CN109752050B - 一种外场通风温度湿度测量标准器及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的外场通风温度湿度测量标准器包括防辐射通风系统、测温系统、上水机构和采集器，防辐射通风系统包括壳体、内防辐射罩和风机，壳体从进风口处至出风口处依次包括：外防辐射罩、短风洞加速段和短风洞扩散段；内防辐射罩设置在外防辐射罩中，并且由内防辐射罩隔板分隔为上下两个区域，内防辐射罩的左右两侧上对称开设有通孔；风机设置在壳体的出风口处。测温系统包括干球温度传感器和湿球温度传感器，干球温度传感器设置在内防辐射罩上部区域并且两端穿过通孔，湿球温度传感器设置在内防辐射罩下部区域并且两端穿过通孔。该温度湿度测量标准器可以直接放在野外使用，测量精准，使用较小功率的风机即可实现温度湿度的准确测定。
Description
技术领域
本发明涉及测量技术领域，具体为一种外场通风温度湿度测量标准器及其测量方法。
背景技术
空气的温度和湿度直接影响地区的气候状况，对动植物等也有直接影响。对植物来说，空气干燥，加上土壤干燥，植物会遭受旱灾。对于动物来说，空气湿度过大，容易引起病菌滋生，或者使得昆虫飞行不便，影响到传粉等。
目前通常采用阿斯曼通风干湿表测量室外温度湿度，由于阿斯曼通风干湿表的强制通风方式为垂直于地面通风，温度传感器敏感元件在风道底部，地面反射辐射对湿球温度自然蒸发表具有直接影响，进而在相对湿度计算过程中引入额外系统误差；因此阿斯曼通风干湿表通常只能安装于百叶箱中使用。另外，温度传感器处的空气雷诺数较大，惯性对流场的影响大于粘滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的紊流流场，从而影响测量结果的准确性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种外场通风温度湿度测量标准器及其测量方法，以解决阿斯曼通风干湿表通常只能安装于百叶箱中使用，以及温度传感器处的空气雷诺数较大，惯性对流场的影响大于粘滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的紊流流场，从而影响测量结果的准确性的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种外场通风温度湿度测量标准器，包括：
防辐射通风系统，包括壳体、内防辐射罩和风机，所述壳体从进风口处至出风口处依次包括：外防辐射罩、短风洞加速段和短风洞扩散段；所述内防辐射罩设置在外防辐射罩中，并且由内防辐射罩隔板分隔为上下两个区域，内防辐射罩的左右两侧上对称开设有通孔；所述风机设置在壳体的出风口处；
测温系统，包括垂直风向设置在壳体内部进风口处的干球温度传感器和湿球温度传感器，所述干球温度传感器设置在内防辐射罩上部区域并且两端穿过通孔，所述湿球温度传感器设置在内防辐射罩下部区域并且两端穿过通孔；
上水机构，连接在湿球温度传感器和储水盒之间；
采集器，与测温系统信号连接，其内设有气压传感器。
优选地，所述外防辐射罩从进风口至出风口方向依次包括干湿表段、延伸段和收缩段。
优选地，所述内防辐射罩安装在干湿表段和延伸段内。
优选地，所述干湿表段开口呈方喇叭形，所述外防辐射罩收缩段呈漏斗形，所述短风洞加速段呈喇叭形，所述短风洞扩散段呈方锥形。
优选地，所述外防辐射罩的内侧面涂有长波辐射吸收材料，其外侧面涂有长波辐射反射材料。
优选地，所述内防辐射罩的内侧面涂有长波辐射吸收材料，其外侧面涂有长波辐射反射材料。
优选地，所述内防辐射罩靠近储水盒一侧的通孔内设有隔热垫圈。
优选地，所述壳体上远离储水盒的外侧固定有传感器固定端子，所述干球温度传感器和湿球温度传感器上远离储水盒的一端设有传感器手柄，干球温度传感器和湿球温度传感器穿过传感器固定端子、壳体和内防辐射罩，并且设置在壳体内部的进风口处。
优选地，该外场通风温度湿度测量标准器通过固定环连接在三脚架上。
另外，本发明还提供了上述外场通风温度湿度测量标准器的测量方法，包括以下步骤：
步骤一、深化设计并制作外场温湿度测量仪零件；
步骤二、将内防辐射罩安装在外防辐射罩的进风口处，并通过紧固件连接；
步骤三、干球温度传感器和湿球温度传感器垂直风向设置在壳体内部的进风口处，并且固定在通孔中；
步骤四、在湿球温度传感器靠近储水盒的一端设置上水机构，上水机构浸泡在储水盒中；
步骤五、将风机安装在壳体内部的出风口处；
步骤六、启动风机，风由壳体内部的进风口进入壳体内部，经过干球温度传感器和湿球温度传感器，采集器采集干球温度传感器、湿球温度传感器和气压传感器的测量数据，得到大气温度，并经过相对湿度计算算法得到相对湿度值。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果为：
（1）本发明的外场通风温度湿度测量标准器将湿球温度传感器和干球温度传感器设置在特殊设计的哑铃形的壳体中，壳体的内侧面为吸收面，外侧面为反射面。壳体内进风口处还设置内防辐射罩，内防辐射罩的内侧面为吸收面，外侧面为反射面，从而能够显著减少各种外界辐射热对相对湿度测定的影响，提高测量的精准度，可以直接放在野外使用。
（2）本发明的外场通风温度湿度测量标准器的壳体为精密设计的短风洞结构，可以使用较小功率的风机即可实现温度湿度的准确测定。通过该短风洞结构，在外防辐射罩干湿表段（即喇叭形入口内）可形成稳定的、满足相对湿度计算算法要求的空气流速及层流状态。
（3）本发明的外场通风温度湿度测量标准器采用横向通风结构，干球温度传感器、湿球温度传感器处的空气雷诺数较小，粘滞力对流场的影响大于惯性，流场中流速的扰动会因粘滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；空气流速平均且稳定，适合利用空气相对湿度计算公式定量计算，计算结果更接近真实大气的相对湿度。
附图说明
图1为外场通风温度湿度测量标准器的结构示意图1。
图2为外场通风温度湿度测量标准器的结构示意图2。
图3为图2中A-A剖面结构示意图。
图4为壳体的结构示意图。
图5为内防辐射罩的结构示意图。
图6为测温系统、传感器手柄、传感器固定端子的安装示意图。
图7为外场通风温度湿度测量标准器与三脚架的连接示意图。
图8为外场通风温度湿度测量标准器的工作原理示意图。
附图标注：1-壳体、11-外防辐射罩、111-干湿表段、112-延伸段、113-收缩段、12-短风洞加速段、13-短风洞扩散段、14-储水盒、2-内防辐射罩、21-内防辐射罩隔板、22-通孔、23-隔热垫圈、3-风机、4-采集器、5-干球温度传感器、6-湿球温度传感器、7-传感器手柄、8-传感器固定端子、9-固定环、10-三脚架。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步说明。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
如图1～7所示为一种外场温湿度测量仪，该外场温湿度测量仪通过固定环（9）连接在三脚架（10）上，便于在户外展开观测。外场温湿度测量仪包括由壳体（1）、内防辐射罩（2）和风机（3）组成的防辐射通风系统、由干球温度传感器（5）和湿球温度传感器（6）组成的测温系统、上水机构和采集器（4）。
测温系统包括垂直风向设置在壳体（1）内部进风口处的干球温度传感器（5）和湿球温度传感器（6），干球温度传感器（5）为高精度铂电阻温度传感器，用于直接测量大气温度，由不锈钢镜面反射表面外壳封装。湿球温度传感器（6）为高精度铂电阻温度传感器，湿球温度传感器被特制的纱布包裹，通过使纱布保持湿润，纱布中的水分不断向周围空气中蒸发并带走热量，使湿球温度下降。水分蒸发速率与周围空气含水量有关，空气湿度越低，水分蒸发速率越快，导致湿球温度越低。干球温度传感器（5）设置在内防辐射罩（2）上部区域并且两端穿过通孔（22），湿球温度传感器（6）设置在内防辐射罩（2）下部区域并且两端穿过通孔（22）。上水机构连接在湿球温度传感器（6）和储水盒（14）之间。上水机构优选为纱布，也可以根据具体情况选定。纱布的一段浸润在储水盒（14）中，正常工作时，湿球温度传感器（6）上的纱布始终处于湿润状态。采集器（4）与测温系统信号连接，其内设有气压传感器。
壳体（1）上远离储水盒（14）的外侧固定有传感器固定端子（8），用于限位和固定干球温度传感器（5）和湿球温度传感器（6）。干球温度传感器（5）和湿球温度传感器（6）上远离储水盒（14）的一端设有传感器手柄（7），方便传感器的安装和拆除。干球温度传感器（5）和湿球温度传感器（6）穿过传感器固定端子（8）上的通孔（22），然后分别伸入至内防辐射罩（2）上下区，并被分别固定于上下区中间位置。传感器固定端子（8）上下各有一个紧固螺丝，分别用于紧固干球温度传感器（5）和湿球温度传感器（6）。
防辐射通风系统包括壳体（1）、内防辐射罩（2）和风机（3）。内防辐射罩（2）设置在外防辐射罩（11）的干湿表段（111）和延伸段（112）中，并且由内防辐射罩隔板（21）分隔为上下两个区域。风机（3）设置在壳体（1）的出风口处。内防辐射罩（2）的左右两侧上对称开设有通孔（22）。内防辐射罩（2）靠近储水盒（14）一侧的通孔（22）内设有隔热垫圈（23），防止干球温度传感器（5）、湿球温度传感器（6）、纱布会与内防辐射罩（2）接触，隔绝热传导。内防辐射罩（2）的内侧面涂有马特-黑色瓷漆材料，为吸收面，其外侧面真空镀铝，为反射面，镀铝的厚度小于10微米。风机（3）采用稳定、振动小、噪音小的轴流微型风机。用于产生仪器所需的稳定风速，可由采集器控制叶片转速调节风速。风向为吸风，即自外防辐射罩（11）的喇叭口端至风机（3）。
壳体（1）整体呈哑铃形，其从进风口处至出风口处依次包括外防辐射罩（11）、短风洞加速段（12）、短风洞扩散段（13）和储水盒（14），外防辐射罩（11）其从进风口至出风口方向依次包括干湿表段（111）、延伸段（112）和收缩段（113）。干湿表段（111）开口呈方喇叭形，内防辐射罩（2）安装在干湿表段（111）和延伸段（112）内。干球温度传感器（5）、湿球温度传感器（6）位于内防辐射罩（2）的前半部分，即外防辐射罩（11）的干湿表段（111）。内防辐射罩（2）与外防辐射罩（11）的连接处位于内防辐射罩（2）的后半部分，即外防辐射罩（11）的延伸段（112）。外防辐射罩收缩段（113）呈漏斗形，外防辐射罩收缩段（113）连接外防辐射罩延伸段（112）和短风洞加速段（12），外防辐射罩收缩段（113）的宽端连接外防辐射罩延伸段（112），窄端连接短风洞加速段（12）。短风洞加速段（12）呈喇叭形，短风洞加速段（12）的宽端与外防辐射罩（11）的收缩段（113）连接，形成平滑过渡。短风洞加速段（12）的窄端与短风洞扩散段（13）连接。短风洞扩散段（13）呈方锥形，短风洞加速段（12）的窄端连接短风洞加速段（12），宽端连接风机（3）。
储水盒（14）与外防辐射罩（11）的外侧壁连接。外防辐射罩（11）的内侧面涂有长波辐射吸收材料，该长波辐射吸收材料优选为马特-黑色瓷漆材料。其外侧面涂有长波辐射反射材料，外侧面优选为真空镀铝，镀铝的厚度小于10微米。外防辐射罩（11）不漏气，防止空气流入和光线照射。储水盒（14）中盛有纯净水，湿球温度传感器（6）上的纱布伸入其中便于上水。储水盒（14）上有盖，防止纯净水快速蒸发。干湿表工作时，由于毛细作用，水从储水盒（14）中给湿球温度传感器（6）上水。储水盒（14）的水要求是蒸馏水，或其他的净化水，表面没有有机膜。
上述外场温湿度测量仪进行测量的方法包括以下步骤：
步骤一、深化设计并制作外场温湿度测量仪零件；
步骤二、将内防辐射罩（2）安装在外防辐射罩（11）的进风口处，并通过紧固件连接；
步骤三、干球温度传感器（5）和湿球温度传感器（6）垂直风向设置在壳体（1）内部的进风口处，并且固定在通孔（22）中；
步骤四、在湿球温度传感器（6）靠近储水盒（14）的一端设置上水机构，上水机构浸泡在储水盒（14）中；
步骤五、将风机（3）安装在壳体（1）内部的出风口处；
步骤六、启动风机（3），风由壳体（1）内部的进风口进入壳体（1）内部，经过干球温度传感器（5）和湿球温度传感器（6），采集器（4）采集干球温度传感器（5）、湿球温度传感器（6）和气压传感器的测量数据，得到大气温度，并经过相对湿度计算算法得到相对湿度值。
如图8所示，外场温湿度测量仪工作时，壳体（1）内为横向通风，风由壳体（1）内部的进风口进入壳体（1）内部，经过干球温度传感器（5）和湿球温度传感器（6），采集器（4）采集干球温度传感器（5）、湿球温度传感器（6）和气压传感器的测量数据，得到大气温度，并经过相对湿度计算算法得到相对湿度值。
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种外场通风温度湿度测量标准器，其特征在于包括：
防辐射通风系统，包括壳体（1）、内防辐射罩（2）和风机（3），所述壳体（1）的内侧面为吸收面，壳体（1）的外侧面为反射面，内防辐射罩（2）的内侧面为吸收面，内防辐射罩（2）的外侧面为反射面，外防辐射罩（11）的内侧面涂有长波辐射吸收材料，其外侧面涂有长波辐射反射材料；所述壳体（1）从进风口处至出风口处依次包括：外防辐射罩（11）、短风洞加速段（12）和短风洞扩散段（13）；所述内防辐射罩（2）设置在外防辐射罩（11）中，并且由内防辐射罩隔板（21）分隔为上下两个区域，内防辐射罩（2）的左右两侧上对称开设有通孔（22）；所述风机（3）设置在壳体（1）的出风口处；
测温系统，包括垂直风向设置在壳体（1）内部进风口处的干球温度传感器（5）和湿球温度传感器（6），所述干球温度传感器（5）设置在内防辐射罩（2）上部区域并且两端穿过通孔（22），所述湿球温度传感器（6）设置在内防辐射罩（2）下部区域并且两端穿过通孔（22）；
上水机构，连接在湿球温度传感器（6）和储水盒（14）之间；
采集器（4），与测温系统信号连接，其内设有气压传感器；
所述外防辐射罩（11）从进风口至出风口方向依次包括干湿表段（111）、延伸段（112）和收缩段（113）。
2.根据权利要求1所述的一种外场通风温度湿度测量标准器，其特征在于：所述内防辐射罩（2）安装在干湿表段（111）和延伸段（112）内。
3.根据权利要求2所述的一种外场通风温度湿度测量标准器，其特征在于：所述干湿表段（111）开口呈方喇叭形，所述外防辐射罩收缩段（113）呈漏斗形，所述短风洞加速段（12）呈喇叭形，所述短风洞扩散段（13）呈方锥形。
4.根据权利要求1所述的一种外场通风温度湿度测量标准器，其特征在于：所述内防辐射罩（2）的内侧面涂有长波辐射吸收材料，其外侧面涂有长波辐射反射材料。
5.根据权利要求4所述的一种外场通风温度湿度测量标准器，其特征在于：所述内防辐射罩（2）靠近储水盒（14）一侧的通孔（22）内设有隔热垫圈（23）。
6.根据权利要求5所述的一种外场通风温度湿度测量标准器，其特征在于：所述壳体（1）上远离储水盒（14）的外侧固定有传感器固定端子（8），所述干球温度传感器（5）和湿球温度传感器（6）上远离储水盒（14）的一端设有传感器手柄（7），干球温度传感器（5）和湿球温度传感器（6）穿过传感器固定端子（8）、壳体（1）和内防辐射罩（2），并且设置在壳体（1）内部的进风口处。
7.根据权利要求6所述的一种外场通风温度湿度测量标准器，其特征在于：该外场通风温度湿度测量标准器通过固定环（9）连接在三脚架（10）上。
8.一种利用权利要求7所述的外场通风温度湿度测量标准器进行测量的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、深化设计并制作外场温湿度测量仪零件；
步骤二、将内防辐射罩（2）安装在外防辐射罩（11）的进风口处，并通过紧固件连接；
步骤三、干球温度传感器（5）和湿球温度传感器（6）垂直风向设置在壳体（1）内部的进风口处，并且固定在通孔（22）中；
步骤四、在湿球温度传感器（6）靠近储水盒（14）的一端设置上水机构，上水机构浸泡在储水盒（14）中；
步骤五、将风机（3）安装在壳体（1）内部的出风口处；
步骤六、启动风机（3），风由壳体（1）内部的进风口进入壳体（1）内部，经过干球温度传感器（5）和湿球温度传感器（6），采集器（4）采集干球温度传感器（5）、湿球温度传感器（6）和气压传感器的测量数据，得到大气温度，并经过相对湿度计算算法得到相对湿度值。
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2019
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