维萨拉 | 了解湿度，第 2 部分：每位工程师都应掌握的实用测量方法

　

　　Joni Partanen

　　产品经理

　　Vaisala

　　工业制造和工艺        工业测量

　　在了解温度和气压的变化如何影响湿度读数后，可以更准确地进行测量和控制——但前提是您选择了合适的测量仪表。本文旨在帮助您深入了解湿度在实际环境中的表现特性，并解释如何为您的应用选择合适的湿度测量仪表。

　　由于温度和气压的变化也会改变湿度参数的关系，因此要了解湿度，就需要了解水气在变化条件下的表现特性。饱和气压、分气压和湿度数值均由温度和气压共同决定。

　　温度：当温度升高时，饱和气压会快速增加，因为暖空气比冷空气能容纳更多水气。这就是为什么当温度升高时，相对湿度会下降；而当温度降低时，即使空气中没有额外添加水分，也会有饱和和冷凝的风险。

　　气压：根据道尔顿定律，总气压会影响所有组成气体的分气压。当空气被压缩时，水气的分气压会成正比地随总气压增加。这会增加饱和和冷凝的风险。

　　当水气的分气压等于给定温度下的饱和气压时，即达到饱和状态。这称为露点。任何进一步冷却或水气增加都会导致冷凝。当温度低于零度时，过量的水气会结成冰，即为霜点。

　　这些原理可以解释现实世界中一些看似异常的现象，包括：

　　•相对湿度突增——这通常是由微小的温度变化而非水分含量变化引起的。例如，打开通往较冷走廊的门时，即使没有额外的水分进入房间，室内的相对湿度也会瞬间上升。

　　•压缩空气中的冷凝——这通常是由于水气在压缩过程中分气压升高，随后在下游设备中冷却所致。

　　•不同气压下的露点不可直接比较——露点受气压影响，因此在系统气压下测得的露点与在大气气压下测得的露点会有所不同。这意味着在进行任何比较时，都必须考虑气压条件。

　　通过了解湿度变化背后的物理原理，可以发现温度和气压的变化会导致湿度读数产生可预测的变化，从而帮助您实现准确的测量与控制。

　　常见湿度测量场景的实际案例

　　以下是两个简单的场景，展示了湿度参数如何变化，以及如何保持测量的准确性。

　　场景 1：将空气从 20 °C 加热到 30 °C

　　假设您拥有温度为 20 °C、相对湿度为 50% 的空气。如果您将空气加热到 30°C，而不添加或移去水分：

　　•绝对含水量保持不变。

　　•由于饱和水气压力会随温度升高而增加，相对湿度会下降。

　　•这点很重要，因为如果您使用相对湿度来控制过程，可能会误认为相对湿度下降意味着空气变干了，但实际上空气中的水分含量并没有减少。

　　•解决方案：使用露点而不是相对湿度进行控制，可避免不必要的加湿、节省能源并避免过度调节。这在试图同时控制湿度和温度的暖通空调系统中尤为重要。这类系统通常分别采用不同机制来实现加湿/除湿和加热/制冷。使用相对湿度作为控制参数可能导致不必要的振荡，因为系统会因温度变化引起的湿度读数变化而过度补偿，而非响应实际水分含量的变化。

　　场景 2：压缩空气露点计算

　　假设将空气从 1 bar 压缩至 7 bar。如果在压缩过程中未对空气进行干燥：

　　•水气分气压会与总气压成正比上升，而实际的水分含量不会改变。

　　•随着气压升高，露点会上升，因此空气冷却时可能会形成冷凝水。在压缩空气系统中，这会带来安全风险并降低能源效率。

　　•解决方案：在系统气压下测量露点可以预测冷凝发生的时间和地点。这有助于防止腐蚀，降低设备故障风险，并减轻安全风险。

　

　　Vaisala Humidity Calculator

　　您无需手动计算，即可使用维萨拉湿度计算器快速理解和分析这类场景，特别是在多个参数同时变化时。

　　如何选择合适的湿度测量仪表

　　选择合适的湿度测量设备，需要从几个关键因素入手。以下是一份实用清单：

　　•选择与测量环境匹配的仪表。您是在洁净室、仓库、室外还是压缩空气中测量？

　　•了解温度范围和气压条件。是否存在较大的温度波动？是否在加压系统中测量？是否需要加热探头以避免在冷凝条件下读数不准确？

　　•关注仪器的准确性和稳定性。选择具有低漂移、高精度和长期稳定性验证的设备。

　　•考虑维护和校准需求。在严苛的工业环境中，需要使用坚固的工业级湿度探头和具有较长校准周期的变送器。

　　•在露点与相对湿度之间做出正确选择。正确的测量参数取决于具体应用。例如：

　　o    低湿度干燥室和锂电池生产：使用露点传感器

　　o    暖通空调和建筑应用：使用相对湿度和温度变送器。

　　维萨拉的工业级湿度和露点变送器专为工业流程、洁净室和环境监测等要求严苛的应用场景而设计，能够提供稳定、长期的高性能。在漂移、停机或读数不准确会迅速导致高成本的环境中，维萨拉变送器依然可以保持可靠运行。

　　若想进一步了解如何为您的应用选择合适的湿度测量仪表，请参阅应用说明《如何选择适合您应用的湿度测量仪表》。

　　了解湿度的益处

　　湿度测量看似简单，但您需要真正了解自己测量的是什么。相对湿度和露点等参数以不同方式测量空气中的水分含量，并对气压和温度的变化有不同的反应。

　　当您了解这些测量及水气在不同条件下的表现特性时，就能做出更明智的控制决策，从而提升质量、降低能耗，并增强操作安全性。选择合适的仪表和传感器还能保护您的工艺流程并提升性能。

　　维萨拉湿度计算器——轻松进行湿度计算

　　维萨拉湿度计算器是一款免费、操作简便的工具，能够帮助您实时模拟不同温度和气压下的湿度变化，无需手动进行湿度计算和换算。它涵盖了所有常用的参数，并帮助您基于一个已知值计算多个湿度参数。该计算器经过科学验证，支持包括相对湿度、露点、霜点和焓值等多种参数。

　　试试维萨拉湿度计算器，了解温度或气压变化如何影响不同的湿度参数。