自记型热电偶通风干湿温度表的制作和应用

鲁墨森　刘晓辉

摘要：基于阿斯曼通风干湿温度表测量空气相对湿度的基本原理，研制了自记型热电偶通风干湿温度表。利用铜-康铜热电偶灵敏度高、反应快的特点组合温度传感器。使用全塑料质通风管设计，做成轻便、防风雨、防辐射、防虫蛾的通风装置，可方便地安装于野外和其他环境中。采用微伏级信号采集处理仪表同步采集、记录和显示干球温度、湿球温度、干湿温度及空空气的相对湿度。数据记录可达每秒1次，适于温湿度的动态微变过程监测。在果树生态环境、微气候和保鲜冷库中应用具有快速、准确、自动记录的特点。

关键词：热电偶；通风干湿温度表；自动数据采集处理

中图分类号：TM938.6

文献标识码：A

文章编号：1002—2910(2009)05—0043—04

干球温度、湿球温度和相对湿度是农业生态环境的重要因子。准确及时地记录这些温湿度参数，尤其是连续不断地长期记录温湿度动态过程，用人工实时观测的方法不仅费时、费力、低效，而且也达不到及时和微变动态过程记录的要求。利用热电偶的高灵敏度感温特性和信号远传适于自动记录的特点，用铜-康铜热电偶制作的自动记录型热电偶通风干湿温度表，可以准确、及时且长期地自动检测记录环境的干球温度、湿球温度和干湿温差及由干湿温差计算的相对湿度。

1铜-康铜热电偶测干、湿球温度和温差、相对湿度的基本原理

1.1铜-康铜热电偶测干球温度

热电偶测头放置于通风表测量管内，直接感应气温变化，通过仪表自动监测记录空温。

1.2铜-康铜热电偶测湿球温度

热电偶的测头包被脱脂湿纱布放置于通风表的测量管内，通过脱脂纱布的毛细管作用不断吸水到热电偶湿球测头上蒸发。通过仪表直接监测记录湿球温度。

1.3铜-康铜热电偶测干湿球温差

利用温差热电偶的两个测头，一个直接感受空气温度，一个包被脱脂湿纱布感受湿球温度。通过仪表直接监测记录干湿球温度差。

1.4相对湿度计算

通过对干湿球温度和温差的计算，得到空气的相对湿度，可利用国际气象组织推荐的戈夫一格雷奇(Goff—Gratch)饱和水汽压计算公式通过计算机精确计算：也可用推导简化计算公式：

另外也可根据已知干球温度和干湿球温差查湿度速查表或用快速简易速算表查相对湿度。

2自记型热电偶通风干湿温度表的结构和制作

自记型热电偶通风干湿温度表的基本结构由铜-康铜热电偶传感器组合、冰点恒温器、数据采集记录处理器、通风装置、供水装置等5部分组成，见图1。

2.1热电偶传感器组合

采用铜-康铜热电偶热镀锡膜测头，包括干球温度测头一个，湿球温度测头一个，温差测头一对。其中两个温差热电偶测头分别与干球和湿球测头组合在一起，两者既要密切接触以提高感温一致性，又要有良好的电绝缘性能，防止两测头导通造成测量误差。湿球测头组合包被脱脂纱布，始终保持湿润状态。两支铜-康铜热电偶和一支铜-康铜温差热电偶都需进行标定，选出时间常数和热电偶线性一致的进行组合。

2.2冰点恒温器

测干湿球温度的铜-康铜热电偶需要一个温度稳定的参考端可把两支热电偶的电极线与导线连接点同时置于一个冰点恒温器中，通过制冷和加热的自动控制保持恒温器内的冰水共存状态，即0℃冰点恒温状态，这样热电偶测头测得的干湿球温度就不需再减去参考端温度。

2.3数据采集记录处理器

两支铜-康铜热电偶测得的干、湿球温度信号和一支铜-康铜温差热电偶测得的温差信号通过导线引入数据采集记录处理器，它是自记型热电偶通风干湿表的数据处理中心，可以连续采集传感器组合的温度和温差信号，时间间隔可小至1～2秒。通过软件设计可以对所采集的信号进行记录、转换、计算和各种数据处理，存储量可达数天至数月。通过U盘和通讯口可把存储的数据复制或转移到上位机进一步进行存储处理。

2.4通风装置

通风装置可以保持铜-康铜热电偶传感器组合的测量点有稳定的大于3米／秒风速。它由袖珍型轴流通风机和匹配的电源、弯曲的通风主风道和两个支风道、两个支风道进风口上设置的不锈钢网罩等部件组成。通风装置的主风道上部设计成弯曲状，排风口向下稍有倾斜，风机装置在排风口里，离开出风口一段距离。

2.5供水装置

供水装置保证湿球始终处于湿润状态，它包括湿球通风支管下吊装的小贮水器、高出小贮水器吊装的大贮水器、联通大小贮水器的水管及流量调节阀等。小贮水器中的脱脂纱布与铜-康铜热电偶湿球测头组合相连，保证小贮水器中的纯水经过脱脂纱布的毛细管作用不断吸到铜-康铜热电偶湿球测头组合周围蒸发。大贮水器可以存贮数十天到数月的水量，通过调节阀调节流量，不断向小贮水器补充纯水，保证小贮水器始终在半满或满液状态。

自记型热电偶通风干湿温度表5个组成部分的热电偶传感器组合、通风装置和供水装置等组装成一体，通过吊挂的形式安装于野外或其他场合。冰点恒温器就近安装于室内或室外。数据采集记录处理器一般安装在室内，通过导线进行遥测。冰点恒温器和数据采集记录处理器若安装在室外时，需加一定的防风雨保护设施。

3自记型热电偶通风干湿温度表的特点

通风干湿表是用于空气相对湿度检测的大型和准确的气象仪器。用铜-康铜热电偶作干湿温度传感器组合，通过自动记录和数据处理作为一种快速准确、连续自动监测空气干湿温度、干湿温差和相对湿度的新型气象仪器具有突出特点和更广泛的应用价值。

3.1高灵敏度和快速反应特性

环境中的空气温湿度是不断变化的，有些环境的微变过程是非常复杂的，一阵风、一片云、人体靠近或其他冷热物体扰动等都会引起环境的温湿度变化。目前常规的接触性温湿度检测仪器由于其测头较大、灵敏度低，通常反应速度以分钟计算，滞后性明显，很难捕捉瞬间变化的温湿度情况。利用铜-康铜热电偶组合的温度传感器其测头很小(1mm左右)，时间常数控制在1秒左右，能快速准确地捕捉环境温湿度的微变过程，这是目前水银温度计和热电阻类、热敏电阻类等温度传感器达不到的。

3.2干湿温度、温差和相对湿度多种参数显示

一般的干湿温度表只显示干湿温度值，自记型铜-康铜热电偶通风干湿表在数据处理器上同时显示干湿球温度、干湿温差和相对湿度4个参数，其中于湿温差有两个来源，一个是直接测得的，一个是通过干球温度和湿球温度计算得来，两者可互相验证和校正，提高了测量结果的准确性。

3.3通风装置轻便容易挂装，防风雨、防辐射、防虫蛾，适于野外使用

自记型热电偶通风干湿温度表的通风管道采用全塑料质弯管设计形式，轻便，易于整体吊装，对安装部位没有特殊要求。风机嵌入风道内不怕风雨，电动风机风速标定在3米／秒以上。风道出风口端向下倾斜，使雨水无法进入风道内部及温度传感器组合测点部位，保证干湿球测量准确。风道通体用防辐射材料贴面，避免了太阳辐射对测量结果的影响。风道的进风支管口设置了不锈钢丝网，可防止虫蛾进入和管口污物堵塞。

风道整体在野外长年安全使用，不需增设保护设施。

3.4自动供水长期无人值守

一般的干湿温度表需经常加水以保证湿球测点的湿润状态。自记型铜-康铜热电偶通风干湿温度表设置有大小贮水器和调节管阀实现自动供水，能在数天至数月时间内维持水分自动供应，做到较长时间的无人值守而自动运行状态。

3.5记录仪器高精度高灵敏度具有数据处理的功能最适于环境动态和微变过程监测

采用微伏级信号采集记录和处理装置，铜一康铜热电偶的测温精确度可达0.1℃，分辨率0.05℃。多点采样1秒钟内完成，最适于动态微变过程的监测。温度、温差和相对湿度等参数自动记录、转换和计算可以由数字、曲线、柱形图等多种形式显示。数据可经由U盘和接口通讯，转存到上位机进行更多计算和处理。

4适用范围和应用实例

自记型铜-康铜热电偶通风干湿温度表适于监测空气干湿球温度和相对湿度，野外观测不需增设保护性设施，一次安置常年使用。可用于生态环境、果园小气候、果树树冠微气候动态过程测检，用于冷库、气调库等贮藏保鲜设施内的温湿度动态监测并为贮藏保鲜原理研究和工艺参数的准确控制等，提供详细数据。图2～5为自记型铜-康铜热电偶通风干湿温度表安装于果园内不同天气下监测部分结果和保鲜冷库内温湿度监测部分结果的实例。