新型温湿度换算软件的设计与实现

2018-03-21苏州市计量测试研究所

上海计量测试 2018年1期

关键词：干球温度湿球温度大气压

苏州市计量测试研究所

0 引言

在常用的Excel软件中，自带有VBA编码功能。利用这个功能，可以实现很多计量方面的自动运算。本文针对原有温湿度换算软件缺乏大气压强和干湿表系数的修正功能，开发出了一款新型的准确度更高的换算软件，其界面如图1所示。

图1 新型温湿度换算软件的界面

1 温湿度换算软件的工作原理和设计

根据文献[1]，使用球状或柱状水银温度计测量干湿球温度时的计算公式为

式中：U—— 相对湿度，%；

e—— 实际水汽压，kPa；

etw—— 湿球温度tw所对应的纯水平液面饱和水汽压，kPa；

ew—— 干球温度t所对应的纯水平液面饱和水汽压，kPa；

A—— 干湿表系数，℃-1；

p—— 大气压强，kPa；

t—— 干球温度，℃；

tw—— 湿球温度，℃

干球温度t下纯水平液面饱和水汽压ew的计算公式如式（2）：

式中：T1= 273.16 K（水三相点温度）；

T=（273.15 +t）K

类似地，把式（2）中的ew换成etw，令T= （273.15+tw）K，就可求得湿球温度tw下纯水平液面饱和水汽压etw。

根据文献[2]，可知干湿表系数A可采用经验公式来计算。该公式见式（3）：

式中：V—— 风速，m/s

根据文献[3]，式（3）在干球温度t≥40 ℃时计算出的干湿表系数A误差较大，需用式（4）进行计算。

根据文献[4]，式（5）为露点温度的计算公式：

式中：Td——露点温度，℃DP；

E0—— 0 ℃时的饱和水汽压，取值为0.610 78，kPa；

a—— 系数，取值为7.69；

b—— 系数，取值为243.92

综合以上，在t＜ 40 ℃时，知道了风速V，就可通过式（3）求得干湿表系数A；在t≥40 ℃时，知道了干球温度t和风速V，就可通过式（4）求得干湿表系数A；如果知道了干球温度t和湿球温度tw，就可通过式（2）求得这两个温度下纯水平液面饱和水汽压ew和etw。最后根据已测得的大气压p，通过式（1）求得相对湿度U。求得相对湿度后可通过式（1）求得实际水汽压e，然后通过式（5）求得露点温度。

2 软件实现

软件分为三个模块，分别是参数定义模块、输入报警提示模块和运算模块。

图2的代码即是参数定义模块，其中t1是干球温度；t2是湿球温度；ew_t1是t1温度下纯水平液面饱和水汽压；ew_t2是t2温度下纯水平液面饱和水汽压；A_value是干湿表系数；wind_sp是风速；at_pa是大气压强。TextBox1对应的是图1中干球温度输入框；TextBox2对应的是图1中湿球温度输入框；TextBox5对应的是图1中通风速度输入框；TextBox6对应的是图1中大气压强输入框。

图2 参数定义模块

图3的代码即为输入报警提示模块，如果在图1的界面中干球温度未输入、湿球温度未输入、干湿球温度输入的不是0～100的数字、通风速度或大气压强未输入大于零的数字时，都会跳出相应的报警提示框。

图3 输入报警提示模块

图4的代码为运算模块，依照的公式为上文中所述的式（1）～式（5）。代码中的TextBox3对应的是图1中相对湿度输出框；TextBox4对应的是图1中露点温度输出框。并且TextBox3中的相对湿度运算分干球温度小于40 ℃和大于等于40 ℃两种情况，TextBox3和TextBox4的值修约到一位小数。如果相对湿度值在0～100%以外，会出现报警提示框。

图4 运算模块

3 软件验证

对照文献[1]中的查算表来验证新型温湿度换算软件的功能实现，并且使用一款传统温湿度换算软件作为参照。

先举一个干球温度小于40 ℃的例子，在参考文献[1]的第137页的表3c（续）里，规定大气压p=100 kPa；风速为2.5 m/s。干球温度在25 ℃，湿球温度在20 ℃时，其查表可得相对湿度为63.3%。用新型温湿度换算软件进行计算的结果如图5所示，其相对湿度是63.1%，与标准查算表相差0.2%。

图5 新型温湿度换算软件的计算结果

使用传统温湿度换算软件进行计算的结果如图6所示，其相对湿度是62.9%，与标准查算表相差0.4%。

图6 传统温湿度换算软件的计算结果

可见由于有了风速和大气压强的修正，新型温湿度换算软件在干球温度小于40 ℃时的精度更高。

再举一个干球温度大于40 ℃的例子，在文献[1]的第141页的表3c（续）里，规定大气压p= 100 kPa；风速为2.5 m/s。干球温度在50 ℃、湿球温度在42 ℃时，其查表可得相对湿度为62.2%。用新型温湿度换算软件进行计算的结果如图7所示，其相对湿度是62.1%，与标准查算表相差0.1%。