干湿球法测相对湿度的计算与控制

　　一、前　言

　　产品、设备或材料在潮湿条件作用下可发生外观或物理、化学和电性能方面的劣化,并导致设备功能性失效。湿热条件作用下各种劣化效应往往是产品表 面受潮和体积受潮两种现象造成的;潮气通过吸附、凝露、扩散、吸收等物理现象来使得物品受潮。相对湿度是用来描述空气潮湿程度的物理量;在各种标准中都给 以明确的规定,因而相对温度的测量、计算、控制将显得非常重要。

　　二、干湿球法测湿原理

　　所谓相对温度是指在一定温度条件下,空气中水蒸汽分压力和同温度下饱和水蒸汽压力比值的百分数,即:

　　根据传热原理与能量守恒原理,在测湿过程中,空气对湿球的传热量Q1与湿球纱布上水分蒸发所耗散的热量Q2之间存在平衡关系,即:

　　根据传热原理有:

　　式中　α为湿球表面与空气之间的换热系数

　　t1、t2分别为干球温度、湿球温度

　　F为湿球的表面积

　　式中,w、q分别为湿球水分蒸发量和水的汽化潜热

　　水的蒸发过程属于水和空气之间的湿交换过程,蒸发量可用下式来计算:

　　式中　β为湿交换系数et1、et2分别为干、湿球温度下水蒸汽压力

　　p为实际的大气压力

　　(5)式代入(4)式有:

　　式中　△t=t1-t2表示干、湿球的温度差

　　为干湿表面系数式中的α、β与流过湿球表面的空气流速有关,需经试验来确定。通常用经验公式:

　　其中v为流过湿球表面的风速。可以看出,当v>2m/s时,风速对A值的影响急剧减小,故可取A=0.00068作为计算值,p可取标准大气压力101.325kPa,代入(7)式有:

　　由热力学可得到水蒸汽压力与温度之间的关系:

　　则干球温度的饱和水蒸汽压力为:

　　而湿球温度的饱和水蒸汽压力为:

　　(12)式为利用干湿球法测量相对湿度的计算公式,也是利用干湿球测量相对湿度的理论依据。由推导过程中可以认为在一定的空气状态下,干湿球温 差反映了空气中湿度的大小,因而,在试验和使用中,精确地测量干球、湿球温度以及精确地控制干湿球的温度及温差可以很好地控制好相对湿度。

　　三、影响干湿球测量精度的几个因素

　　(1)空气流速的影响

　　干湿球温差是空气流过湿球表面发生热交换而产生的;而且干湿球系数又是风速的函数,两者之间有如下图的关系。从风速与干湿球系数曲线上可看出: 当风速小于2m/s时,A随风速的减小而急剧增大;当风速大于2m/s时,其接近于一个定值。但是,在使用过程中,若风速过大,湿球水分蒸发过快而不易测 量。