溫濕度計工作原理及校準方法的討論

　　摘 要：文中介紹了幾種溫濕度計的工作原理、校準方法及在校準過程中的使用、維護等常見問題的討論。
　　關鍵詞：溫度 濕度 工作原理 校準方法 維護
　　中圖分類號：TH81 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791(2011)04(a)-0000-00
　　
　　引言
　　溫濕度是自然界中和人類打交道最多的物理量之一，無論是生產實習場所，還是在居住休閑場所，溫濕度的采集或控制都十分頻繁。近年來，各種溫濕度計的送校數量不斷增加，對其工作原理的理解、測量方法的選擇和有關使用維護的知識顯得尤為重要。由于制造和工作原理的不同，溫濕度計分為機械式溫濕度計、電子式濕度傳感器和通風干濕表等。在我們日常工作中接觸最多的是前兩種。下面具體介紹各類溫濕度計的工作原理、結構特點、校準方法及在校準過程中的常見問題。
　　1 工作原理及結構介紹
　　1.1 機械式溫濕度計
　　機械式溫濕度計分為干濕計、機械式濕度計、機械式溫濕度計。干濕計是由兩支規格完全相同的溫度計組成，一支感溫泡暴露在外以測量環境溫度，另一支感溫泡由紗布包裹以測量濕度，紗布中水分蒸發的同時也帶走一定熱量，從而使濕球溫度下降。機械式濕度計是采用毛發、尼龍及有機高分子鍍膜材料等作為感濕元件，是可直接指示相對濕度的指針型和記錄型濕度計，包括毛發濕度表、毛發濕度記錄儀等等，是根據人發、尼龍絲等材料在空氣濕度發生變化時產生長度變化的原理制造而成。這種濕度計體積小、重量輕、便于攜帶與安裝。機械式溫濕度計是由濕度部分（機械式濕度計或干濕計）和溫度部分（雙金屬溫度計或玻璃液體溫度計）組成的一體式溫濕度兩用儀器，由雙金屬溫度計和毛發濕度計構成的一般稱為指針式溫濕度計，形如儀表盤，是利用金屬熱脹冷縮的原理制成，以雙金屬片作為感溫元件來控制指針。
　　1.2 電子式濕度傳感器
　　電子式濕度傳感器是由濕敏電容、濕敏電阻或濕敏諧振器等濕敏元件及其相應變換電路組成的能顯示相對濕度的濕度計，一般分為電阻式和電容式。濕敏電阻的特點是在基片上覆蓋一層由感濕材料制成的膜，當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發生變化，利用這一特性即可測量濕度。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚酰亞胺、聚苯乙烯等。當環境濕度發生改變時，濕敏電容的介電常數隨之發生變化，使其電容量也發生變化，電容的變化量與相對濕度成正比。濕度傳感器的準確度可達到±2%RH～±5%RH。濕敏元件除對環境濕度敏感外，對溫度亦十分敏感，其溫度系數一般在（0.2～0.8）%RH/℃范圍內。
　　2 校準方法
　　2.1 機械式溫濕度計
　　機械式溫濕度計的校準標準器具可以選用精密露點儀或通風干濕表，通過在恒溫恒濕箱中恒溫一定時長后，讀取溫濕度計與標準器具的顯示值，并通過計算得出其相應校準點的示值誤差。校準前需將標準器探頭放置于恒溫恒濕箱的中心位置，將被校溫濕度計放置于箱內有效空間內且不影響箱內空氣循環。溫度選取15，20，30℃三個校準點，濕度選取40，60，80%RH三個校準點。溫、濕度校準可同時進行。
　　溫度回差的校準依次按照10，20，30，40，30，20，10℃的順序進行。同一校準點上正反行程溫度示值誤差的差值為溫度回差。濕滯誤差的校準在20℃下按照40，60，80，60，40%RH的順序進行，計算方法與濕度回差相同。溫度、濕度的重復性分別在10，20，30，40℃和40，60，80%RH的順序進行校準，并連續重復3次，同一校準點上的誤差最大差值為相應溫度/濕度重復性。
　　2.2 電子溫濕度傳感器
　　濕度傳感器的校準不同于機械式濕度計，其校準環境為標準濕度發生器的測試室，選用精密露點儀作為濕度標準，選用擴展不確定度為0.1℃的溫度計為溫度標準。濕度校準點為從低濕10%RH到高濕90%RH（在20℃或25℃下）每間隔10%RH做一次，每點讀取三次數值。同時也要對傳感器穩定性、相應時間、濕滯等指標進行考核。
　　3 工作應用
　　3.1 機械式溫濕度計
　　干濕計的校準過程中，其示值的讀取是較為重要的一步。干濕計自身的干、濕溫度計是通過金屬扣固定在帶有溫度刻度的面板上，并通過觀察水銀柱的高度與溫度面板相對應的數值來讀取溫度值。其濕度是通過計算干、濕溫度計示值的差值查表或直接用干、濕球溫度對比得出相對濕度值。干濕溫度計的固定、上水紗布的選擇和濕球用水、干濕溫度計感溫介質的不同都會影響到干濕計的示值。
　　機械式溫度計與溫濕度計在校準過程中，其調修工作尤為重要。通常是在常溫下將溫濕度計與標準器同時恒定一段時間，通過對比調修好，使溫濕度計在這個溫濕度環境下更接近標準器的示值，這樣可避免打開溫濕度箱調修造成的一系列問題。另外，指針位置的顛倒會阻礙其活動，指針活動范圍受限勢必會影響示值。如果事先沒有發現，就會導致校準數據偏差較大或認為此溫濕度計已壞，進而作出錯誤的判斷。
　　3.2 電子式濕度傳感器
　　在濕度傳感器實際標定困難的情況下，可以通過一些簡便的方法進行濕度傳感器計量特性的判斷與檢查。在對電子濕度傳感器進行校準之前，可用嘴呵氣或利用其它加濕手段對其所在環境加濕，觀察其靈敏度、重復性、升濕降濕性能、分辨率等。此外，部分濕度傳感器是由電池供電，電量過低時，濕度顯示值會嚴重偏離參考值，這樣便影響了我們的判斷，所以在校準和使用過程中要注意提醒客戶定期更換電池。
　　電子濕度傳感器以其較好的準確度和良好的穩定性（短期內）為溫濕度監測提供了良好的技術支持，但長期穩定性不佳和使用壽命偏短卻是影響其質量的頭等問題。為此，對于使用和檢校環境的要求和使用人員的素質要求是較為苛刻的，應避免在酸性、堿性及含有機溶劑的環境中使用，也要避免在粉塵較大的環境中使用。
　　4 結語
　　近年來，各種制造原理、規格型號的溫濕度計層出不窮，環境溫濕度的監測技術在持續發展，其使用范圍之廣泛，技術開發之迅猛，標志著人類在溫濕度測量領域獲得了長足的發展。與此同時，對于溫濕度計的檢定校準工作也提出了更高的要求，身為計量人員，為保證國家生產制造基礎標準合格，更要與時俱進，深入理解其工作原理，持續創新、改進校準方法。
　　參考文獻
　　[1] 李英干，范金鵬，《濕度測量》，北京：氣象出版社，1990.
　　[2] 廖理主編，《熱學計量》，北京：原子能出版社，2002.
　　[3] 韓悅文，《幾種典型濕度傳感器的原理和概要分析》，江漢大學學報（自然科學版）第37卷第1期，2009.