11.1 水分和濕度電測法

　　11.1.1水分和濕度的定義及表示方法

　　一、 氣體的濕度

　　1、絕對濕度

　　絕對濕度是指單位體積的空氣中含有水蒸汽重量的實(shí)際數(shù)值。飽和溫度是指在一定的氣壓和一定的溫度的條件下、單位體積的空氣巾能夠含有水蒸汽的極限數(shù)值。絕對濕度是指在一定溫度時(shí)，單位體積的空氣中所含水蒸氣的份量（gm.），相對濕度是指在一定溫度時(shí)，空氣中的實(shí)際水蒸氣含量與飽和值之比，用百分比表示。

　　2、相對濕度

　　相對濕度，指空氣中水汽壓與飽和水汽壓的百分比。濕空氣的絕對濕度與相同溫度下可能達(dá)到的最大絕對濕度之比。也可表示為濕空氣中水蒸氣分壓力與相同溫度下水的飽和壓力之比。相對濕度用RH表示。相對濕度的定義是單位體積空氣內(nèi)實(shí)際所含的水氣密度（用d1 表示）和同溫度下飽和水氣密度（用d2 表示）的百分比，即RH（%）= d1/ d2 x 100%。

　　3、露（霜）點(diǎn)溫度

　　露點(diǎn)（或霜點(diǎn)）溫度：露點(diǎn)溫度指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時(shí)的溫度。形象地說，就是空氣中的水蒸氣變?yōu)槁吨闀r(shí)候的溫度叫露點(diǎn)溫度。露點(diǎn)溫度本是個(gè)溫度值，可為什么用它來表示濕度呢？這是因?yàn)?，?dāng)空氣中水汽已達(dá)到飽和時(shí)，氣溫與露點(diǎn)溫度相同；當(dāng)水汽未達(dá)到飽和時(shí)，氣溫一定高于露點(diǎn)溫度。所以露點(diǎn)與氣溫的差值可以表示空氣中的水汽距離飽和的程度。

　　二、固體的濕度

　　固體的濕度也稱為含水量（或稱水分），通常以物質(zhì)中所含水分質(zhì)量（或重量）與總質(zhì)量（或總重量）之比的百分?jǐn)?shù)來表示。

　　11.1.2固體水分電測法

　　一、紅外式

　　用易被水吸收和不被水吸收的兩種波長的紅外輻射輪流交替地透過被測固體，取其透過被測固體的輻射強(qiáng)度之比值來測定被測固體的水分。

　　二、電阻式

圖11-1-1

　　利用固體物質(zhì)的電阻值隨含水量的不同而不同的特性，可以測量其濕度。

　　三、電容式

圖11-1-2

　　根據(jù)物料介電常數(shù)與水分的關(guān)系，通過測量以物料為電介質(zhì)的電容器的電容值即可確定物料的水分。

　　11.1.3氣體濕度電測法

　　一、 測溫式--干濕球濕度計(jì)

圖11-1-3

　　原理：根據(jù)所測得干球溫度T1和濕球溫度T2之差，確定空氣的相對濕度。

　　1、傳統(tǒng)方法――用水銀溫度計(jì)測量干濕球溫度，查相應(yīng)的表，確定氣體的濕度。

　　2、用兩個(gè)熱電偶或兩個(gè)熱電阻測量干濕球溫度差 圖10-2-10圖10-2-11

　　3、"電子干濕式"濕度傳感器

圖11-1-4

　　二、電阻式

　　通過測量濕敏電阻受濕度影響后的阻值即可測得相應(yīng)的濕度。

　　三、電容式

　　高分子濕敏電容的電容值與氣體中相對濕度之間成線性關(guān)系。

　　四、石英振動(dòng)式

　　在石英晶片的表面涂敷高分子膜，當(dāng)膜吸濕時(shí)，石英晶片振蕩頻率發(fā)生變化，不同的頻率就代表不同程度的濕度。

　　五、多孔Al2O3濕度傳感器

圖11-2-1

　　當(dāng)液體密度增加時(shí)，浮力增大，浮子上升。測量浮子位置可測出液體密度。

　?。ㄈ┎顗悍?/p>

　　在被測液體液面下方的容器壁上，設(shè)置兩個(gè)垂直距離為定值H的取壓孔，用差壓傳感器測出這兩個(gè)取壓孔的差壓 ,即可測出液體的密度

　　11.2.2 濃度電測法

　　若總體積為V的溶液中溶質(zhì)B的質(zhì)量為m（B），則溶質(zhì)B的質(zhì)量濃度表示為：

　　一、 電導(dǎo)式

　　測量低濃度區(qū)域和高濃度區(qū)域（不能測量中間一段濃度）溶液的電導(dǎo)率，可以得知對應(yīng)的溶液濃度C.

　　1、電導(dǎo)池

　　測量溶液電導(dǎo)的線路圖11-2-2

　　2、電磁感應(yīng)式

圖11-2-3

　　用被測溶液構(gòu)成一個(gè)短路線圈，將兩個(gè)變壓器T1和T2耦合起來。T1為激勵(lì)變壓器，其初級通以交流電壓時(shí)，通過對i2的測量可以得到溶液的電導(dǎo)，從而得出相應(yīng)的濃度。

　　二、光電式

　　1、用光電折光儀測量溶液的折射率可間接測量溶液的濃度。

　　2、利用光電自動(dòng)旋光計(jì)測量溶液的旋光度，可求得溶液的濃度。

　　三、石英晶體微量天平

　　待測氣體樣品與壓電振子的表面涂層相接觸時(shí)，氣體濃度越高，被吸收到涂層內(nèi)的氣體分子越多，因此壓電振子的振動(dòng)頻率的變化當(dāng)與待測的氣體濃度成正比。

　　11.3氣體分析與檢測

　　在各種密閉的移動(dòng)艙室環(huán)境中，存在犬量氣體狀態(tài)污染物，這些氣體污染物以分子狀態(tài)存在，大部分為無機(jī)氣體，例如CO,NO2,H2S,LEL,VOC等。采用無線遙測技術(shù)實(shí)時(shí)采集和記錄車輛在靜止和行進(jìn)過程中艙室內(nèi)的有害氣體、溫濕度等狀態(tài)參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，以便分析有害氣體對艙室人員身心健康的影響。

　　11.3.1氣體分析

　　一、熱導(dǎo)式氣體分析儀

　　1、原理：設(shè)導(dǎo)熱系數(shù)為λ1和λ2的兩種氣體混合，λ1和λ2已知，若測得該混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)λc,則可求得兩種氣體的百分?jǐn)?shù)含量α1和α2:

　　2、熱導(dǎo)池 圖11-3-1（a）

　　――將混合氣體導(dǎo)熱系數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為熱電阻阻值變化的部件。

　　3、熱導(dǎo)式氣體分析儀

圖11-3-1(b)

　　分析室Rk1和Rk2為參考室，室內(nèi)充入潔凈的空氣，

　　分析室Rx1和Rx2充入被分析的混合氣體，

　　四個(gè)分析室組成橋路。電橋輸出是混合氣體組分的函數(shù)。

　　二、磁式氧量分析儀

　　1、 原理：是基于對氧的順磁性的測量。

　　混合氣體的體積磁化率

　　式中：k1為氧氣的體積磁化率；

　　k2為混合氣體中除氧外，各成分氣體的體積磁化率平均值；

　　C為氧氣含量

　　結(jié)論：根據(jù)混合氣體體積磁化率的大小，就可以確定氧氣含量C.

　　2、 熱磁式對流檢測器

圖11-3-2

　　被分析的氣體含氧量越高，磁風(fēng)就越強(qiáng)，兩熱絲元件的溫差越大，相應(yīng)阻值變化就越大。電橋輸出電壓可以用來表示被分析氣體中所含氧氣的濃度。

　　三、光學(xué)吸收式氣體分析儀

　　（一）工作原理

　　當(dāng)物質(zhì)吸收特征波長的光輻射時(shí)，透射光能量與入射光能量之間關(guān)系為：

　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　式中 W為透射光能量，W0為入射光能量；a為吸收率；b為光程長度；c為試樣中吸光物質(zhì)的濃度。若a、b為已知數(shù)值，則通過測量透射光與入射光能量的比值，就可以確定吸光物質(zhì)的濃度。

　?。ǘ?CO2紅外線氣體分析儀

圖11-3-3

　　測量時(shí)，被測氣體通過樣品室，參比室充滿沒有CO2的大氣。經(jīng)過標(biāo)定，就可以從輸出信號的大小確定CO2的含量。

　?。ㄈ?strong>光電比色計(jì)

圖11-3-4

　　左半部分為參比介質(zhì)光路。比色皿盛放的是不含被測成分的某種液體（或氣體），對光束波長沒有吸收作用，

　　右半部分為被測介質(zhì)的測量光路，比色皿中盛放的是被測樣品，對光束波長有一定的吸收作用

　　兩路光學(xué)系統(tǒng)檢測元件的輸出就不一樣，通過比較放大后顯示出被測介質(zhì)的含量。

　　11.3.2 實(shí)用氣體檢測器

　　一、有害氣體檢測與排氣控制電路

圖11-3-5

　　當(dāng)HQ-1氣敏元件檢測到有害氣體濃度超過安全值時(shí)，電路發(fā)出報(bào)警，同時(shí)開啟排氣扇。

　　二、防止酒后開車控制器

圖11-3-6

　　若司機(jī)酗酒，氣敏器件的阻值急劇下降，繼電器線圈通電，其常開觸頭閉合，發(fā)光二極管導(dǎo)通，發(fā)紅光，以示警告，同時(shí)繼電器常閉觸點(diǎn)斷開，使司機(jī)無法起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　三、實(shí)用瓦斯報(bào)警器

圖11-3-7

　　當(dāng)周圍空氣中有瓦斯氣體時(shí)，氣敏元件的電阻迅速減小，555集成電路4腳變?yōu)楦唠娖?，振蕩器電路起振，揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲，提醒人們采取相應(yīng)的措施，以防事故的發(fā)生。