但是这个公式得出的A值只有在风速比较高时才是基本准确的。在实际使用中往往用下面的经验公式来计算。

　　式中:v为空气流过湿球四周的速度,单位为m/s。

　　使用参考文献[2]对以上公式进行验算的数据如表1所示。(假设干球温度为20.0℃,湿球温度为15.0℃)

　　由表1可以看出,通过公式计算出的湿度与通过查表法计算出的湿度,误差在1%RH左右。由于工作中使用的干湿表的示值误差允许范围为±5%RH,所以这两种方法所产生的误差可以接受。