Humidity.docx

Humidity概念：表示大气干燥程度的物理量。在湿度测量中最常用量的定义如下：混合比（Mixing ratio）r：水汽质量与干空气质量之比。比湿（Specific humidity）q：水汽质量与湿空气质量之比。露点温度（Dew-point temperature），Td：湿空气在给定气压下相对于水面处于饱和时所具有的饱和混合比与给定混合比相等时的温度。相对湿度（Relative humidity）U：在相同的温度与气压下所观测到的水汽压与相对于水面的饱和水汽压之比的百分数。水汽压（Vapour pressure）e：空气中所含水汽的分压。饱和水汽压（Saturation vapour pressure）：ew与ei：空气中的水汽压相对于水面（或冰面）处于平衡状态时的分压。单位和标度：下列的单位与符号都是常规用来表示与大气中水汽有关的最通用的量：（a）混合比r，比湿q（单位为kgkg-1）；（b）空气中的水汽压e,ew,ei，以及大气压（单位为hPa）；（c）温度T，湿球温度Tw，露点温度Td，以及霜点温度Tf（单位为K）；（d）温度t，湿球温度tw，露点温度td，以及霜点温度tf（单位为）；（e）相对湿度U（单位为%）。测量方法：1. 称重测湿法：称重法可以对空气样品中所含的水汽进行绝对的测量，并以混合比表示其湿度。这种方法首先是从空气样品中清除水汽，而水汽的质量可以通过称量干燥剂在吸收水汽之前和以后的重量来测定。干空气样品的质量也要用称重方法或测定容积方法加以测定。2. 凝结法: 冷镜法（露点或霜点湿度表）：当温度为 T、气压为P、混合比为rw（或ri）的湿空气被冷却时，该湿空气最终可以达到相对于水面（在低温时相对于冰面）的饱和点，并在非吸湿性的固体表面上可以检测出露（或霜）的沉积。这个饱和点的温度就是露点温度Td（或霜点温度Tf） 加热式盐类溶液法（水汽平衡式湿度表，即露池）：在相同的温度条件下，饱和盐类溶液表面的平衡水汽压总是小于相似的纯水表面的水汽压。这种现象对所有盐类溶液都存在，而氯化锂由于具有特别低的平衡水汽压而更显突出。加热一种盐类水溶液（其平衡水汽压低于环境的水汽压）使其温度达到其平衡水汽压刚刚超过环境水汽压时为止。在此温度下，凝结与蒸发的相互转化达到平衡，最终达到液态溶液与固态水合物的相变平衡。这个相变点可以利用溶液析出结晶时电导率降低的特性来测定。这样，利用溶液的平衡水汽压达到环境水汽压时的温度就可以用来测定环境水汽压。因此，需要在溶液中放置一支与溶液有良好热接触的温度表。环境的露点（相对于纯水的平液面）可以利用在不同温度下纯水的水汽压与盐类溶液的水汽压之间的经验关系来测定。在这种方法中，最常用的盐类溶液是氯化锂。3. 干湿表法：干湿表主要由两支并排安置的温度表组成，其中一支温度表的感应部份的表面要罩上一薄层水膜或冰膜从而相应地称为湿球或冰球。而另一支温度表的感应部份则简单地裸置于空气中从而称为干球。这是最为广泛采用的方法。湿球温度表测得的温度，由于湿球上的水的蒸发，总是比干球温度表所测的温度要低些。由这一对温度表所测温度的差异就可以作为空气湿度的量度，环境湿度愈低，水的蒸发率就愈大，其结果就是湿球温度低于干球温度的程度（干湿差）就愈大。湿球温度低落的程度与环境湿度的关系可用干湿表计算式表达。e=ew(p,T)-Ap(T-Tw)4. 吸收法：某些物质与水汽相互作用后能引起其化学特性或物理特性的变化且具有较好的可逆性，这种物质就可以用作环境湿度的传感器。水汽可以被上述物质吸附或吸收，产生吸收的必要条件之一是大气中的环境水汽压必须大于吸收物质的饱和水汽压。以下是吸收的两种性质。（a） 吸水性材料尺码的变化：某些材料的尺码能随湿度变化。（b） 吸水性材料的电特性的变化通常，测量相对湿度的传感器不外乎利用以下两种特性：在经过化学处理的塑料材料上做一层电导膜（电阻式），或者利用一种固体吸水材料的介电特性随环境相对湿度而变化的原理（电容式）。5. 水汽吸收电磁辐射（紫外湿度表和红外湿度表）：水分子能够吸收一定范围波段和不连续波长的电磁波辐射；这种特性可以用来测定某种气体中所含水汽的浓度。对于水汽测量而言，电磁波谱中最有用的波段是紫外波段和红外波段，测量的原理是测定从辐射源到接收装置之间的通道上与水汽吸收有关的电磁辐射衰减的程度，以下为两种主要的测量电磁辐射衰减程度的方法。（a）用一狭窄波段而强度固定的辐射向经过校准的接收器传递。（b）用两种不同波长的辐射传递，其中一种波长的辐射能被水汽强烈吸收，而另一种波长的辐射则不能被水汽吸收或只有极少量被吸收。以上两种仪器均需要经常校准，并且用于测量水汽浓度的变化量比用于测量水汽的绝对量更为适宜。两种仪器目前都只适用于科研活动。几种常见的干湿表1. 阿斯曼通风干湿表2. 百叶箱干湿表3. 手摇干湿表4. 毛发湿度表5. 冷镜露点湿度表6. 氯化锂加热凝结湿度表（露池）7.阻湿度表：在经过化学处理的塑料的非导电的基片上加一层导电膜而制成的传感器可以用于气象工作。其表面电阻率随环境相对湿度而变化。由于这种传感器的感湿部位只限于表面薄层，以吸附（而非吸收）过程占主导地位，正是由于这种原因，这种类型的传感器可以快速地响应环境湿度的变化。此类传感器包含有多种电解质类型，其中，吸湿性电解质中的导电离子的适用性是所吸水汽量的函数。电解质可有各种物理形式，如液体、胶状溶液、或者离子交换树脂，测量其交流（而非直流）阻抗的变化，是为了避免电解质的极化。在测量直流电阻时可以用低频电源，并且可以在传感器与电路板之间使用相当长的导线。8.电容湿度表：这种方法是以固体吸湿材料的介电特性与环境相对湿度的关系为基础的，最广泛应用于此方法的是聚合性材料。由于水分子的较大偶极子力矩，约束在聚合物中的水能改变聚合物的介电特性。这种湿度传感器的主要部分是夹在两个电极之间的聚合物薄膜所构成的电容器。这个电容器的电阻抗可以作为相对湿度的一种量度。电容器的标称值只有几个或几百个微微法（pf），与电极的尺度和介电层的厚度有关。电容值会影响到用于测量阻抗的激励频率范围，这个频率至少要几个kHz，并且在传感器与电路之间的连接要短，以减少漂移电容的作用。因此，电容式元件通常都将电路板封装在探头上，并且还必须考虑到环境温度对电路原器件的影响。安装：综述