摘 要： 針對Pt電阻電子干濕球法測濕技術體積大及一般電子濕度測試的穩(wěn)定性差的情況,，比較和分析了機械通風和Pt電阻通風測濕儀的結(jié)構(gòu),，結(jié)合標準要求，設計了一種基于實驗室或鑒定使用的干濕球濕度計的結(jié)構(gòu),。采用AD590K進行溫度的測量,，采用有較高性價比、新型ARM模擬微處理器的ADUC7060進行數(shù)據(jù)采集和處理,。最后討論了應用經(jīng)典公式進行濕度計算的算法,，給出了采用線形擬合和近似公式的濕度近似處理方法。
關鍵詞： 干濕球濕度計,；通風,；近似方法；經(jīng)典公式
目前,，電子濕度傳感器在測量范圍和長期可靠性方面還不完善,，對于氣象和工業(yè)應用的濕度測量，干濕球測濕的方法仍然是應用的主流技術,。
干濕球測濕原理是:用一只溫度傳感器檢測空氣溫度(干球溫度),用另一只相同的傳感器檢測被蒸餾水浸濕的面紗套內(nèi)的溫度(濕球溫度),，通過計算或查表計算出相對濕度。
對于常規(guī)應用的濕度測量或計量來說,，其性能指標為測量范圍:10%RH～100%RH,；最 大 允 許 誤 差：±3%RH,。所需對應的溫度測量指標：(1)測量范圍:-50 ℃～+50 ℃，最 大 允 許 誤 差：±0.50 ℃,；(2)時間常數(shù)：10 s,；(3)通風速度：3 m/s～5 m/s[1]。
根據(jù)這個指標和相關的標準,，設計了一個電動式干濕球濕度計,。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計
電動式干濕球溫度計一般須配置[2]：溫度傳感器兩只（采用AD590）、通風裝置,、上水裝置,。
為使系統(tǒng)達到設計要求，需盡量保證干濕球測濕時,，濕度的數(shù)值盡量只與干濕球溫度有關（或加測試補償）,；而且，需使系統(tǒng)具有一定的實用性（常規(guī)實驗室,、測試間測量或計量使用）,。本文參照QX/T25-2004，并對比了幾種實物進行了結(jié)構(gòu)的設計,。
（1）機械通風式濕度測量儀由核心控制,、電源、溫度傳感器,、大氣壓傳感器,、水盒、風扇和由機箱構(gòu)成的通風道幾部分構(gòu)成[3],。
（2）Pt電阻電動通風式。
（3）由于AD590K體積較小,，便于實現(xiàn)小型化,，因此采用AD590K。本文借鑒了前兩個實物,，設計了如圖1所示的結(jié)構(gòu),。其特點是可拆卸、易安裝,，并可保存數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù),。
2 電路系統(tǒng)設計
2.1 傳感器的選擇
目前氣象和專業(yè)測濕應用，建議采用Pt100或Pt1000電阻,。如前所述,，AD590可以把體積做小，便于改進結(jié)構(gòu)及工業(yè)應用推廣,，因此本文采用了AD590,。但標準建議,，干球和濕球溫度傳感器在同一臺干濕表傳感器中，在5 ℃～50 ℃范圍內(nèi)配對偏差不大于0.05 ℃[2],，所以采用AD590,，需要性能好的如AD590K、AD590L或AD590M,，并做比較測試,，也可通過軟件補償來實現(xiàn)產(chǎn)品的完善。本系統(tǒng)采用了AD590K,。
2.2 測濕前端電路設計
采用差動測溫度差并考慮校正電路（25 ℃?zhèn)鞲衅餍Ｕ?、放大增益、零點校正,、干球和濕球溫度傳感器對比修正）,，進行測濕系統(tǒng)設計。
系統(tǒng)框圖如圖2所示,。其中前端放大采用了AD623差動放大器,，其電路原理圖如圖3所示。其中一路測量干濕球的溫度差（由于采用差動,，其動態(tài)范圍加大）,，另外通過軟件選擇單路測量又可獨立測量干球溫度（或濕球溫度）。這樣不但提供了精度相對較高的干濕球溫度差和單獨的干濕球溫度,，還便于軟件校正,、濾波等。
2.3 處理器選擇及供電電路設計
系統(tǒng)采用AD公司的2008新產(chǎn)品基于ARM的模擬控制芯片ADUC7060為處理器,。其速度快,、采樣精度高、使用溫度范圍寬,、價格便宜,，是一個性價比較高的數(shù)據(jù)采集控制芯片。
其特點是CPU內(nèi)核采用“ARM7TDMI”,，工作頻率最大為10.24 MHz,，內(nèi)置32 KB的閃存及4 KB的SRAM，A/D轉(zhuǎn)換器的采樣速度為8 k樣本/s,，電源電壓為＋2.5 V,。在CPU內(nèi)核工作頻率為10.24 MHz，利用兩個A/D轉(zhuǎn)換器時,，功耗為25 mW,。
由于其系統(tǒng)電壓為2.5 V，而串口MAX3232等外設的電壓為3.3 V，AD590等的工作電壓為5 V,，因此系統(tǒng)采用了如圖4所示的供電電路,。
其中2.5 V分模擬和數(shù)字兩路供電，這是模擬控制器常見的保證精度和抗干擾的一種重要手段,。處理器的最小系統(tǒng)如圖5所示,。
2.4 其他電路設計
本文還采用串口接口電路、LED顯示電路（以及可選的氣壓測試電路,、電機速度測量和控制電路）來提高系統(tǒng)的性能,。圖6所示為串口電路。
3 濕度的計算
3.1 利用公式進行濕度計算
這種方法適用于精度較高的場合,。在濕度測量中,，采用以下方法進行計算[4]。
相對濕度：
e′w 是在氣壓為p,、濕球溫度為tw時相對于水面的飽和水汽壓,，e′i 是在氣壓為p、濕球溫度為ti時相對于冰面的飽和水汽壓,，
參照的阿斯曼干濕表的計算式可表示為：
水：
3.2 利用擬合和近似方法進行計算
這種方法適用于精度要求一般的場合,。
可以上節(jié)的公式分析，實際上,，濕度的大小主要由干球溫度,、干濕球溫度之差（或濕球溫度）來確定。如最簡單的查表法,，就是最常見的經(jīng)典方法,。
(1)可以采用多元線形擬合的方法來實現(xiàn)。如先考慮標準大氣壓,，就只需把上面的公式的指數(shù)用級數(shù)展開,，依次代入略去高次項就可。對于一般的大氣壓,，把大氣壓表示為標準大氣壓與偏差之差,，再展開就可得到。
(2)采用通過對濕度,、干球溫度、干濕球溫差三者關系的分析,，將曲面問題轉(zhuǎn)化成曲線問題的計算方法來計算[5],。
如需提高精度，可以根據(jù)溫度T分段處理來實現(xiàn),。
由于AD590具有可以測量點溫,、不受測量線長度的影響、穩(wěn)定性較好、產(chǎn)品防護等級高等優(yōu)點,，因此采用它做為電動式干濕球濕度計的溫度傳感器,；另外本文采用了ADUC7060微處理器，依據(jù)它設計了測量電路和結(jié)構(gòu)設計,，并經(jīng)驗證,。
實驗證明，本文的設計方法具有一定的借鑒意義,。
參考文獻
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