一种新型的相对湿度测量仪设计

　　0 引言

　　在生产和生活中，常常需要进行相对湿度测量。相对湿度准确测量一直以来都是个难题，目前大致有两种方法：一是使用湿度传感器，如湿敏电阻、湿敏电容等;二是使用干湿球方法。烟叶初烤一般采用 3 段式工艺，按照预定干球温度和湿球温度曲线进行烘烤。第一阶段为变黄阶段，使烟叶变黄，同时适量脱水实现变软;第二阶段为定色阶段，就是使叶片干燥，将黄色固定下来;第三阶段是干筋阶段。依据烤房条件，常采用干湿球方法测量相对湿度。干湿温度测量使用酒精、煤油温度计，精度低;换算时没有考虑气压因素，尤其是气流速度对干湿表系数的影响。为此，设计一种简单实用、智能化程度高的新型相对湿度测量仪。

　　1 干湿球相对湿度测量原理

　　1.1 测量原理

　　干湿球湿度测量两个温度传感器的准确度应一致，一个为干球温度传感器，显示当前湿空气的温度t ，一个为湿球温度传感器，其感温端上包有纱布，纱布浸入盛有清水的容器中，显示湿球温度wt ，未饱和空气的湿球温度wt 较干球温度t 低。

　　当未饱和湿空气流过暴露在空气中的湿纱布表面时，因为湿空气未饱和，则湿纱布中的水蒸汽压力大于湿空气中的水蒸汽分压，湿纱布中的水分蒸发，蒸发所需要的热量来自于湿纱布中的水分，从而水分温度下降。同时，当水分温度低于湿空气温度时，热量将由湿空气传给湿纱布中的水分，温差愈大传热速率愈快，一直到湿空气向湿纱布单位时间内传递的热量等于单位时间内湿纱布表面水分蒸发所需要的热量时，达到平衡，湿球温度就是平衡时湿纱布中的水分温度。如果湿空气处于饱和状态时，则干球温度和湿球温度相等。

　　动态平衡时，湿纱布中水分蒸发的传质速率[1]即为

式中M —传质速率(kg/s);

　　k —表面传质系数 [kg/(m²·s)];

　　S —湿空气与湿纱布的接触表面积( m²);

　　P —当地气压( MPa);w

　　E —湿球温度对应的饱和水蒸汽压( MPa);

　　E —湿空气中的水蒸汽分压( MPa)。

　　蒸发所需要的热量为

式中w_γ —湿球温度下的汽化潜热(kJ/kg)。同时，湿空气向湿纱布的传热速率[2]为

式中Q—传热速率(W);

　　h —对流传热系数 [W/(m2·k)]。

　　由式(1)、式(2)及式(3)可以得到湿空气中水蒸汽分压为

式中RH —相对湿度;

　　E —干球温度对应的饱和水蒸汽压( MPa);