本发明专利技术涉及一种测量固体表面温湿度的装置及方法，属于仪器仪表技术领域。一种测量固体表面温湿度的装置，包括湿敏元件（3）及2个温敏元件，即第一温敏元件（1）及第二温敏元件（2），所述第一温敏元件（1）置于被测固体表面，精确测量其温度；所述湿敏元件（3）及第二温敏元件（2）布置在被测固体表面附近，测量此处温、湿度；所述第一温敏元件（1）与湿敏元件（3）、第二温敏元件（2）之间采用细柱（4）或网格支架连接，保持湿敏元件（3）和第二温敏元件（2）所在平面与第一温敏元件（1）之间的间距不超过1.5厘米，避免其破坏物体附近风速场从而影响温湿度变化。本发明专利技术的装置结构简单、成本低廉，可靠性高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于仪器仪表
技术介绍
在エ业生产、日常生活及科学研究等领域，对物体表面温湿度的直接监测与控制已成为现实需求，为预防湿潮敏感性危害(如腐蚀)、改善生活质量及进行科学研究提供必要的指导。在很多情况下，我们需要在线监测物体表面湿度动态变化。如果物体表面与周围空气温度不同，相対湿度值将在靠近固体附近区域发生剧烈变化，利用远离固体表面处空气湿度值进行相关研究控制将可能存在较大偏差，然而实际情况恰恰多是在固体区附近存在温度梯度。当前主流的湿度传感器难以胜任对固体表面湿度的測量，主要原因有(I)湿度传感器难以小型化，測量时感湿元件实际离物体表面较远，所测值不能真实反映表面湿 度情況；(2)若要所测湿度能反映实际情况，需将湿敏元件直接置于物体表面，但感湿元件在有结露水的表面将不能正常工作且减小其使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了能精确测量物体表面温湿度，为突破现有传感器的体积限制与不适合结露环境使用局限性，提出了一种通过巧妙组装感温、感湿元件的新型表面温湿度传感器。本专利技术的技术方案如下一种测量固体表面温湿度的装置，包括湿敏元件(3)及2个温敏元件，即第一温敏元件(I)及第ニ温敏元件(2)，其特征在于所述第一温敏元件(I)置于被测固体表面，精确测量其温度；所述湿敏元件(3)及第ニ温敏元件(2)布置在被测固体表面附近，測量此处温、湿度；所述第一温敏元件(I)与湿敏元件(3)、第二温敏元件(2)之间采用细柱或网格支架连接，保持湿敏元件(3 )和第二温敏元件(2 )所在平面与第一温敏元件(I)之间的间距不超过I. 5厘米，避免其破坏物体附近风速场从而影响温湿度变化。进ー步的，所述第一温敏元件(I)采用丝线状或贴附式薄片状或双针式，与被测固体表面形状相适应。进ー步的，所述第二温敏元件(2)与湿敏元件(3)集成为一体或单独贴近布置。本专利技术ー种利用权利要求I所述的装置測量固体表面温湿度的方法，其特征在于，所述方法如下I、将第一温敏元件(I)置于被测固体表面，精确测量其温度；2、将湿敏元件(3)及第ニ温敏元件(2)集成布置在被测固体表面附近空气中，测量此处温、湿度；所述第一温敏元件(I)与湿敏元件(3)、第二温敏元件(2)之间采用细柱或网格支架连接，避免其破坏物体附近风速场从而影响固有温湿度变化；3、由两处温度值获得饱和水汽压关系，再结合湿敏元件(3)所测湿度值，计算出物体表面相対湿度；4、输出第一温敏元件采集的被测固体表面温度，并输出換算得到并经校正的固体表面湿度信息。进ー步的，所述步骤3的计算方法具体如下根据相对湿度的定义知RH=P1ZP2XlOO0Z70 式中，RH为相对湿度，P1为实际的空气水气压强，P2同温度下饱和水气压強。则固体表面处相对湿度为RH 表=P1,表/P2,表(I)表面附近处空气相対湿度为RH 附=P1,附/P2,附(2)由于传感器中敏感元件距离很小，水气分压近似相等，即P1,故有RH表=RH附 XP2,附/P2,表(3)而饱和水汽压和温度有直接对应关系，由第一、第二温敏元件分别测得温度t#、t附，从而算出？2,表、？2,附。根据Goff-Gratch饱和水汽压公式IgP2 = 10. 75947(1-273. 16/T) -5. 028001g273. 16/T+1. 50475 X 1(T4[1-1(T8.2969(1/273.时]+4. 2873X 10-4[io4-69455(1^T/273-16)-1] +0. 78614式中，T=t+273. 15。将t表、t B代入可分别求得P2,表、P2,B，结合公式(3)、第一湿敏元件所测值RHb可得到RH表。进ー步的，在保证安置稳定性的前提下，加工时尽量减小细柱或网格支架的横截面积及数量，减小对原有风速场的破坏从而影响固有温湿度变化。进ー步的,所述方法进ー步包括湿度校正所述步骤3的计算值低于100%时,该计算值即为被测固体表面湿度输出值；计算值大于100%吋，100%即为被测固体表面湿度输出值。本专利技术的有益效果是通过采用与被测固体表面形状相适应的第一温敏原件，具有广泛的适用性。同时本专利技术将多个温敏元件、湿敏元件进行适当组装，既能准确测量表面温湿度，又能在结露环境中正常工作的新型表面湿度传感器。该传感器结构简单、成本低廉。附图说明图I是本专利技术的装置结构示意图。图2是本专利技术的方法流程图。图3a)是本专利技术的实施例测得的相対湿度模拟值与实测值的对比图，图3b)是本专利技术实施例测得的温度模拟值与实测值的对比图。具体实施方式图I是本专利技术的装置结构示意图。在离固体附近较小区域内，大气总压及水蒸气摩尔分数并无明显变化，即水蒸气分压近似相等。由于感温元件易做到体积小、防水性能好，可将薄片状或者丝状第一温敏元件I置于物体表面精确测量其温度，同时在离表面稍远处集成布置第二温敏元件2及湿敏元件3，測量此处温、湿度，由两处温度值获得饱和水汽压关系，再结合湿敏元件所测湿度值计算出物体表面相対湿度。为满足不同形貌表面湿度的测量需求，该表面湿度传感器表面处第一温敏元件I结构、形状灵活多变(如丝线状、贴附式薄片状、双针式等)，具有广泛的适用性。为保证测试精度，较远处温湿元件所处位置应该较为接近(距离不超过I. 5厘米)，物体表面处、附近空气中元件之间宜采用细柱4或小横截面网格支架连接，避免其破坏物体附近风速场从而固有影响温湿度变化，在保证装置安置稳定性的前提下可适当減少支柱数目。第二温敏元件2与湿敏元件3集成为一体，或单独贴近布置，如图I所示。本专利技术方法的具体流程如图2所示。 換算方法外，该传感器中三个敏感元件的温湿度測量原理、信号转换处理方式与主流传感器相同。传感器精度依赖于感温感湿元件本身，实际生产中需特别注意该湿度传感器湿敏元件并不直接測量表面湿度，故可用于表面有结露水的环境中。表面处湿度由计算间接測量，由于实际相対湿度值不会超过100%，计算得相対湿度可能出现大于100%的情况(表明固体表面已结露)，故需要在传感器信号输出前进行校准，计算值低于100%时所测值即为被测固体表面湿度的输出值，计算值大于100%时以100%输出。图3 (a)及(b)为该传感器ー应用实例結果。在BINDER温湿箱内由30°C、30%RH到60°C、60%RH的升温增湿过程中，理论模拟了 150*100*35mm的6061铝合金试样上表面中心温湿度变化，并运用本专利技术温湿度传感器监测了对应点的实际值。考虑到箱内温湿度的波动(特别是湿度值)，该传感器实测值与理论值吻合很好。在2000s附近试样相対湿度出现了ー 100%的平台，表明出现了结露现象，但该传感器仍然工作正常，验证了其在结露环境下良好的工作稳定性。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种测量固体表面温湿度的装置，包括湿敏元件（3）及2个温敏元件，即第一温敏元件（1）及第二温敏元件（2），其特征在于：所述第一温敏元件（1）置于被测固体表面，精确测量其温度；所述湿敏元件（3）及第二温敏元件（2）布置在被测固体表面附近，测量此处温、湿度；所述第一温敏元件（1）与湿敏元件（3）、第二温敏元件（2）之间采用细柱（4）或网格支架连接，保持湿敏元件（3）和第二温敏元件（2）所在平面与第一温敏元件（1）之间的间距不超过1.5厘米，避免其破坏物体附近风速场从而影响温湿度变化。
【技术特征摘要】
1.一种测量固体表面温湿度的装置，包括湿敏元件(3)及2个温敏元件，即第一温敏元件(I)及第二温敏元件(2 )，其特征在于 所述第一温敏元件(I)置于被测固体表面，精确测量其温度； 所述湿敏元件(3)及第二温敏元件(2)布置在被测固体表面附近，测量此处温、湿度；所述第一温敏元件(I)与湿敏元件(3)、第二温敏元件(2)之间采用细柱(4)或网格支架连接，保持湿敏元件(3 )和第二温敏元件(2 )所在平面与第一温敏元件(I)之间的间距不超过I. 5厘米，避免其破坏物体附近风速场从而影响温湿度变化。2.根据权利要求I所述的装置，其特征在于 所述第一温敏元件(I)采用丝线状或贴附式薄片状或双针式，与被测固体表面形状相适应。3.根据权利要求I所述的装置，其特征在于所述第二温敏元件(2)与湿敏元件(3)集成为一体或单独贴近布置。4.一种利用权利要求I所述的装置测量固体表面温湿度的方法，其特征在于，所述方法如下 4. I将第一温敏元件(I)置于被测固体表面，精确测量其温度； 4. 2将湿敏元件(3)及第二温敏元件(2)集成布置在被测固体表面附近空气中，测量此处温、湿度； 所述第一温敏元件(I)与湿敏元件(3)、第二温敏元件(2)之间采用细柱或网格支架连接，避免其破坏物体附近风速场从而影响固有温湿度变化； 4. 3由两处温度值获得饱和水汽压关系，再结合湿敏元件(3)所测湿度值，计算出物体表面相对湿度； 4.4输出第一温敏元件采集的被测固体表面温度，并输出换算得到并经校正的固体表面湿度信息。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：金莹，文磊，曹宗宝，任学冲，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。