一种高温空气湿度测量方法技术

一种高温空气温湿度测量方法，属于空气状态参数测量技术领域。本发明专利技术的特征在于通过调节高温及低温空气的混风比，控制混合后空气的温度在常规温湿度仪表的测量量程范围内，通过测量高温空气的干球温度及低温空气与混风的干、湿球温度，利用湿空气热力性质关系计算被测高温空气的湿度及各状态参数，实现采用常规温湿度仪表对高温空气湿度的测量。该方法只需测量空气的干、湿球温度及调节冷、热风的混风比例，而无需直接测量混风比，不仅可实现高温空气湿度的测量，而且与现有技术相比，具有测量方法简单，精度高，测量成本低，易于操作和实现的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高温空气温湿度的测量方法，尤其是高温低湿环境空气的状态参数测量，属于空气状态参数测量

技术介绍
空气湿度是表征空气中水汽含量的多少或空气的干湿程度，它是空气状态参数中一个非常重要而又难以准确测量的物理量。空气的绝对含湿能力随空气温度的升高而增大，在100℃以上的高温状态下，即使空气的相对湿度相差很小，但其绝对含湿量的差异可能会很大，因此对于高温空气，其湿度测量的精度宜以绝对含湿量的测量精度指标来衡量。目前对空气湿度的测量主要有以下几种方法一、利用毛发、纤维等物质随周围空气湿度变化而伸缩的特性来测量空气的含湿量。该测量方法简单，成本低；但测量量程窄，精度低，且维护管理过程复杂(程起范，空气湿度及其测量方法，辽宁气象，1996，(4)36)。二、干湿球湿度计该方法在量程范围内相对湿度测量精度较高，可达到±2％～±3％RH；但其只适用于0℃～85℃温度范围内的气体湿度测量(Humidity MeasurementTechnology.http://www.testo.de/US/lig/upload/mwmlus_1034594054750_l.pdf)。三、露点湿度计该方法通过测量空气的露点温度来间接测量空气的湿度，主要由冷却装置、结露面和温度传感器组成。该方法在低温低湿条件下测量精度较高；但该测量方法费用高，装置复杂，同时为保证镜面的结露温度，需进行精确控制，实际中很少使用(程起范，空气湿度及其测量方法，辽宁气象，1996，(4)36)。四、阻抗式湿度计是根据湿敏传感器的阻抗值变化来求得湿度的一种湿度测量方法，该方法具有响应快，湿滞性小，测量量程宽的优点；但在高温、高湿环境中测量精度不够及测头工作不稳定，易老化。五、微波湿度计它是通过空气吸收微波辐射的程度来测量空气的湿度，该方法虽测量量程宽，但仪表加工要求严格，成本高，且不适用于湿度变化快的测量场合。在干燥、工业窑炉及锅炉烟气分析中，经常涉及到高温空气湿度的测量问题。而目前现有的各种空气湿度测量方法和仪表，其测量精度一般是以相对湿度的测量精度为指标，能适用于高温环境空气湿度测量的不多，并且在其测量精度和仪表价格等方面也不尽人意。因此，使得采用目前常规的测量方法及仪表很难满足高温空气湿度的高精度测量要求。虽然目前已有高温范围的温湿度测量仪表，如Pride公司的EE29/EE31多功能温湿度变送器在经过特殊标定以后其相对湿度的测量精度可达到±1％RH，但对于高温空气，如干球温度为140℃，相对湿度为7％时，空气的含湿量为206.99g/kga，应用该仪表测量其含湿量的绝对误差可达到±35g/kga～40g/kga，相对误差为15％～20％，如此大的测量误差是难以接受的。特别是在实验室高温、大风量工况下的干燥实验测量中，±1％RH的相对湿度测量精度可能导致完全错误的实验结果。因此，对于一些特殊的高温环境空气湿度测量场合，迫切地需要一种新的测量手段和仪表，对被测对象进行高精度的测量。
技术实现思路
针对现有的空气湿度测量方法与仪表存在的不足与缺陷，本专利技术的目的和任务是提供一种高温空气湿度测量新方法，即采用冷、热混风方式测量高温空气湿度的方法。该方法不仅可以解决常规温湿度测量仪表测量量程与精度的不足问题，而且具有测量方法简单、精度高，成本低的优点。本专利技术的目的和任务是通过如下技术方案来实现，其特征在于该方法采用冷、热混风方式进行测量，其测量步骤如下1)在高温空气的入口设置温度传感器，在低温空气入口及混风出口处分别设置干、湿球温度传感器，根据被测高温空气的温度，调节低温及高温风阀的开启度，控制冷、热风的混风比例，使其混合后的空气温度达到干、湿球温度传感器的测湿量程范围内；2)利用温度传感器测量被测高温空气的干球温度tg，低温空气的干、湿球温度tn、tns及混合后空气的干、湿球温度tm、tms；3)由步骤2)所测低温空气及混风的干、湿球温度，根据湿空气热力性质关系式计算低温空气与混风的绝对含湿量和热焓值dn，in及dm，im；4)由混风过程的热力学能量平衡与质量平衡关系，利用步骤2)所测高温空气的干球温度tg以及步骤3)所计算的低温空气及混风的绝对含湿量及热焓值dn，in与dm，im，计算出在该测量状态下的冷、热风的混风比r；根据热力学的热、湿平衡关系，建立冷、热空气混合过程的热量平衡与湿量平衡关系式Gg·ig+Gn·in＝Gm·im(1)Gg·dg+Gn·dn＝Gm·dm(2)Gm＝Gg+Gn(3)并定义冷、热风的混风比为r=GnGg---(4)]]>所以由式(1)、式(2)和式(4)可得 dg＝(1+r)·dm-r·dn(5)ig＝(1+r)·im-r·in(6)而高温湿空气的热焓可表达为ig＝1.01tg+0.001dg·(2501+1.84tg)(7)＝a+b·dg由式(5)～式(7)可得冷、热空气的混风比为r=im-b·dm-ab·(dm-dn)-(im-in)---(8)]]>在式(1)～(8)中，各物理量的意义为Gg，Gn，Gm—高温空气、低温空气及混合后空气的质量流量r—冷、热空气的混风比，r＝Gn/Ggtg—被测高温空气的干球温度dg—被测高温空气的绝对含湿量，dg＝dg(tg，tn，tns，tm，tms)dn—低温空气的绝对含湿量，dn＝dn(tn，tns)dm—混合后空气的绝对含湿量，dm＝dm(tm，tms)ig—被测高温空气的热焓值，ig＝ig(tg，dg)in—低温空气的热焓值，in＝in(tn，tns)im—混合后空气的热焓值，im＝im(tm，tms)a，b—常系数，a＝1.01tg，b＝2.501+0.00184tgtn，tns—低温空气的干、湿球温度tm，tms—混风的干、湿球温度5)由步骤4)所计算的混风比r及步骤3)所得低温空气、混风的绝对含湿量及热焓值dn，in与dm，im，计算被测高温空气的绝对含湿量dg；将式(8)代入式(5)可得高温空气的绝对含湿量为dg=(in-a)·dm-(im-a)·dnb·(dm-dn)-(im-in)---(9)]]>6)通过步骤2)所测被测空气的干球温度tg及步骤5)所得被测空气的绝对含湿量dg，计算被测高温空气的湿球温度、相对湿度、露点温度及焓值。本专利技术的特征在于通过调节高温及低温空气的混风比，控制混合后空气的温度在常规温湿度仪表的测量量程范围内。在高温空气的入口设置温度测点，以测量高温空气的干球温度；在低温空气入口及混风出口处分别设置干、湿球温度传感器，以测量低温空气及混风的干、湿球温度。通过测量上述5个温度参数，便可通过热力学关系计算出被测高温空气的各状态参数，从而实现采用常规仪表对高温空气湿度的测量。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果①本专利技术方法采用常规仪表实现对被测高温空气湿度的测量，极大地降低了测量仪表的成本。②本专利技术只需根据混风温度调节冷、热风的混合比例，无需直接测量二者的混风比，简化测量过程，减小了产生误差的测量环节；③该方法只涉及被测高温空气的干球温度、低温空气及混风本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温空气温湿度测量方法，其特征在于该方法采用冷、热混风方式进行测量，其测量步骤如下：１）在高温空气的入口设置温度传感器，在低温空气入口及混风出口处分别设置干、湿球温度传感器，根据被测高温空气的温度，调节低温及高温风阀的开启度，控制冷、热风的混风比例，使其混合后的空气温度达到干、湿球温度传感器的测湿量程范围内；２）利用温度传感器测量被测高温空气的干球温度ｔ↓［ｇ］，低温空气的干、湿球温度ｔ↓［ｎ］、ｔ↓［ｎｓ］及混合后空气的干、湿球温度ｔ↓［ｍ］、ｔ↓［ｍｓ］；３）由步骤２）所测低温空气及混风的干、湿球温度，根据湿空气热力性质关系式计算低温空气与混风的绝对含湿量和热焓值ｄ↓［ｎ］，ｉ↓［ｎ］及ｄ↓［ｍ］，ｉ↓［ｍ］；４）由混风过程的热力学能量平衡与质量平衡关系，利用步骤２）所测高温空气的干球温度ｔ↓［ｇ］以及步骤３）所计算的低温空气及混风的绝对含湿量及热焓值ｄ↓［ｎ］，ｉ↓［ｎ］与ｄ↓［ｍ］，ｉ↓［ｍ］，计算出在该测量状态下的冷、热风的混风比ｒ；根据热力学的热、湿平衡关系，建立冷、热空气混合过程的热量平衡与湿量平衡关系式：Ｇ↓［ｇ］.ｉ↓［ｇ］＋Ｇ↓［ｎ］.ｉ↓［ｎ］＝Ｇ↓［ｍ］.ｉ↓［ｍ］（１）Ｇ↓［ｇ］.ｄ↓［ｇ］＋Ｇ↓［ｎ］.ｄ↓［ｎ］＝Ｇ↓［ｍ］.ｄ↓［ｍ］（２）Ｇ↓［ｍ］＝Ｇ↓［ｇ］＋Ｇ↓［ｎ］（３）并定义冷、热风的混风比为：ｒ＝Ｇ↓［ｎ］／Ｇ↓［ｇ］（４）所以由式（１）、式（２）和式（４）可得：ｄ↓［ｇ］＝（１＋ｒ）.ｄ↓［ｍ］－ｒ.ｄ↓［ｎ］（５）ｉ↓［ｇ］＝（１＋ｒ）.ｉ↓［ｍ］－ｒ.ｉ↓［ｎ］（６）而高温湿空气的热焓可表达为：ｉ↓［ｇ］＝１．０１ｔ↓［ｇ］＋０．００１ｄ↓［ｇ］.（２５０１＋１．８４ｔ↓［ｇ］）＝ａ＋ｂ.ｄ↓［ｇ］（７）由式（５）～式（７）可得冷、热空气的混风比为：＊＊＊（８）在式（１）～（８）中，各物理量的意义为：Ｇ↓［ｇ］，Ｇ↓［ｎ］，Ｇ↓［ｍ］－高温空气、低温空气及混合后空气的质量流量ｒ－冷、热空气的混风比，ｒ＝Ｇ↓［ｎ］／Ｇ↓［ｇ］ｔ↓［ｇ］－被测高温空气的干球温度ｄ↓［ｇ］－被测高温空气的绝对含湿量，ｄ↓［ｇ］＝ｄ↓［ｇ］（ｔ↓［ｇ］，ｔ↓［ｎ］，ｔ↓［ｎｓ］，ｔ↓［ｍ］，ｔ↓［ｍｓ］）ｄ↓［ｎ］－低温空气的绝对含湿量，ｄ↓［ｎ］＝ｄ↓［ｎ］（ｔ↓［ｎ］，ｔ↓［ｎｓ］）ｄ↓［ｍ］－混合后空气的绝对含湿量，ｄ↓［ｍ］＝ｄ↓［ｍ］（ｔ↓［ｍ］，ｔ↓［ｍｓ］）ｉ↓［ｇ］－被测高温空气...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李先庭，余延顺，石文星，田长青，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]