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構，結合標準要求，設計了一種基于實驗室或鑒定使用的干濕球濕度計的結構。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進行數據采集和處理。最后討論了應用經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：10 s；(3)通風速度：3 m/s～5 m/s[1]。
根據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 系統結構設計
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。
為使系統達到設計要求，需盡量保證干濕球測濕時，濕度的數值盡量只與干濕球溫度有關（或加測試補償）；而且，需使系統具有一定的實用性（常規實驗室、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構的設計。
（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、風扇和由機箱構成的通風道幾部分構成[3]。
（2）Pt電阻電動通風式。
（3）由于AD590K體積較小，便于實現小型化，因此采用AD590K。本文借鑒了前兩個實物，設計了如圖1所示的結構。其特點是可拆卸、易安裝，并可保存數據和發送數據。
2 電路系統設計
2.1 傳感器的選擇
目前氣象和專業測濕應用，建議采用Pt100或Pt1000電阻。如前所述，AD590可以把體積做小，便于改進結構及工業應用推廣，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產品的完善。本系統采用了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 ℃傳感器校正、放大增益、零點校正、干球和濕球溫度傳感器對比修正），進行測濕系統設計。
系統框圖如圖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
系統采用AD公司的2008新產品基于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據采集控制芯片。
其特點是CPU內核采用“ARM7TDMI”，工作頻率最大為10.24 MHz，內置32 KB的閃存及4 KB的SRAM，A/D轉換器的采樣速度為8 k樣本/s，電源電壓為＋2.5 V。在CPU內核工作頻率為10.24 MHz，利用兩個A/D轉換器時，功耗為25 mW。
由于其系統電壓為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，因此系統采用了如圖4所示的供電電路。
其中2.5 V分模擬和數字兩路供電，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，就是最常見的經典方法。
(1)可以采用多元線形擬合的方法來實現。如先考慮標準大氣壓，就只需把上面的公式的指數用級數展開，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，可以根據溫度T分段處理來實現。
由于AD590具有可以測量點溫、不受測量線長度的影響、穩定性較好、產品防護等級高等優點，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，依據它設計了測量電路和結構設計，并經驗證。
實驗證明，本文的設計方法具有一定的借鑒意義。
參考文獻
[1] 國家氣象局氣候監測應用管理司.氣象儀器和觀測方法指南（第6版）[M].北京：氣象出版社，1996.
[2] 中華人民共和國氣象行業標準.QX-T 25-2004鉑電阻電動通風干濕表傳感器[S].中國，2004.
[3] 王成，喬曉軍，張云鶴，等.機械通風式干濕球濕度傳感器測量誤差分析[J].現代科學儀器，2008，18(1)：79-81.
[4] 黃曉因，張連根.干濕球法測量相對濕度算法研究及單片機實現[J].云南民族大學學報(自然科學版)，2003，12(3)：155-157.
[5] 楊澤林，李相白，李建春，等.智能干濕球相對濕度傳感器的設計[J].自動化儀表，2010，31（2）:17-20.