湿度计量技术的发展

周建辉

摘要：随着技术的进步，湿度计已广泛应用于工业、农业、国防、科学等领域，广泛应用于石油化工、微电子、通讯、气象、能源、环境监测、医药、建筑、空调、军事、航空航天、烟草、汽车等行业，用户不仅使用越来越多，而且越来越适应用户的环境、范围、速度、精度。

关键词：湿度计量；技术；发展

随着科学技术的发展，湿度作为重要的物理维度变得越来越重要。在气象学中，相对湿度被用作空气质量和生活环境的指标。在所有工业，农业和技术领域，特别是制药，电子和食品行业，湿度是产品质量的重要条件。然而，对湿度的理解并不像温度测量那样准确和完美。为了创造一个舒适的生活环境和理想的生产条件，湿度的测量和控制是非常重要的。近年来，湿度计量技术发展迅速，不同的测量方法各不相同，但如何选择合适的湿度计是许多企业和组织面临的问题。

一、湿度计的分类、工作原理及其特性分析

空气中的蒸汽量可以表示为相对湿度，目前市场上有三种类型的湿度计，机械、干湿球、传感器。三种湿度计，市场价格差异很大，机械干湿表，最便宜的是两位数，而湿度传感器，通道时钟需要数千到万。在精度方面，机械湿度传感器的误差范围为（40%～70%）RH，不超过±5%RH，这表明高精度湿度传感器不应超过±0.5%RH。如何选择高效、准确的湿度计，基于近年的湿度测量经验，分析了湿度类型的功能原理，特性和应用说明，以期为工业或采购中的湿度使用提供参考。当材料的几何形状发生变化时，毛发、尼龙、聚酰胺等有机聚合物材料的几何形状随相对湿度的变化而变化。机械湿度测量仪利用这一功能，用纤维、带状感部件制造材料，改变机械放大几何形状，使用指针直接显示相对湿度记录。机械湿度计易于使用且价格实惠，毛发湿度计具有数十年的使用寿命和定期维护。据统计，机械湿度计仍占所有湿度计的70%。由此可见，湿度计经过现代科学技术的发展，目前对湿度测量的现状和要求仍然占有较大的市场份额，并展示了其应用。

1.干湿球自然通风式。由两个相似的温度计组成，干球温度与空气接触，并测量在环境中的温度。一个湿球温度计和另一个带有温度气泡的鼻温度计被包裹在一个特殊纱布上，该水芯子连接到盛有纯水容器，以保持空气湿度。当湿球周围的空气不饱和时，水不断蒸发，湿球的蒸发应吸收热量，降低湿球的温度。这个值是湿球的温度。基于热平衡和直扩散理论湿球测量具有坚实的理论基础，虽然不完善，但在湿度测量方法中占据了坚实的地位。干湿球中的测量误差主要是由温度、风速、湿球污染和纱布上水套引起的。

2.湿度传感器。由湿度电容，电阻或湿敏谐振器组成，可以直接显示湿度传感器或产生电压，电流，频率等可测量的数字信号。湿度传感器有很多种，可分为三类：电解质、半导体陶瓷和高分子湿度传感器。其中，高分子湿度传感器属于较晚起步，但发展迅速，研究广泛，应用广泛，可分为容量、强度和光学两大类。它具有响应速度快，灵敏度高，抗环境噪声等优点，取代了市场上其他类型的湿度传感器。电阻式是空气中湿敏元件为电阻，当空气中的水蒸气被感湿膜吸收时会发生变化，可以测量电阻率和电阻值。

二、湿度测量技术新进展

1.湿度传感器。近年来，由于湿度传感器技术的飞速发展，湿度传感器技术得到了广泛应用，其性能越来越好，价格越来越便宜，湿度传感器主要由电容式和电阻式组成，其中最主要的是聚酰亚胺湿度传感器。根据基片的形状，可分为Testo、Vaala和Roxitic三种。适用于聚酰亚胺薄膜的湿层，温度范围为-60℃～180℃，湿度范围（0～99％）RH。一般来说，电信号输出电路种类繁多，但近年来随着集成电路技术的出现，湿敏电容与信号处理的结合不仅可以产生低功率，还可以产生标准的模拟信号或直接与湿度传感器通信。电阻式湿度有电解质、陶瓷和碳膜式的工艺特性，其不如高分子电容好，但由于成本特别低，国内工业消耗量和质量都很低，由于红外卫星遥测还不够，探测器仍然用来测量平流层上部的水气分布。过去，传感器中的湿度传感器主要是碳膜电阻式，其温度限制在30℃以下，但现在可以用它们来代替温度在60℃以下的聚合物电容器，近年来，随着信息技术的飞速发展，湿度测量技术已经将计算机、传感器和模拟设备、数据采集和有线网络转化为无线网络。目前，该传感器可以实现100米以上的无线传输距离，基本满足环境监测仪器，实验室，工厂，仓库等设施的温湿度分布测试要求，检查员的工作量大大减少。

2.光学湿度。近年来，红外和激光测量方法得到了迅速发展和应用。红外线湿度计由水分子制成，用于红外光谱仪的选择性吸收。原来的红外湿度计非常复杂，主要用于大气和卫星遥感，以确定大气中湿度的分布。随着技术的发展，红外线湿度计的价格和尺寸可以比其他常见的湿度计更容易直接测量绝对湿度。光腔衰荡光谱(DIMS)是近年来开发的一种用气体成分选择自己的光谱的技术，红外线湿度测量特定范围内的光强，而DRDS使用特殊的反射和传输结构来测量完全衰减光所需的时间。由于时间测量的分辨率和精度远远超过光强度，DRDS特别适用于需要大量湿度测量提供有效的测量方法。

3.超低湿测量。含水量小于75℃DP，体积(1～1000L)ppb，主要用于微电子和石化工业。以前，这些设备主要是电解质，石英振荡，电容式和冷镜式。电解质是最典型的，精度高达±5％，测量范围高达10ppbv，氧化铝电容低，测量成本低至100 ppbv。

近年来，国际湿度测量技术不断发展，问题是湿度的参考范围太窄，湿度测量标准的精度不足以满足实际需要。下一阶段的研究旨在完善包括蒸汽压力数据在内的湿度基础理论，逐步提高湿度标准的准确性，扩大湿度范围。

参考文献：

[1]吴英金．工作用湿度计量器具的比较与选择[J].北京：气象出版社，2021，310一340．

[2]张瑞．压缩系数对双压法标准湿度发生器结果的影响[J].计测技术，2021，30(增刊)．