新型溫濕度換算軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

蘇州市計(jì)量測(cè)試研究所

0 引言

在常用的Excel軟件中，自帶有VBA編碼功能。利用這個(gè)功能，可以實(shí)現(xiàn)很多計(jì)量方面的自動(dòng)運(yùn)算。本文針對(duì)原有溫濕度換算軟件缺乏大氣壓強(qiáng)和干濕表系數(shù)的修正功能，開(kāi)發(fā)出了一款新型的準(zhǔn)確度更高的換算軟件，其界面如圖1所示。

圖1 新型溫濕度換算軟件的界面

1 溫濕度換算軟件的工作原理和設(shè)計(jì)

根據(jù)文獻(xiàn)[1]，使用球狀或柱狀水銀溫度計(jì)測(cè)量干濕球溫度時(shí)的計(jì)算公式為

式中：U—— 相對(duì)濕度，%；

e—— 實(shí)際水汽壓，kPa；

etw—— 濕球溫度tw所對(duì)應(yīng)的純水平液面飽和水汽壓，kPa；

ew—— 干球溫度t所對(duì)應(yīng)的純水平液面飽和水汽壓，kPa；

A—— 干濕表系數(shù)，℃-1；

p—— 大氣壓強(qiáng)，kPa；

t—— 干球溫度，℃；

tw—— 濕球溫度，℃

干球溫度t下純水平液面飽和水汽壓ew的計(jì)算公式如式（2）：

式中：T1= 273.16 K（水三相點(diǎn)溫度）；

T=（273.15 +t）K

類似地，把式（2）中的ew換成etw，令T= （273.15+tw）K，就可求得濕球溫度tw下純水平液面飽和水汽壓etw。

根據(jù)文獻(xiàn)[2]，可知干濕表系數(shù)A可采用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算。該公式見(jiàn)式（3）：

式中：V—— 風(fēng)速，m/s

根據(jù)文獻(xiàn)[3]，式（3）在干球溫度t≥40 ℃時(shí)計(jì)算出的干濕表系數(shù)A誤差較大，需用式（4）進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)文獻(xiàn)[4]，式（5）為露點(diǎn)溫度的計(jì)算公式：

式中：Td——露點(diǎn)溫度，℃DP；

E0—— 0 ℃時(shí)的飽和水汽壓，取值為0.610 78，kPa；

a—— 系數(shù)，取值為7.69；

b—— 系數(shù)，取值為243.92

綜合以上，在t＜ 40 ℃時(shí)，知道了風(fēng)速V，就可通過(guò)式（3）求得干濕表系數(shù)A；在t≥40 ℃時(shí)，知道了干球溫度t和風(fēng)速V，就可通過(guò)式（4）求得干濕表系數(shù)A；如果知道了干球溫度t和濕球溫度tw，就可通過(guò)式（2）求得這兩個(gè)溫度下純水平液面飽和水汽壓ew和etw。最后根據(jù)已測(cè)得的大氣壓p，通過(guò)式（1）求得相對(duì)濕度U。求得相對(duì)濕度后可通過(guò)式（1）求得實(shí)際水汽壓e，然后通過(guò)式（5）求得露點(diǎn)溫度。

2 軟件實(shí)現(xiàn)

軟件分為三個(gè)模塊，分別是參數(shù)定義模塊、輸入報(bào)警提示模塊和運(yùn)算模塊。

圖2的代碼即是參數(shù)定義模塊，其中t1是干球溫度；t2是濕球溫度；ew_t1是t1溫度下純水平液面飽和水汽壓；ew_t2是t2溫度下純水平液面飽和水汽壓；A_value是干濕表系數(shù)；wind_sp是風(fēng)速；at_pa是大氣壓強(qiáng)。TextBox1對(duì)應(yīng)的是圖1中干球溫度輸入框；TextBox2對(duì)應(yīng)的是圖1中濕球溫度輸入框；TextBox5對(duì)應(yīng)的是圖1中通風(fēng)速度輸入框；TextBox6對(duì)應(yīng)的是圖1中大氣壓強(qiáng)輸入框。

圖2 參數(shù)定義模塊

圖3的代碼即為輸入報(bào)警提示模塊，如果在圖1的界面中干球溫度未輸入、濕球溫度未輸入、干濕球溫度輸入的不是0～100的數(shù)字、通風(fēng)速度或大氣壓強(qiáng)未輸入大于零的數(shù)字時(shí)，都會(huì)跳出相應(yīng)的報(bào)警提示框。

圖3 輸入報(bào)警提示模塊

圖4的代碼為運(yùn)算模塊，依照的公式為上文中所述的式（1）～式（5）。代碼中的TextBox3對(duì)應(yīng)的是圖1中相對(duì)濕度輸出框；TextBox4對(duì)應(yīng)的是圖1中露點(diǎn)溫度輸出框。并且TextBox3中的相對(duì)濕度運(yùn)算分干球溫度小于40 ℃和大于等于40 ℃兩種情況，TextBox3和TextBox4的值修約到一位小數(shù)。如果相對(duì)濕度值在0～100%以外，會(huì)出現(xiàn)報(bào)警提示框。

圖4 運(yùn)算模塊

3 軟件驗(yàn)證

對(duì)照文獻(xiàn)[1]中的查算表來(lái)驗(yàn)證新型溫濕度換算軟件的功能實(shí)現(xiàn)，并且使用一款傳統(tǒng)溫濕度換算軟件作為參照。

先舉一個(gè)干球溫度小于40 ℃的例子，在參考文獻(xiàn)[1]的第137頁(yè)的表3c（續(xù)）里，規(guī)定大氣壓p=100 kPa；風(fēng)速為2.5 m/s。干球溫度在25 ℃，濕球溫度在20 ℃時(shí)，其查表可得相對(duì)濕度為63.3%。用新型溫濕度換算軟件進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果如圖5所示，其相對(duì)濕度是63.1%，與標(biāo)準(zhǔn)查算表相差0.2%。

圖5 新型溫濕度換算軟件的計(jì)算結(jié)果

使用傳統(tǒng)溫濕度換算軟件進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果如圖6所示，其相對(duì)濕度是62.9%，與標(biāo)準(zhǔn)查算表相差0.4%。

圖6 傳統(tǒng)溫濕度換算軟件的計(jì)算結(jié)果

可見(jiàn)由于有了風(fēng)速和大氣壓強(qiáng)的修正，新型溫濕度換算軟件在干球溫度小于40 ℃時(shí)的精度更高。

再舉一個(gè)干球溫度大于40 ℃的例子，在文獻(xiàn)[1]的第141頁(yè)的表3c（續(xù)）里，規(guī)定大氣壓p= 100 kPa；風(fēng)速為2.5 m/s。干球溫度在50 ℃、濕球溫度在42 ℃時(shí)，其查表可得相對(duì)濕度為62.2%。用新型溫濕度換算軟件進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果如圖7所示，其相對(duì)濕度是62.1%，與標(biāo)準(zhǔn)查算表相差0.1%。

圖7 新型溫濕度換算軟件的計(jì)算結(jié)果

使用傳統(tǒng)溫濕度換算軟件進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果如圖8所示，其相對(duì)濕度是61.9%，與標(biāo)準(zhǔn)查算表相差0.3%。

可見(jiàn)由于有了式（4）的修正和風(fēng)速、大氣壓強(qiáng)的修正，新型溫濕度換算軟件在干球溫度大于40 ℃時(shí)的準(zhǔn)確度更高。

由此，新型溫濕度換算軟件的準(zhǔn)確性得到了驗(yàn)證。

4 結(jié)語(yǔ)

新型溫濕度換算軟件相比傳統(tǒng)換算軟件，加入了風(fēng)速和大氣壓強(qiáng)的修正，并在干球溫度大于40 ℃時(shí)采用精度更高的擬合公式，使其準(zhǔn)確度更高，并加入了露點(diǎn)溫度的計(jì)算結(jié)果，使其在應(yīng)用上進(jìn)一步得到擴(kuò)展。在軟件設(shè)計(jì)上考慮到輸入可能出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤情況給出了警告提示框，軟件的健壯性良好。

[1]全國(guó)電工電子產(chǎn)品環(huán)境條件與環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC8）.GB/T 6999-2010 環(huán)境試驗(yàn)用相對(duì)濕度查算表[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[2]呂國(guó)義，陳勇.濕度換算軟件包在干濕球溫濕度計(jì)算中的應(yīng)用[J].鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，19 （4）：44-45.

[3]楊澤林，李相白，李建春，等.智能干濕球相對(duì)濕度傳感器的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化儀表，2010 ，31 （2）：16-19.

[4]中國(guó)氣象局政策法規(guī)司.QX/T 50-2007 地面氣象觀測(cè)規(guī)范 第6部分：空氣溫度和濕度觀測(cè)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.