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露点与相对湿度

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发表于 2017-9-28 12:20:39 | 显示全部楼层 |阅读模式
露点与相对湿度

露点的原始定义一般说来是:湿度一定压力一定的被测量气体被降温,当降到一个特定的温度时出现结露现象,此时这个特定温度就是这个压力条件下的露点温度.所以才出现了从原始定义出发测量露点的镜面式露点仪,GE的测量镜面采用铂铑合金.
相对湿度是被测量气体的水蒸气分压与相同压力、温度条件下净水表面饱和水蒸气分压的比值。范围0-100% 单位RH,无量纲单位。
露点的测量环境要根据测量仪器的不同而定,镜面式露点仪一般要求流量,基本都为0.25升/分钟至5升/分钟之间,流量过大或过小都将导致测量不准确。探头式的在线露点仪也要求流量条件,它的流量性质准确的称为流速,不同压力下流速允许范围因传感器不同而异。GE的金基三氧化二铝传感器有许多种,种种不同,根据测量条件内置针阀式采样器的可测量更大压力气体的露点,MMY35典型的流速允许为  1bar 基本是常压了,可达50米/秒。但在10bar压力条件下,只有5米/秒的最大流速。
相对湿度基本没碰到过有什么要求,一般常见的是在相对湿度含量很低的情况下用露点表示,或者直接用含水PPM表示,因为你不能用小数点以后几个零的数字来表示,那样没有意义。高温下也一般已经不存在相对湿度的概念,因为水已经被完全汽化,根本不存在含水量的概念(高压下例外)。无论是高温还是高温高压下,现在的相对湿度传感器基本都是通过采样气体测量常温湿度,然后反推得出的。
结论:如果空气相对湿度达到100%RH,那么此时的空气温度就是露点温度,这个结果不难得出。
而且现在的计量单位,从一级到二级站基本都已经将镜面露点仪作为相对湿度的最高标准。

什么是相对湿度?
在相同温度下,空气中水汽含量与饱和水汽含量之间的比例。

详细解释:
压力为P,温度为T的湿空气的相对湿度是指给定的湿空气中,水汽的摩尔分数怀同一温度T和压力P下纯水表面的饱和水汽的摩尔分数之比,用百分数表示。
相对湿度是两个压强值之比:%RH = 100 x p/ps
在这里p是周围环境中水蒸汽的实际部分压强值;ps是周围环境中水的饱合压强值.
相对湿度传感器通常是在标准室温情况下校准的(高于0度),相应的,通常认为这种传感器可以指示在所有温度条件下的相对湿度(包括在低于0度的情况).
冰会产生的蒸汽压强低于液态水。因此,当液态水水以冰的形式出现时,冷凝会相对湿度低于100%的情况下产生。
水汽压和相对湿度
中国科学院计算机网络信息中心提供的解释如下


  大气中水汽的含量虽然不多,却是大气中极其活跃的成分,在天气和气候中扮演着重要的角色。大气中的水汽含量有很多种测量方法,日常生活中人们最关心的是水汽压、绝对湿度和相对湿度。

  水汽压(e)是大气压力中水汽的分压力,和气压一样用百帕来度量。以前气压和水汽压常以水银柱的毫米数来测度,1百帕=0.75008毫米水银柱。在一定温度下空气中水汽达到饱和时的分压力,称为饱和水汽压(E)。饱和水汽压随着气温的升高而迅速增加。

  绝对湿度(a)指单位体积湿空气中含有的水汽质量,也就是空气中的水汽密度,单位为克/厘米3或千克/3。绝对湿度不容易直接测量,实际使用比较少。如果水汽压的单位为百帕,绝对湿度的单位取千克/3,则两者关系为:


其中T是温度。
相对湿度(f)指空气的水汽压e与同一温度下的饱和水汽压E之比,以百分数表示是:



相对湿度的大小表示空气接近饱和的程度。当f=100%时,表示空气已经达到饱和;未饱和时,f<100%;过饱和时f100%。相对湿度的大小不仅与大气中水汽含量有关,而且还随气温升高而降低。
  
湿度的单位换算
  
  测湿仪表的显示值,通常是相对湿度或露点温度,在需要用其它单位时可进行换算。换算的方法如下:
  1.相对湿度与实际水汽压间的换算
  由相对湿度的定义可得:
  ---------------------------(1)
  式中:RH----相对湿度,%RH;
  e----实际水汽压,hPa;
  E---饱和水汽压,hPa。
  因此:
  -------------------------------(2)
  即:实际水汽压等于相对湿度乘以相同温度下的饱和水汽压。
  由于饱和水汽压E是温度的函数,所以用相对湿度换算为实际水汽压或用实际水汽压计算相对湿度,都必须已知当时的温度值。在计算饱和水汽压时,应确定是冰面还是水面,以正确选用计算公式。
  2.相对湿度换算为露点温度
  由于露点温度定义为空气中的水汽达到饱和时的温度,所以,必须先计算出实际水汽压。根据露点的定义,这时的水汽压就是露点温度对应的饱和水气压。因此,可以用对饱和水汽压求逆的方法计算露点温度。
  用Goff-Grattch方程求逆非常困难,常用饱和水汽压的简化公式计算,而
  简化公式很多,一般采用国军标GJB1172推荐的公式:
  ----------(3)
  式中:E------为饱和水汽压,Pa;
  T------热力学温度,K;
  A、B、C为经验系数。其数值如下:
  纯水平面:
  0~100℃:A=20.013;B=16.286;C=2.492。
  过冷却纯水平面:
  0~-50℃:A=21.930;B=4.2526;C=4.422。
  纯冰平面:
  0~-100℃:A=23.151;B=-3.3151;C=6.10。
  由公式(3)可以导出:
  ------------(4)
  式中:
  必须根据 的值按以下原则判断Td的范围:
  当  >0时,Td>273.15K
  当  <0时,Td<273.15K
  最后由Td的范围确定A、B、C系数的大小。与(3)式的条件相同。
  3.露点温度换算为相对湿度
  用露点温度换算为相对湿度,要比相对湿度换算为露点温度简单得多。但必须已知当时的温度值,其计算步骤如下:
  (1)把露点温度代入饱和水汽压计算公式计算出当时温度条件下的实际水汽压e。
  (2)把当时的温度代入饱和水汽压公式计算当时温度条件下的饱和水汽压E。
  (3)用公式(1)计算相对湿度。
  4.实际水汽压与露点温度的换算
  可采用以下简化公式:
  --------------------------(5)
  式中:  -----露点温度,℃;
  e------实际水汽压,hPa;
  -----0℃时的饱和水汽压取6.11213hPa;
  a=17.5638;
  b=241.8243。
  例如,在用通风干湿表测量露点温度时,就可先用干湿表公式直接计算出实际水汽压e,然后用上式即可计算露点温度。
  4.实际水汽压与露点温度的换算
  可采用以下简化公式:
  --------------------------(6)
  式中:  -----露点温度,℃;
  e------实际水汽压,hPa;
  -----0℃时的饱和水汽压取6.11213hPa;
  a=17.5638;
  b=241.8243。
  例如,在用通风干湿表测量露点温度时,就可先用干湿表公式直接计算出实际水汽压e,然后用上式即可计算露点温度。
  5.实际水汽压与绝对湿度的换算
  实际水汽压与绝对湿度间存在以下关系:
  -------------------------------(7)
  式中:a----绝对湿度,g/m3;
  e----实际水汽压,hPa;
  a----空气的体膨胀系数,a=1/273.15;
  t-----空气的温度,℃。
  由于湿度传感器很少能直接测量绝对湿度,在计量检定中很少用绝对湿度换算实际水汽压。
  5.用霜点相对湿度换算露点相对湿度
  世界气象组织在《气象仪器和观测方法指南》中说明了大多数相对湿度传感器的特性,在0℃以下温度也采用水面相对湿度的优点。
  (1)基本上对相对湿度敏感的大多数湿度表,在各种温度下都显示水面相对湿度。
  (2)温度在0℃以下的大多数云,由水滴或主要由水滴组成。
  (3)相对湿度大于100%时一般不予观测,这在天气报告中特别重要。因为在温度低于0℃时,大气相对于冰面经常处于过饱和状态。
  (4)在现有的温度低于0℃的相对湿度记录中,绝大多数是相对于水面的测量值。
  另一方面,大多数湿敏元件的初始校准往往是在0℃以上条件进行的,校准,即是定了“刻度”,在0℃以下测量时,其“刻度”不大可能改变。因此,对于大多数湿度敏感元件,在冰面条件下测得的相对湿度值,必须换算为水面相对湿度值。其方法如下:
  (1)用霜点相对湿度对应的温度值计算出冰面饱和水汽压 。
  (2)以冰面饱和水汽压乘以霜点相对湿度得出实际水汽压e。
  (3)用霜点相对湿度对应的温度值计算对应的水面饱和水汽压 。
  (4)用实际水汽压e除以水面饱和水汽压 ,即可得过冷却水面对应的相对湿度。
  基于水面饱和水汽压的相对湿度,要比相同温度条件下冰面的相对湿度偏低,温度越低,其偏低的值越大。
  
  
  
露点和霜点
  
露点(Dp)露点是指气体冷却,开始由水汽冷凝为液态水的温度。露点可能会是在0ºC以下 (过冷却水)。应将此定义与霜点相区别。(见下一条目)
  
  
霜点(Fp)霜点是指气体冷却,开始由水汽冷凝为固态冰的温度。霜点只会在气温低于结冰点以下时出现。
  

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