露点式湿度仪原理.doc

露点仪的测量原理及正确选型本文从湿度测量的几种基本方法入手，分析了各自的优缺点和主要有代表性露点仪，重点从性能、价格、适用条件和操作的方便程度上向用户介绍如何选用合适的露点仪How一引言随着我国经济的高速发展，为了要得到高质量的产品或设备正常地运行，许多行业诸如石化、电力、电子、航空航天、冶金、纺织等对湿度测量的要求越来越高，因而，湿度测量已逐渐成为一个新兴的技术领域，在86年我国正式成立了湿度与水分专业委员会，并开展了多次学术交流会，湿度的一些计量检定规程也逐步建立。根据有关规程，湿度被定义为气体中的水蒸气含量，常用单位有：克/升，PPM，mmHg，露点及相对湿度等。习惯上以露点-20为界把所测气体分为高湿度气体与低湿度气体（即微量水），这里重点介绍低湿度气体的测量。二湿度测量方法根据国标GB11605-89湿度测量方法所著，湿度测量共有七种方法，这里不一一赘述。笔者重点对市场上流行的几种微量水测量方法及露点仪选型重新归类并简单介绍如下：1重量法：是一种经典的测量方法。让所测样气流经某一干燥剂，其所含水分被干燥剂吸收，精确称取干燥剂吸收的水分含量，与样气体积之比即为样气的湿度。该方法的优点是精度高，最大允许误差可达0.1%；缺点是具体操作比较困难，尤其是必须得到足够量的吸收水质量（一般不小于0.6克），这对于低湿度气体尤其困难，必须加大样气流量，结果会导致测量时间和误差增大（测得的湿度不是瞬时值）。因而该方法只适合于测量露点-32以上的气体，可以说市场上纯粹利用该方法测湿度的仪器较少。由以上分析可知，重量法的关键是怎样精确测量干燥剂吸收的水分含量，因为直接测量比较困难，由此衍生了两种间接测量吸收水含量的方法。A.电解法：就是将干燥剂吸收的水分经电解池电解成氢气和氧气排出，电解电流的大小与水分含量成正比，通过检测该电流即可测得样气的湿度。该方法弥补了重量法的缺点，测量量程可达-80以下，且精度较好，价格便宜；缺点是电解池气路需要在使用前干燥很长时间，且对气体的腐蚀性及清洁性要求较高。采用该方法的仪器较多，典型的是美国Edgetech 公司的1-C型微水仪和杜邦公司的M303及国产的USI系列产品。B.振动频率法：就是将重量法中的干燥剂换用一种吸湿性的石英晶体，根据该晶体吸收水分质量不同时振动频率不同的特点，让样气和标准干燥气流经该晶体，因而产生不同的振动频率差f1和f2，计算两频率之差即可得到样气的湿度。该方法具有电解法一样的优点，且使用前勿须干燥。典型代表仪器是美国AMETEK公司的560B。2冷镜法：也是一种经典的测量方法。让样气流经露点冷镜室的冷凝镜，通过等压制冷，使得样气达到饱和结露状态（冷凝镜上有液滴析出），测量冷凝镜此时的温度即是样气的露点。该方法的主要优点是精度高，尤其在采用半导体制冷和光电检测技术后，不确定度甚至可达0.1；缺点是响应速度较慢，尤其在露点-60以下，平衡时间甚至达几个小时，而且此方法对样气的清洁性和腐蚀性要求也较高，否则会影响光电检测效果或产生伪结露造成测量误差。该方法的典型厂家代表是及英国的MICHELL公司,美国的General Eastern公司及瑞士的MBW公司等。3阻容法：是一种不断完善的湿度测量方法。利用一个高纯铝棒，表面氧化成一层超薄的氧化铝薄膜，其外镀一层多空的网状金膜，金膜与铝棒之间形成电容，由于氧化铝薄膜的吸水特性，导致电容值随样气水分的多少而改变，测量该电容值即可得到样气的湿度。该方法的主要优点是测量量程可更低，甚至达-100，另一突出优点是响应速度非常快，从干到湿响应一分钟可达90%，因而多用于现场和快速测量场合；缺点是精度较差，不确定度多为23。老化和漂移严重，使用36个月必须校准。该方法的典型厂家代表为英国Alpha湿度仪器公司，爱尔兰的PANAMETRICS公司及美国的XENTAUR公司。但随着各厂家的不断努力，该方法正在逐渐得到完善，例如，通过改变材料和提高工艺使得传感器稳定度大大提高，通过对传感器响应曲线的补偿作到了饱和线性，解决了自动校准问题。代表产品为英国MICHELL的EASYDEW系列，采用陶瓷基底的氧化铝电容及C2TX微处理器。三如何选择仪器露点仪（湿度仪器）测量的方法可谓五花八门，其性能与价格也相差悬殊，这就要求我们选用仪器时要谨慎小心，不但要考虑到性能和价格，还应该考虑到仪器使用的场合和所测气体的种类及腐蚀性等。总体原则如下：1）国家级湿度基准：考虑到要求测量准确度高，样气理想，一般应选用冷镜式露点仪，如美国GE公司的M3，英国MICHELL的S4000TRS，美国Edgetech公司M300或瑞士MBW公司DP30等露点仪，用户应根据实际量程和精度选用合适的产品。2）企业基准或实验室分析：如果测量准确度要求较高，可选用冷镜法仪器，如，英国MICHELL公司的S4000系列产品或瑞士MBW公司的DP19；如果量程要求较低（露点-80以下）且气体较清洁，可选用电解法仪器，如美国Edgetech公司的1-C，杜邦公司的M303。3）现场检测：如果测量准确度要求较高，可选用冷镜法仪器（同上）；如果要求测量速度快或气体污染较重，最好选用阻容法仪器，如英国Alpha湿度仪器公司的SADPmini手持式露点仪，或美国XENTAUR公司的XPDM等。连续在线监测：如果精度要求不太高，可选用阻容法仪器，如英国Alpha湿度仪器公司的DS-1000在线露点仪或新型的DS-2000在线露点仪，以及美国XENTAUR公司的XDT型，它们共同具有价格低且安装调试方便的特点；如果精度要求较高，可选用美国AMETEK公司的560B或冷镜式仪表。四附表：市场上部分进口微水仪资料对照表厂 家 型 号 原 理 量 程 精 度 性价比 应用场合 英国MICHELL公司 Easydew陶瓷基底阻容法-100+20 2 价格适低 方便快速 实验室或现场本安防爆 Transmet 同上 价格较低 方便快速 实验室或现场本安防爆 Cemet II IS同上 价格适中 方便快速 实验室或现场Optidew Vision 冷镜法 -24+90 价格适中 相对湿度标准 标准计量S4000 TRS 冷镜法 -100+20 价格高 低露点标准 标准计量美国GE公司 M3，M4 冷镜法 -80+80 0.15 价格高 标准计量美国Edgetech公司 M300 冷镜法 -75+75 0.15 价格高 标准计量 2000系列 -50+80 价格高 实验室或现场 V-系列 -50+80 价格较高 在线测量 1-C 电解法 0500ppm 5% 价格较高 实验室或现场瑞士MBW公司 DP19 冷镜法 -60+20 0.2 价格昂贵 实验室或现场 DP30 -100+20 0.1 价格昂贵 标准计量美国杜邦公司 M303 电解法 01000ppm 5% 价格较高 实验室或现场美国AMTEK公司 560B 振动频率法 01000ppm 5% 价格较高 在线测量爱尔兰PANAMETRICS SYSTE 阻容法 -800 3 价格适中 现场测量美国Xautaur公司 XPDM 阻容法 -100+20 3 价格较高 现场或实验室 CDT 在线测量 露点式湿度计原理露点法是一种传统的湿度测量方法，其理论基础是：在气体和水汽都遵循理想气体定律的条件下，湿空气在冷却过程中水汽分压保持不变。从经典的Regnault露点仪算起，露点法已经有一百多年的历史了，但是，在现代湿度测量中露点法仍然占有重要的地位。露点仪的设计过程中主要涉及以下几个关键问题：制冷方法、露点温度测量方法和露的检出方法。热电制冷是露点仪中普遍采用的制冷方法，其原理是利用半导体的帕尔帖效应。目前采用五级制冷的露点仪最低露点检测温度可以达到一80，制冷元件的热端一般采用水冷的方式，如果制冷元件的热端采用压缩机制冷，露点检测温度可以进一步扩展到一100。在现代露点仪中，露点温度测量主要是采用铂电阻感温元件，它在相当宽的温度范围内阻值和温度近于线性关系，稳定性好，输出信号强，由于体积相对较大，为减小温度梯度的影响，在结构设计上应给予充分注意。露点的检出方法主要有三种：一是电学方法；二是光学方法；三是声表面波法。早期的露点仪主要采用电学方法，其原理是利用冷凝面上表面电阻的变化来测量露点温度；随着光电技术的发展，光学方法得到了广泛的应用，利用冷凝面对入射光的反射和散射可以准确地测量露点温度；近年来，表面声波技术在露点测量领域中的应用也逐渐成熟起来。下面介绍两种较为常用的露点仪：光电式露点仪和声表面波露点仪。1 光电式露点仪(ChilledMirror Hygrometer)图1 冷镜面露点仪工作原理图现代光电式露点仪的测量原理如图1所示，测量室中有两对发光二极管和光电探测器，其中一路作为参考信号，另一路用来检测镜面的散射光。当镜面温度高于被测气体的露点温度时，镜面上没有露(霜)层形成，反射率很高，电桥处于不平衡状态，此时输出的信号通过功率放大控制热电制冷器；随着镜面温度下降，达到被测气体的露(霜)点温度后，在镜面上就会形成露(霜)层，光线将会在镜面上发生散射，电桥从不平衡趋向平衡状态，通过反馈控制系统调节镜面的温度，将冷凝在镜面上的露(霜)层控制在一定的厚度范围内，当被测气体中水汽的冷凝速度和镜面上露(霜)层的蒸发速度达到平衡状态后，测量此时的镜面温度，就是被测气体的露点温度。结合先进的数字控制、镜面污染自动补偿等技术，现代光电式露点仪的测量最大允许误差可以达到0.1。它不仅可以用于一般的工业测量领域，长期以来还被普遍用作标准仪器。2 声表面波露点仪(SAW Hygrometer)1800年，瑞利发现了一种特殊类型的表面波，命名为声表面波(Surface Acoustic Wave)。随着微型电子电路制造工业的发展，人们利用声表面波的特性研制出了声表面波传感器，传感器中集成了机械波发射电路、探测电路和先进的信号处理电路，被看作是最早的微机电系统之一。声表面波传感器属于质量传感器的一种，可用于测量温度、压力、加速度、应变等物理量和湿度、有害气体、生物材料等化学量，1978年，Das等首先将声表面波传感器用于压力测量，1979年，Wohhjen将其用于薄膜特性测量。图2 SAW 传感器原理图声表面波传感器的结构原理如图2所示。传感器主体是利用光刻技术在金属薄膜上蚀刻而成的两个金属叉指式换能器(1DTs)，放置在压电石英基座上。输入的射频信号通过反向压电效应产生声表面波，加载到IDTs的输入端，声表面波通过延迟通道到达IDTs的输出端，声表面波信号被转换成电信号，就可以得到声波的频率和振幅信息。当传感器表面上有附着物时，传感器质量的变化就会引起声波频率和振幅的变化，这就是声表面波传感器的工作原理。声表面波传感器最早应用于露点测量是在1983年，当时其测量准确度和分辨力都无法和光电式露点仪相比，直到1995年，Galipeau等才利用声表面波传感器准确测量了露点温度。图3 声表面波露点仪工作原理图声表面波露点仪的工作原理如图3所示。当传感器表面没有露(霜)层时，声表面波没有变化；随着温度的降低，当传感器表面有露(霜)形成后，就会引起声表面波的变化。通过分析接收到的声表面波信号的频率和振幅，控制帕尔帖致冷器调节传感器表面的温度，使得水汽的冷凝速度和露(霜)层的蒸发速度达到平衡状态，在传感器表面形成一层均匀的露(霜)，由铂电阻温度计即可测得气体的露点温度。由于露和霜的结构有所不同，通过分析接收到的声表面波信号，声表面波传感器可以准确地识别露和霜，从而避免由于过冷水现象而引起的测量偏差。另外，声表面波传感器对于灰尘的影响具有很好抑制作用，由于灰尘不同于水(冰)，它和传感器表面的接触面积很小，因此对于声表面波的衰减和散射作用几乎可以忽略。芬兰维萨拉公司（ vaisala ）露点仪原理及其介绍 摘要：芬兰维萨拉公司（ vaisala ）的露点仪由于使用 DRYCAP 湿度传感器及零点自动校准，增益回归三项专利技术，使得在低湿或 / 及存在腐蚀性化学物质气体分子情况下准确测量相对湿度，从而计算出相应的露点仪成为现实，在测量高于负 60 度的露点时其精度保证在正负 2 度以内，精度稍低时，可达到 -80 度露点。 主体词： DRYCAP 湿度传感器 自动校准技术 增益回归技术 一 引言 现今测量露点普遍采用的方法有三种：冷镜法，金属氧化物法和聚合物法。 冷镜法可以在很宽的测量范围内取得较高的精度，但由于它的光学测量原理的局限性使其极易受镜面污染物和灰尘的影响从而影响精度并且不易区分霜点及露点，为克服上述缺点，测量系统往往附加许多额外设备提供镜面清洗、防护等功能，造成整套设备比较昂贵，此种测量方法往往用于精度要求极高且具有良好的操作、维护的条件，如实验室，对于大多数在线测量则维护成本较高。 金属氧化物传感器，包括 AL2O3 传感器用于工业过程控制中的低露点测量，正确使用时可以测得很低的露点，缺点是长期稳定性差，由于测湿敏器件本身造成的漂移使得频繁的标定工作必不可少，传感器不能在线标定，大多数情况下要送到原厂标定且标定成本较高，这将会影响日后的准确测量、正常生产，增大维护、工作量，而且金属氧化物传感器在高湿或冷凝的情况下一旦受损，其功能将无法恢复。 芬兰维萨拉公司（ vaisala ）是聚合物薄膜测湿传感器的首创者，在测湿领域有 60 年的实践经验，其利用聚合物薄膜开发的专门用于测量低露点的传感器 DRYCAP 性能稳定，不受凝结水、大多数化学物质的影响，并且由于使用 DRYCAP 的露点仪采用了零点自动校准，增益回归两项专利技术使得露点测量范围宽，精度高，长期稳定性好，性价比极佳。 二 工作原理 DRYCAP 传感器由两部分组成：电容型聚合物薄膜测湿传感器及电阻型测湿传感器，测湿传感器测量被测气体中的水分子，从而测出相对湿度；测温传感器测量测湿传感器的表面湿度，仪器内置的微处理从这两个参数计算出露点。测湿、测温传感器通过金属膜背靠背紧密靠近，这样一方面使得测温传感器能够准确测得湿度传感器所处温度，另一方面通过金属膜的作用大大减小了由于外部电场作用产生的感应电容，从而提高了测量精度，在低湿情况下， DRYCAP 的反应时间为 40-240 秒，取决于湿度变化方向和大小，测量高湿时反应时间较短。 DRYCAP 的耐温范围为 -40-+180 度，承压范围为 0-20bar. 其本身耐腐蚀性也极为突出，对于碱性和弱酸性气体有较好的适应，通常在低湿的情况下，相对薄膜湿敏传感器要得到 +2 度的露点精度所能测得的最低露点为 -9 度，应用 Vaisal 的 DRYCAP 传感器及自动校准专利技术，在保证 +2 度露点温度精度的同时可测得的最低露点为 -60 度，在精度稍低的情况下可达到 -80 度的露点，这是因为自校准技术使得准确的相对湿度测量成为可能。 在自校准过程中，测温电阻将 DRYCAP 探头加温到高于环境温度 10 度后自然冷却，在冷却过程中仪器测量 DRYCAP 实时温度和相对湿度。从公式 RH=RH0+PW/PWS 中（其中 RH 为仪器测量值。 RH0 为直线在 Y 轴上截距。 PW 为此刻待测气体中水气分压，假设是一定值。 PWS 为饱和水气压值。 1/PWS 为、温度的函数）可见由几组不同温度时的 RH 、 1/PWS 值可推出一拟合直线，并推出该拟合直线在 Y 轴上的截距 RH ？即温度无穷高时，传感器所测相对温度偏移开零点的值。在确定 RH0 后即可进行准确的 RH 计算，从而准确计算出露点，当相对湿度低于 10% 时，系统自动执行自校准功能，此时上次的输出参数被锁定，校准后系统即可输出测量值。自校准功能也可以以时间间隔方式启动（通常为 6 小时）。如果在校准过程中温度或露点测量值不稳定，即环境影响降温过程或假设的 PW 为一常数条件不满足，自校准功能将会在设定的时间间隔后又一次执行，依次类推，直至温度和露点温度稳定后才输出真实露点。通过优秀的 DRYCAP 硬件设计及自动校准软件使得准确测量低湿露点得以实现。 由于某些化学物质气体分子长期聚集在湿敏器件内部会影响测量精度。为保证准确测量， Vaisala 公司开发出增益回归软件，其工作过程为在零点自动校准软件执行前执行增益回归功能，将 DRYCAP 传感器升温到 160 度使其内部聚集的化学物质气体分子蒸发，从而保证了准确测量。同时这一方法排除了油污聚集影响反应时间的困扰。 DRYCAP 湿敏器件不怕冷凝水，发生冷凝后自然风干则不影响正常使用，但风干时需将仪器取出，这会影响其他工作的正常进行，为了防止此类情况的频繁发生，在 DMT242 露点仪中还附有一保护功能，即当时湿度意外升高到 80%RH 上时，测温传感器马上对湿敏器件加热以减小局部相对湿度从而避免饱和水汽形成。通过使用这一客户友好功能使得停工率大幅降低，从而提高了生产效率。 维萨拉（ Vaisala ）露点仪出厂设置为 -80+20 度露点对应 420MA ，但客户通过软件修改可使任意量程范围内参数，如： -60+5 度露点或 -75+15 度等对应 4-20MA 输出，从而大大方便了后级级联控制。 所有露点仪使用一段时间后都会发生漂移，大多数露点仪客户是不能自己作校正的，只能频繁地送到厂家花费一定的财力及时间作校正，为了方便客户使用，所有维萨拉（ Vaisala ）露点仪都能使客户在自己能找到标准湿度的情况下，通过 Macrisoft Windows 中的公用软件自己作校正，大大节省了费用和时间，保证了正常测量。 通过多项尖端技术的使用，确保了维萨拉公司（ Vaisala ）露点仪在各行业的长期稳定精确使用。 三 露点仪应用领域 1. 电力系统 SF6 露点检测 2. 空气净化及洁净室 3. 压缩空气干燥 4. 汽轮机防冰 5. 干燥工业 6. 食品加工 7. 塑料基片干燥 8. 动力气质量控制 9. 氨气生产及纯度维护 10. 需要极干燥的环境（如手套箱，电子工业等） 理想气体：一种粘性不存在的假想流体，粘度=0，内部无摩擦力，流体与固体边界接触面无摩擦。理想溶液：分子间相互吸引力不因混合而有所变化，形成的混合无容积效应，也无热效应的溶液在一点处气相组成与液相组成相等，若加热此点所示液体，将在恒定温度下沸腾，所产生的蒸汽组成与液相组成相同，此点所指示的温度为恒沸点，具有该点组成的混合物称为恒沸物。层流：管中的水沿轴向流动，流体质点无径向运动，不相互混合。紊流：雷诺系数大于某一临界值，流体质点有剧烈的互相混杂，质点运动在轴向径向有不规则的脉动，紊流流体质点速度有三个方向分量，大小也随时发生变化。沿程损失：在等径管路中，由于流体与管壁以及流体本身的内部摩擦使流体能量沿流动方向逐渐降低。沿程阻力：沿程阻力是造成沿程水头损失的原因，计算沿程损失的共识是达西公式。局部阻力：管路的功用是输送流体，为了保证流体输送中经常遇到的专项、调节、加速、升压、过滤、测量等需要，在官路上需要种种管路附件。流体经过这些福建是，受到扰动并产生不规则的旋转、碰撞、回流等现象，由此引起的阻力称为局部阻力，相应的能量损失称为局部损失。据不足里有两种表示法：阻力系数法和当量长度法。几何安装高度：吸上真空高度：允许安装高度：最大吸上真空高度：允许吸上真空高度：传热速率（热流量）：单位时间通过传热面的热量，常以Q表示，单位W（JS-1）。热通量（热流密度）：单位时间通过单位传热面的热量。温度场：任一瞬间物体或系统内各点温度分布总和。等温面：温度场中同一时刻下温度相同的各点组成的面。对流传热：刘体与固体壁面之间的传热，其传热速率由牛顿冷却定律给出Q=SoT。:对流传热系数w/m?oK，S:总传热面积，T：流体与壁面间温度差的平均值。对流传热系数在数值上等于单位温度差下，单位传热面积的对流传热速率，反映了对流传热的快慢。热辐射：物体由于热的原因以电磁波形式向外发射的能量。黑体|白体|透热体：投射到物体表面的辐射能全部被该物体吸收A=1；白体：R=1，反射；透热体：D=1，透过。灰体：以相同吸收率且部分地吸收所有波长的辐射能物体1. 吸收率与投射辐射的波长无关；2. 不透热物体 A+R=1。吸附等温线：平衡水分与空气相对湿度关系曲线。单级压缩制冷循环：将制冷剂从蒸发压力一次压缩到冷凝压力的制冷循环。单级压缩制冷循环条件：1. 压缩机吸入的气体是饱和气体，右节流阀前是饱和液体；2. 蒸发冷凝的压力和温度稳定；3. 制冷压缩机气缸无摩擦节流损耗；4. 气缸阀与外界无热交换无余隙容积；5. 管道中无损失，压力降仅在膨胀阀中进行。实际差别：1. 热交换中存在温差；2. 流动过程中有压力损失；3. 制冷剂流经管道及阀门时同环境介质间有热交换，尤其是自节流阀以后，制冷剂温度下降，热量从环境介质传给制冷剂导致冷量损失。制冷循环：过冷过程：水温要下降到抵御冰点温度才会出现液相向固相的转变，一旦出现相变，水温马上回到冰点温度，并在全部水冻结成冰以前，体系温度保持冰点。食品消结过程不在同一温度下进行：随着结成冰的水分不断从溶液析出，溶液浓度不断提高，从而导致残留溶液冰点的不断下降。最大冰晶生成区：各种食品冻结时，大部分水分是在靠近冰点的温度区域内形成冰晶的。而到了后期，结冰率随温度的变化程度不大，通常把水分结冰率变化最大的温度区域称为最大冰晶生成区（5）。冻结速率：食品热中心温度下降的速率与冰峰前进的速率的比值。 ，其中l为食品表面余热中心的最短距离，t为食品表面到达0至热中心到大初始冻结温度以及5K或10K所需时间t（小时）。食品大小一定时，冻结速率取决于冻结时间。流态化速冻：在一定流速的冷空气作用下，颗粒产品已流化作用方式被此温度更低的冷风自上而下吹成悬浮状态从而快速冻结，是实现食品单体快速冻结的理想方法。流态化速冻优点：避免相互间的粘结，使冷量得到充分有效的利用。分子扩散：由浓度或温度不均引起的静止流体或层流流体依靠微观分子运动产生的传质现象。湍流扩散：发生在湍流流体中依靠质点宏观不规则运动的碰撞混合而进行的传质。等摩尔扩散：单向扩散：理想溶液|恒沸点|恒沸物：分子间相互吸引力不因混合而有所变化，形成的混合无容积效应，也无热效应的溶液在一点处气相组成与液相组成相等，若加热此点所示液体，将在恒定温度下沸腾，所产生的蒸汽组成与液相组成相同，此点所指示的温度为恒沸点，具有该点组成的混合物称为恒沸物。泡点和泡点线：在总压一定的情况下，理想溶液的汽（液）相组成与温度的关系可表现为温度-组成图的曲线。图中横坐标为液相（或汽相）中轻组分的摩尔分率x（或y）。若将温度为t1与组成为x1的溶液加热，当温度达到t2点（C点）时，溶液开始沸腾，产生第一个气泡C，相应温度t2称为泡点，液相曲线AECB称为泡点线。方程为： 露点：将使空气在总压和湿度保持不变的情况下冷却，当湿空气达到饱和时的温度极为露点。露点线：曲线ADFB称为露点线，方程为： 相对湿度：湿空气中水汽的分压与同温同压下饱和空气中的水汽分压之比。绝对湿度：湿含量：对单位质量干空气而言所含水蒸气的质量。干球温度：在湿空气中，用一般温度计所测得的温度。湿球温度：若将温度计的感温部分包以湿纱布。置于一定温度和湿度的湿空气中，经一段时间达到稳定后，湿度几所反映的温度就不再是湿空气的真实温度，而是另一低于干秋温度的温度，称为湿空气的湿球温度TM。等速干燥阶段：此阶段的物料温度达到了干燥空气时湿球温度，由于物料表层水分初始较充分，且由于由里向外扩散的距离较小，因此能够及时补充表面汽化掉的水分，维持稳定的干燥速率，物料水分直线下降。此阶段此相当于自由水的蒸发，物料温度恒定在空气的湿球温度上。降速干燥：此阶段的水分较等速干燥阶段的水分显著地减少，其内部扩散速率小于表面汽化速率，因而干燥速率逐渐下降，物料温度逐渐上升，物料水分曲线趋于平缓。干基水分和湿基水分：1. 干基水分：食品中含有水的质量与干物质的质量之比 ，工程计算。2. 湿基水分： ，市场交易。 ， 。S，：尼古拉斯实验，莫迪图：离心泵有如下性能特点：1. 当流量为零时，离心泵的压头不超出某一有限值，并且压头随流量增加而缓慢降低。因此有可能利用在排出管路上安装调节阀的方法来调节离心泵的流量。2. 功率随流量增加而平稳上升，且流量为零时功率最小，所以离心泵启动时都将出口调节阀关闭，以降低启动功率。3. 一般离心泵的效率为0.60.85，大型泵可达0.9。离心泵效率在最高点附近下降较缓慢，所以泵的有效工作范围较宽。泵的特性曲线与工作点：表明泵在一定的转速下，压头、功率与流量之间的关系曲线。如果已知泵的特性曲线和管路特性曲线，则可以通过方程联立求解，得出流量和压头即是泵的工作点。塑性流体：流动特性曲线不通过原点的流动。傅立叶导热定律|牛顿定律|费克定律：准数应用：焓湿图：液体沸腾曲线：1. 当温差较小时（20）,形成一层蒸汽膜，迅速下降，膜状沸腾为不稳定膜状沸腾。继续增大随之增大，形成稳定的膜状沸腾，又泡核沸腾向膜状沸腾过渡的转折点成为临界点。制冷机的lgp-h图：食品速冻方法及优点：1. 速冻：食品尽快通过其最大冰晶生成区。2. 优点：避免在细胞之间生成最大冰晶体；减少细胞内水分外析，冰冻时汁液流失少；细胞组织内部浓缩溶质和食品胶体等成分相互接触作用时间缩短，浓缩的危害性下降到最低程度；将食品温度迅速降低到微生物生长活动温度之下有利于抑制微生物增长及其生化反应；食品在冻结设备中停留时间短，有利于提高设备利用率和生产连续性。粒度分布函数曲线：令某号筛子（筛孔尺寸为dpi）的筛过量占试样总量的分率为Fi。特性：1. 对应于某一尺寸dpi的Fi值表示直径小于dpi的颗粒占全部试样的质量分率。2. 该批颗粒的dpmax处分布函数为1。频率分布函数曲线：设某号筛面上的颗粒占全部样的质量百分率为xi。特性：1. 在一定力度范围的颗粒占全部颗粒的质量分率等于该粒度范围内频率函数曲线的面积；原则上，粒度为某一定值的颗粒的质量分率为零。2. 频率曲线下的全部面积等于一。床层压降：传质有效模型：右-左1. 在湍流主体中，由于气体作湍流流动，大量漩涡所起的混合作用的气相主体内溶液的分压趋向于一致，分压线几乎为水平线；2. 贴近层流内层汽液相界处溶质只能靠分子扩散而转移，没有涡流的帮助，需要较大的分压差才能克服扩散阻力，故分压显迅速下降的直线；3. 两层中间为缓冲层，传质速率受分子扩散和涡流扩散同时控制，压力是下弯曲线。双模型理论：1. 在汽液两相接触面附近，分别存在着是湍流流动的稳态膜与液膜。在此滞膜层内传质严格按分子扩散方式进行，膜的厚度随流体流动状态而变化；2. 汽液两相在相界上呈平衡状态，即相界面上不存在传质阻力；3. 膜层以外的汽液相主体由于液体的充分流动，分压成浓度均匀化，大气压成浓度梯度。亨利定律：当总压不高时，在一定温度下，稀溶液上方汽相中溶质的平衡分压与液相中溶质的摩尔分数成正比。拉乌尔定律：在一定温度下，汽相中任一组分的分压等于此纯组分在该温度下的蒸汽压乘以它在溶液中的摩尔分数。温度-组成|x-y图：Q线方程：Q线方程为精馏段操作限于提馏段操作线（Q点）轨迹的方程，整理得 ，称为q线方程或进料方程，在一定进料热状态下该式亦为之线方程式，当x=xF时，方程得y=xF。由于q线的引出，简化了提馏段操作线的绘制。过坐标位x=y=xF的F点作协率为 的直线即q线。Q线与精馏段操作线相交于Q点，连结Q点和W点（x=y=xW）的直线QW，即为提馏段操作线。在相同回流比R下，各种q值并不改变精馏段操作线的位置，但却明显的改变了提馏段操作线的位置。Q值愈小，提馏操作线的斜率愈大。物料中水分子存在形式：1. 机械结合水，食品表面，粗毛细管，干燥主要去掉。2. 物理化学结合水，吸附水，渗透水，结构水，干燥去除，以气态。3. 化学结构水，经化学反应按一定比例渗透于物质分子内部 干燥无法除去。干球温度、湿球温度、相对湿度和露点温度之间的关系 了解干球温度、湿球温度、相对湿度和露点温度之间的相互关系，对于空气调节装置的各个方面都至关重要。这些湿度问题在建筑物和材料完整性、住户健康和舒适、总体室内空气质量方面都扮演着特别重要的角色。 在评估相对湿度、湿球温度和露点时，HVAC技师传统上都使用悬摇式湿度计和温湿图。现在他们则都使用更加准确、更加方便的“湿度”仪，即使在不能使用悬摇式湿度计的狭窄场所也能够进行测量。 采用的标准 许多人都认为其建筑规范中采用了ANSI/ASHRAE标准55-2004（湿度标准55-2004和IAQ标准62-2004）。由于这两个标准最近都经过修改，因此以下的描述可能会有助于监测人和承包人改正工作方法，以满足新的要求。 比较舒适 ANSI/ASHRAE标准55-2004“Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy”（人类居住的热环境条件）设置了绝对湿度上限（湿度比为0.012或0.0127000 = 84 含水量/磅干燥空气，也等于62 F的露点（DP），超过该上限时，大多数住户就会感觉到不舒服。 通过以上标准列出了影响热舒适度的6个主要因素：代谢率、服装隔热、空气温度、辐射温度、空气流速、湿度。 了解这些因素的综合影响有助于工程师恰当地配置建筑系统。 湿度 1.峰值室外露点计算参数和峰值室内潜热载荷 2.预期发生的最小空间显热比以及此时的室外参数。 良好的HVAC设备选择实践通常建议： 冬季参数为68 F至70 F和30 % RH（相对湿度） 以及 夏季参数为74 F至76 F和50 %至60 % RH（相对湿度） 条件为 室外参数冬季为97.5 %、夏季为2.5 %干球温度（DB） 这意味着平均起来2.5%的极温将超过设备的容量。在这些时间内，设备的容量是不够的。 由于舒适制冷设备的工作时间中仅仅有30%发生在5%的室外参数干球温度下，因此这在挑选设备时是非常重要的。尽管大多数商业设备是分级的或具有一定形式的容量控制，但夏季潜热负载控制在部分负载条件下仍然是非常困难。 象Fluke 971这样的温湿度仪可以完成从干球温度到相对湿度的测量，可以计算湿球温度和露点温度，湿空气动力学指出，这对于HVAC的评估和诊断是非常关键的。 湿球温度非常接近于热函，或者空气中的总热（干球和湿球温度）。在温湿图中，湿球温度线接近平行于热函刻度值。对于采用固定式限流阀测量装置的制冷系统，为了精确进气，回风湿球温度线是强制性的。 蒸发器两侧的新风和回风湿球温度可用于温湿图或热函表来计算总制冷容量、显热和潜热容量，以及S/T比。 利用“CFM4.5蒸发器两侧热函差”即可求得总热（Qt = cfm4.5h）。 通过在温湿图上绘制各种状态或从温湿图计算可得到显热致冷和潜热致冷，以及S/T比。 露点对于夏季和冬季的评估都非常关键。管道表面温度必须保持在露点之上，防止在受控区域内外形成凝结。 冬季的室内相对湿度必须保持足够低，确保内墙和窗户表面温度不会接近露点。如果在窗户或墙表面发生凝结，则很可能在裙墙内也发生了凝结。 解决与舒适度相关的问题 如果设备没有足够的容量或者是分级的，当基于自动调节装置的干球温度运行时，在部分负载条件下，运行时间会较短，即会发生与湿度相关的抱怨。工作时间越短意味着除去的水分更少。特大型的设备也仅会加剧这种情况，增大不利状态发生的机会。将固定式限流装置改为热膨胀阀将保证在部分负载条件下的最大蒸发容量，并可用更大的盘管表面来除去水分。 了解干球温度、湿球温度、相对湿度和露点温度之间的相互关系，对于空气调节装置的各个方面都至关重要。这些湿度问题在建筑物和材料完整性、住户健康和舒适、总体室内空气质量方面都扮演着特别重要的角色。 在评估相对湿度、湿球温度和露点时，HVAC技师传统上都使用悬摇式湿度计和温湿图。现在他们则都使用更加准确、更加方便的“湿度”仪，即使在不能使用悬摇式湿度计的狭窄场所也能够进行测量。 采用的标准 许多人都认为其建筑规范中采用了ANSI/ASHRAE标准55-2004（湿度标准55-2004和IAQ标准62-2004）。由于这两个标准最近都经过修改，因此以下的描述可能会有助于监测人和承包人改正工作方法，以满足新的要求。 比较舒适 ANSI/ASHRAE标准55-2004“Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy”（人类居住的热环境条件）设置了绝对湿度上限（湿度比为0.012或0.0127000 = 84 含水量/磅干燥空气，也等于62 F的露点（DP），超过该上限时，大多数住户就会感觉到不舒服。 通过以上标准列出了影响热舒适度的6个主要因素：代谢率、服装隔热、空气温度、辐射温度、空气流速、湿度。 了解这些因素的综合影响有助于工程师恰当地配置建筑系统。 湿度 1.峰值室外露点计算参数和峰值室内潜热载荷 2.预期发生的最小空间显热比以及此时的室外参数。 良好的HVAC设备选择实践通常建议： 冬季参数为68 F至70 F和30 % RH（相对湿度） 以及 夏季参数为74 F至76 F和50 %至60 % RH（相对湿度） 条件为 室外参数冬季为97.5 %、夏季为2.5 %干球温度（DB） 这意味着平均起来2.5%的极温将超过设备的容量。在这些时间内，设备的容量是不够的。 由于舒适制冷设备的工作时间中仅仅有30%发生在5%的室外参数干球温度下，因此这在挑选设备时是非常重要的。尽管大多数商业设备是分级的或具有一定形式的容量控制，但夏季潜热负载控制在部分负载条件下仍然是非常困难。 湿球温度非常接近于热函，或者空气中的总热（干球和湿球温度）。在温湿图中，湿球温度线接近平行于热函刻度值。对于采用固定式限流阀测量装置的制冷系统，为了精确进气，回风湿球温度线是强制性的。 蒸发器两侧的新风和回风湿球温度可用于温湿图或热函表来计算总制冷容量、显热和潜热容量，以及S/T比。 利用“CFM4.5蒸发器两侧热函差”即可求得总热（Qt = cfm4.5h）。 通过在温湿图上绘制各种状态或从温湿图计算可得到显热致冷和潜热致冷，以及S/T比。 露点对于夏季和冬季的评估都非常关键。管道表面温度必须保持在露点之上，防止在受控区域内外形成凝结。 冬季的室内相对湿度必须保持足够低，确保内墙和窗户表面温度不会接近露点。如果在窗户或墙表面发生凝结，则很可能在裙墙内也发生了凝结。 解决与舒适度相关的问题 如果设备没有足够的容量或者是分级的，当基于自动调节装置的干球温度运行时，在部分负载条件下，运行时间会较短，即会发生与湿度相关的抱怨。工作时间越短意味着除去的水分更少。特大型的设备也仅会加剧这种情况，增大不利状态发生的机会。将固定式限流装置改为热膨胀阀将保证在部分负载条件下的最大蒸发容量，并可用更大的盘管表面来除去水分湿度表示空气中水汽的含量或干湿程度.在气象观测中常用水汽压.相对湿度和露点温度三种物理量表示.1) 水汽压(e):是水汽在大气总压力中的分压力.它表示了空气中水汽的绝对含量的大小.以毫巴为单位.空气吸收水汽有一定限量.达到了限量就不再吸收.这个限量叫饱和点.空气中水汽达到饱和点时的水汽压.称为饱和水汽压(或称最大水汽张力).饱和水汽压是温度的函数.随温度升高而增大.在同一温度下.纯冰面上的饱和水汽压要小于纯水面上的饱和水汽压.2) 相对湿度(rh):湿空气中实际水汽压e与同温度下饱和水汽压E的百分比.即rh =(e/E) 100%相对湿度的大小能直接表示空气距离饱和的相对程度.空气完全干燥时.相对湿度为零.相对湿度越小.表示当时空气越干燥.当相对湿度接近于100%时.表示空气很潮湿.越接近于饱和.3) 露点(或霜点)温度:指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下.冷却到饱和时的温度.形象地说.就是空气中的水蒸气变为露珠时候的温度叫露点温度.露点温度本是个温度值.可为什么用它来表示湿度呢?这是因为.当空气中水汽已达到饱和时.气温与露点温度相同,当水汽未达到饱和时.气温一定高于露点温度.所以露点与气温的差值可以表示空气中的水汽距离饱和的程度.干球温度：是温度计在普通空气中所测出的温度，即我们一般天气预报里常说的气温。湿球温度：是指同等焓值空气状态下，空气中水蒸汽达到饱和时的空气温度。湿球温度焓湿图搀着方法：上是由空气状态点沿等焓线下降至100%相对湿度线上，对应点的干球温度。湿球温度的测量方法：用湿纱布包扎普通温度计的感温部分，纱布下端浸在水中，以维持感温部位空气湿度达到饱和，在纱布周围保持一定的空气流通，使于周围空气接近达到等焓。示数达到稳定后，此时温度计显示的读数近似认为湿球温度。露点温度：在空气中水汽含量（绝对含湿量d）不变，气压一定下，使空气冷却达到饱和时的温度，称露点温度，简称露点（Td）。其单位与气温相同。在气压一定时，露点的高低只与空气中的水汽含量有关，水汽含量愈多，露点愈高，所以露点也是反映空气中水汽含量的物理量。在实际大气中，空气经常处于未饱和状态，露点温度常比气温低（TdT）。露点温度焓湿图查找方法：按照两球温度之差在表上找所对应的绝对湿度（绝对含湿量d），沿着同一竖行看下去（就是两球温差不变），看到相对湿度为100所对应的最高温度即为露点。这个方法是近似的。1.2.2.2气路控制系统气路系统由控制阀、电解池、流量调节阀和流量计、干燥器等部分组成。气流路径的控制由控制阀完成。1.2.3使用注意事项由公式12可知，测量结果，即气体的湿度L/L（ppmv）是根据气体流量及电解电流计算得出来的，因此气体的流量必须准确控制与测量。这类仪器一般使用浮子流量计，在20，1atm下，用空气进行标定。假如使用时的条件不是标准条件，例如是在另外的温度和压力下，或被测气体不是空气，则需针对被测气体进行重新标定，或根据校正因子进行校正。1.2.4应用范围测量范围一般为从几个L/L（ppmv）到2000L/L（ppmv），准确度一般为读数的5%或满量程的1%。可以用于多种惰性气体，某些不与P2O5反应的有机及无机气体。例如空气、氮气、氢气、氧气、氩气、氦气、氖气、一氧化碳、二氧化碳、六氟化硫、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、天然气以及某些氟里昂气体等。不能用于某些腐蚀性气体以及能与P2O5发生反应的气体，例如乙醇、某些酸性气体、不饱和烃类气体。1.2.5优缺点优点：属绝对测量法，稳定，不漂移。缺点：电解池寿命有限，需要再生。高湿或低湿（1ppmv）均会缩短其寿命。低湿时响应慢。对气体流量要求较高。不能用于某些腐蚀性气体以及能与P2O5发生反应的气体。有本底。1.3氧化铝电容式湿度计1.3.1测量原理、结构及应用范围该仪器形式繁多，例如便携式电池操作的、带微处理器可进行数据处理的、显示多参数的等等。但其本质是一个电容器，通过将一薄层孔状的氧化铝沉积在导电的基体上，然后再在氧化铝薄层上涂敷一层薄金。导电基体和金薄层就形成电容器的电极。水蒸气穿过金薄层被孔状的氧化铝吸收，这个电容器的阻抗与水分子个数，即水汽分压成一定的比例。通过测量该电容器的阻抗或电容可获得水汽分压，通过换算可得到露点值。结构见图2-7。位于铝和金电极之间的氧化铝薄层在10-3Pa(约相当于-110露点)到水的饱和汽压的整个范围内都有响应。由于其对水的强烈的亲和力，再加上水的较大的介电常数，使得这类仪器对水有高度的选择性，而对其它普通气体及有机气和液体没有响应。在中高湿范围其准确度一般为12，低湿范围，比如-100时，准确度一般为23。该类传感器不与烃类气体、CO、CO2、含氯氟烃气体发生反应，但对于不同的气体其漂移不同。对于某些腐蚀性气体，例如氨、SO3以及氯，则会损坏传感器，因此应尽量避免。1.3.2使用注意事项这类仪器通常的测量范围为-110+20。当被测露点较高时，会使得仪器产生较大的漂移。同时还需注意温度系数。由于其对水汽分压产生响应，因此应注意测量时气体总压的变化。避免灰尘、油污，测量时气体流量较大，一般为35（L/min），甚至更大。1.3.3优缺点优点：较宽的响应范围，从1L/L（ppmv）到80%RH，可以远程安装，可以现场使用，相对稳定，响应较快，温度系数较小，与流量变化无关，对水分有较高的选择性，可以在较宽的温度和压力范围内使用，日常维护量较小，体积小。缺点：该方法是间接测量，在较高的温度下操作或某些气体会引起漂移，受腐蚀性气体的影响，必须定期校准以克服老化、滞后及污染。由于响应值非线性，因此需对每只传感器进行校准，不能通用。1.4薄膜电容式湿度计1.4.1测量原理、结构及应用范围是使用沉积在两个导电电极上的聚胺盐或醋酸纤维