相对湿度、露点温度转换的计算公式
湿度研究对象是气体和水汽的混合物。
无论是对于自由大气中的空气而言,还是对密闭容器中的特定气体而言,但凡是气体和水汽的混合物,都可以作为湿度的研究对象,湿度研究的一般理论大多都是通用的。
湿度的表示方法很多,包括混合比、体积比、比湿、绝对湿度、相对湿度等等,虽然各单位之间的转换非常复杂,但其定义都是基于混合气体的概念引出的。相对湿度是比较常用的湿度单位,是一个相对概念(所以,相对湿度是一个无量纲单位),主要有以下几种定义表达:
1、压力为P,温度为T 的湿空气的相对湿度,是指在给定的湿空气中,水汽的摩尔分数(或实际水汽压)与同一温度T 和压力P 下纯水表面的饱和水汽的摩尔分数(或饱和水气压)之比,用百分数表示。
2、实际水汽压与同一温度条件下的饱和水汽压的比值
从相对湿度的定义中可以看出,相对湿度的计算,是通过混合气体的实际水汽压与同状态下(温度、压力)水汽达到饱和时其饱和水汽压相比得来的。
对于混合气体而言,其实际水汽压与总压力和混合比相关,但对于物质的量而言,是独立的,也就是无相关的。
但是,在保持混合气体压力不变的情况下,混合气体的饱和水汽压是与温度相关的(在湿度论坛中,本人给出了温度to 饱和水汽压的简化公式以及计算程序,可下载)。
上面说道:饱和水汽压是与温度相关的量。
在保持系统的混合比、总压力不变的情况下,降低混合气体的温度,能够降低混合气体的饱和水汽压,从而使得混合气体的饱和水汽压等于混合气体的实际水汽压,此时,相对湿度为100%,该温度,即为混合气体的露点温度。
基于上述解释,可以看出,只要测量得到了露点温度,通过温度to 饱和水汽压的计算公式或者计算程序,即可计算出混合气体的在露点温度时的饱和水汽压,也就是正常状态下混合气体的实际水汽压。
同样,只要测量了当前混合气体的正常温度,就可以通过温度to 饱和水汽压的计算公式或者计算程序,得到当前系统正常温度下的饱和水汽压
实际水汽压除以饱和水汽压,就可以得到相对湿度。
湿度的单位换算
测湿仪表的显示值,通常是相对湿度或露点温度,在需要用其它单位时可进行换算。换算的方法如下:
1.相对湿度与实际水汽压间的换算
由相对湿度的定义可得:
---(1)
式中:RH--相对湿度,%RH;
e--实际水汽压,hPa;
E---饱和水汽压,hPa。
因此:
---(2) 即:实际水汽压等于相对湿度乘以相同温度下的饱和水汽压。
由于饱和水汽压E 是温度的函数,所以用相对湿度换算为实际水汽压或用实际水汽压计算相对湿度,都必须已知当时的温度值。在计算饱和水汽压时,应确定是冰面还是水面,以正确选用计算公式。
2.相对湿度换算为露点温度
由于露点温度定义为空气中的水汽达到饱和时的温度,所以,必须先计算出实际水汽压。根据露点的定义,这时的水汽压就是露点温度对应的饱和水气压。因此,可以用对饱和水汽压求逆的方法计算露点温度。
用Goff-Grattch 方程求逆非常困难,常用饱和水汽压的简化公式计算,而简化公式很多,一般采用国军标GJB1172 推荐的公式:
--(3) 式中:E--为饱和水汽压,Pa;
T--热力学温度,K;
A、B、C 为经验系数。其数值如下:
纯水平面:
0~100℃:A=20.013;B=16.286;C=2.492。
过冷却纯水平面: 0~-50℃:A=21.930;B=4.2526;C=4.422。
纯冰平面: 0~-100℃:A=23.151;B=-3.3151;C=6.10。
由公式(3)可以导出:
--(4) 式中:
必须根据的值按以下原则判断Td 的范围:
当0 时,Td273.15K
当0 时,Td273.15K
最后由Td 的范围确定A、B、C 系数的大小。与(3)式的条件相同。
3.露点温度换算为相对湿度
用露点温度换算为相对湿度,要比相对湿度换算为露点温度简单得多。但必须已知当时的温度值,其计算步骤如下:
(1)把露点温度代入饱和水汽压计算公式计算出当时温度条件下的实际水汽压e。
(2)把当时的温度代入饱和水汽压公式计算当时温度条件下的饱和水汽压E。
(3)用公式(1)计算相对湿度。
4.实际水汽压与露点温度的换算
可采用以下简化公式:
--(5)
式中:---露点温度,℃;
e--实际水汽压,hPa;
---0℃时的饱和水汽压取6.11213hPa;
a=17.5638;
b=241.8243。
例如,在用通风干湿表测量露点温度时,就可先用干湿表公式直接计算出实际水汽压e,然后用上式即可计算露点温度。
4.实际水汽压与露点温度的换算
可采用以下简化公式:
--(6)
式中:---露点温度,℃;
e--实际水汽压,hPa;
---0℃时的饱和水汽压取6.11213hPa; a=17.5638; b=241.8243。
例如,在用通风干湿表测量露点温度时,就可先用干湿表公式直接计算出实际水汽压e,然后用上式即可计算露点温度。
5.实际水汽压与绝对湿度的换算
实际水汽压与绝对湿度间存在以下关系:
---(7)
式中:a--绝对湿度,g/m3;
e--实际水汽压,hPa;
a--空气的体膨胀系数,a=1/273.15;
t---空气的温度,℃。
由于湿度传感器很少能直接测量绝对湿度,在计量检定中很少用绝对湿度换算实际水汽压。
5.用霜点相对湿度换算露点相对湿度
世界气象组织在《气象仪器和观测方法指南》中说明了大多数相对湿度传感器的特性,在0℃以下温度也采用水面相对湿度的优点。
(1)基本上对相对湿度敏感的大多数湿度表,在各种温度下都显示水面相对湿度。
(2)温度在0℃以下的大多数云,由水滴或主要由水滴组成。
(3)相对湿度大于100%时一般不予观测,这在天气
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中特别重要。因为在温度低于0℃时,大气相对于冰面经常处于过饱和状态。
(4)在现有的温度低于0℃的相对湿度记录中,绝大多数是相对于水面的测量值。
另一方面,大多数湿敏元件的初始校准往往是在0℃以上条件进行的,校准,即是定了"刻度",在0℃以下测量时,其"刻度"不大可能改变。因此,对于大多数湿度敏感元件,在冰面条件下测得的相对湿度值,必须换算为水面相对湿度值。其方法如下:
(1)用霜点相对湿度对应的温度值计算出冰面饱和水汽压。
(2)以冰面饱和水汽压乘以霜点相对湿度得出实际水汽压e。
(3)用霜点相对湿度对应的温度值计算对应的水面饱和水汽压。
(4)用实际水汽压e 除以水面饱和水汽压,即可得过冷却水面对应的相对湿度。
基于水面饱和水汽压的相对湿度,要比相同温度条件下冰面的相对湿度偏低,温度越低,其偏低的值越大。相对湿度,干球温度转换成露点温度的计算关系
已知温度和相对湿度换算露点
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