[科普中國(guó)]-空氣濕度測(cè)量方法

空氣濕度測(cè)量方法是指測(cè)量空氣中水汽含量的多少或空氣干濕的程度的方法。1

簡(jiǎn)介常見(jiàn)的空氣濕度測(cè)量方法有：利用物質(zhì)幾何尺寸變化的測(cè)濕法（伸縮法），干濕球法，冷凝露點(diǎn)法，氯化鋰露點(diǎn)法，電濕度測(cè)量法（電阻法、電容法），電解法（庫(kù)侖濕度計(jì)）、動(dòng)態(tài)法(雙壓法、雙溫法、分流法)，靜態(tài)法(飽和鹽法、硫酸法)，電子式傳感器法，以及其它測(cè)濕方法。1

空氣濕度表示空氣濕度，主要有以下幾種方法：絕對(duì)濕度。是指單位容積的空氣里實(shí)際所含的水汽量，一般以克為單位。溫度對(duì)絕對(duì)濕度有著直接影響。一般情況下，溫度越高，水汽蒸發(fā)得越多，絕對(duì)濕度就越大；相反，絕對(duì)濕度就小。飽和濕度。飽和濕度是表示在一定溫度下，單位容積空氣中所能容納的水汽量的最大限度。如果超過(guò)這個(gè)限度，多余的水蒸氣就會(huì)凝結(jié)，變成水滴。此時(shí)的空氣濕度便稱為飽和濕度?？諝獾娘枬穸炔皇枪潭ú蛔兊模S著溫度的變化而變化。溫度越高，單位容積空氣中能容納的水蒸氣就越多，飽和濕度也就越大。1

測(cè)量方法伸縮法物質(zhì)在濕度發(fā)生變化時(shí)其長(zhǎng)度會(huì)隨之變化，例如當(dāng)相對(duì)濕度從 0 %變到 100 %時(shí)，通常人類毛發(fā)的總長(zhǎng)度會(huì)伸長(zhǎng) 2.5%。這一變化可以通過(guò)機(jī)械裝置放大用指針指示出來(lái)，或通過(guò)機(jī)械 - 電量的轉(zhuǎn)換，輸出表征濕度水平的電信號(hào)，從而進(jìn)行濕度的測(cè)量和控制，這種方法就叫伸縮法。

毛發(fā)濕度計(jì)是伸縮法測(cè)濕的典型應(yīng)用。它與當(dāng)代的各種濕度計(jì)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、造價(jià)低廉的優(yōu)點(diǎn)，從濕度測(cè)量的現(xiàn)狀與要求來(lái)看，即使在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，毛發(fā)、腸衣之類濕度傳感器仍將繼續(xù)為人們沿用。但也存在滯后和精度不高等固有的缺點(diǎn)。

干濕球法干濕球濕度計(jì)由兩支規(guī)格完全相同的溫度計(jì)組成，一支稱為干球溫度計(jì)，其溫泡暴露在空氣中，用以測(cè)量環(huán)境溫度；另一支稱為濕球溫度計(jì)，其溫泡用特制的紗布包裹起來(lái)，并設(shè)法使紗布保持濕潤(rùn)，紗布中的水分不斷向周圍空氣中蒸發(fā)并帶走熱量，使?jié)袂驕囟认陆?。水分蒸發(fā)速率與周圍空氣含水量有關(guān)，空氣濕度越低，水分蒸發(fā)速率越快，導(dǎo)致濕球溫度越低?？梢?jiàn)，空氣濕度與干濕球溫差之間存在某種函數(shù)關(guān)系。干濕球濕度計(jì)就是利用這一現(xiàn)象，通過(guò)測(cè)量干球溫度和濕球溫度來(lái)確定空氣濕度的。

冷凝露點(diǎn)法露點(diǎn)法是一種古老的濕度測(cè)量方法，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，露點(diǎn)技術(shù)臻于完善?，F(xiàn)代的光電露點(diǎn)儀采用熱電制冷，并且可以自動(dòng)補(bǔ)償零點(diǎn)和連續(xù)跟蹤測(cè)量露點(diǎn)。高精度露點(diǎn)儀在一般濕度范圍的測(cè)量準(zhǔn)確度可達(dá)±1℃ 露點(diǎn)溫度。

露點(diǎn)濕度計(jì)的原理可以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明。若將一個(gè)光潔的金屬表面放到相對(duì)濕度低于100%的空氣中并使之冷卻，當(dāng)溫度降到某一數(shù)值時(shí)，靠近該表面的相對(duì)濕度達(dá)到100%，這時(shí)將有露在表面上形成。因?yàn)樵谶@個(gè)溫度下空氣中的水汽達(dá)到了飽和，冷表面附著的水膜和空氣中的水份處于動(dòng)態(tài)平衡，也就是說(shuō)，在單位時(shí)間內(nèi)離開和返回到表面上的水分子數(shù)相同，這就是 Regnault原理。該原理可以敘述為：當(dāng)一定體積的濕空氣在恒定的總壓力下被均勻降溫，直到空氣中的水汽達(dá)到飽和狀態(tài)，該狀態(tài)叫做露點(diǎn)；在冷卻的過(guò)程中，氣體和水汽兩者的分壓力保持不變。如果空氣的溫度是Ta，露生成的溫度為Td，則濕空氣的相對(duì)濕度可以通過(guò)下式算出：U= 在露點(diǎn)溫度（Td）時(shí)的飽和水氣壓 / 在原來(lái)溫度（Ta）時(shí)的飽和水氣壓×100%式中飽和水汽壓的數(shù)值可以通過(guò)查表得到。在 0 ℃ 以下，水汽達(dá)到飽和時(shí)，水在鏡面上結(jié)冰，此時(shí)的溫度又叫做霜點(diǎn)。

氯化鋰露點(diǎn)法露點(diǎn)式氯化鋰濕度計(jì)是由美國(guó)的 Forboro 公司首先研制出來(lái)的，其后我國(guó)和許多國(guó)家都做了大量的研究工作。這種濕度計(jì)和上述電阻式氯化鋰濕度計(jì)形式相似，但工作原理卻完全不同。簡(jiǎn)而言之，它是利用氯化鋰飽和水溶液的飽和水汽壓隨溫度變化而進(jìn)行工作的。

據(jù)拉烏爾定律，在溫度不變時(shí)隨著鹽溶液濃度增加，其表面上的水汽壓下降，故氯化鋰溶液的飽和水汽壓曲線位于純水飽和水汽壓曲線的下方，在同一溫度下，前者的水汽壓比后者低，大約相當(dāng)于后者的10-12%，即氯化鋰飽和溶液的平衡相對(duì)濕度為10%-12%。

電解法電解法是目前廣泛應(yīng)用的微量水份測(cè)量方法之一。這種方法是1956年首先 Keidel提出來(lái)的，人們對(duì)此法之所以感興趣，其原因在于這種方法不僅能達(dá)到很低的量限，更重要的是因?yàn)樗且环N絕對(duì)測(cè)量方法。這種建立在法拉第定律基礎(chǔ)上的電解濕度計(jì)通常又稱為庫(kù)侖濕度計(jì)。

庫(kù)侖濕度計(jì)的敏感元件是電解池，被測(cè)氣體穿過(guò)電解池時(shí)，其中的水汽全部被涂在電極上的五氧化二磷磷酸膜所吸收。

濕度計(jì)的工作特點(diǎn)是氣體連續(xù)通過(guò)電解池，其中的水汽被五氧化二磷全部吸收并電解。在一定的水份濃度和流速范圍內(nèi)，可以認(rèn)為水份吸收的速度和電解的速度是相同的，也就是說(shuō)，水份被連續(xù)地吸收同時(shí)連續(xù)地被電解，于是瞬時(shí)的電解電流可以看作是氣體含水量瞬時(shí)值的體現(xiàn)。由于方法所要求的條件是通過(guò)電解池的氣體中的水份必須全部被吸收，不言而喻，測(cè)量值要受氣體流速的影響，因此，對(duì)于某一個(gè)電解池不但有一個(gè)額定的流速，而且在測(cè)量時(shí)還必須保持流速恒定，并對(duì)流速進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。知道了氣體的流速和電解電流，我們便可以計(jì)算水份的濃度。

動(dòng)態(tài)法雙壓法、雙溫法是基于熱力學(xué)P、V、T平衡原理，平衡時(shí)間較長(zhǎng)，分流法是基于絕對(duì)濕氣和絕對(duì)干空氣的精確混合。由于采用了現(xiàn)代測(cè)控手段，這些設(shè)備可以做得相當(dāng)精密，卻因設(shè)備復(fù)雜，昂貴，運(yùn)作費(fèi)時(shí)費(fèi)工，主要作為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量之用，其測(cè)量精度可達(dá)±2%RH以上。

電子式濕度傳感器法電子式濕度傳感器產(chǎn)品及濕度測(cè)量屬于90年代興起的行業(yè)， 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。碳硫分析儀濕敏傳感器正從簡(jiǎn)單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測(cè)的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代濕度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測(cè)量技術(shù)提高到新的水平。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

張勇 - 副教授 - 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院