温湿度计工作原理及校准方法的讨论.

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科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ２０１１ＮＯ．１０

工业技术

温湿度是自然界中和人类打交道最多的物理量之一，无论是生产实习场所，还是在居住休闲场所，温湿度的采集或控制都十分频繁。近年来，各种温湿度计的送校数量不断增加，对其工作原理的理解、测量方法的选择和有关使用维护的知识显得尤为重要。由于制造和工作原理的不同，温湿度计分为机械式温湿度计、电子式湿度传感器和通风干湿表等。在我们日常工作中接触最多的是前两种。下面具体介绍各类温湿度计的工作原理、结构特点、校准方法及在校准过程中的常见问题。

１工作原理及结构介绍

１．１机械式温湿度计

机械式温湿度计分为干湿计、机械式湿度计、机械式温湿度计。干湿计是由两支规格完全相同的温度计组成，一支感温泡暴露在外以测量环境温度，另一支感温泡由纱布包裹以测量湿度，纱布中水分蒸发的同时也带走一定热量，从而使湿球温度下降。机械式湿度计是采用毛发、尼龙及有机高分子镀膜材料等作为感湿元件，是可直接指示相对湿度的指针型和记录型湿度计，包括毛发湿度表、毛发湿度记录仪等等，是根据人发、尼龙丝等材料在空气湿度发生变化时产生长度变化的原理制造而成。这种湿度计体积小、重量轻、便于携带与安装。机械式温湿度计是由湿度部分（机械式湿度计或干湿计）和温度部分（双金属温度计或玻璃液体温度计）组成的一体式温湿度两用仪器，由双金属温度计和毛发湿度计构成的一般称为指针式温湿度计，形如仪表盘，是利用金属热胀冷缩的原理制成，以双金属片作为感温元件来控制指针。１．２电子式湿度传感器

电子式湿度传感器是由湿敏电容、湿敏电阻或湿敏谐振器等湿敏元件及其相应变换电路组成的能显示相对湿度的湿度计，一般分为电阻式和电容式。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层由感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚酰亚胺、聚苯乙烯等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数随之发生变化，使其电容量也发生变化，电容的变化量与相对湿度成正比。湿度传感器的

准确度可达到±２％ＲＨ～±５％ＲＨ。湿敏元件除对环境湿度敏感外，对温度亦十分敏感，其温度系数一般在（０．２～０．８）％ＲＨ／℃范围内。

２校准方法

２．１机械式温湿度计

机械式温湿度计的校准标准器具可以选用精密露点仪或通风干湿表，通过在恒温恒湿箱中恒温一定时长后，读取温湿度计与标准器具的显示值，并通过计算得出其相应校准点的示值误差。校准前需将标准器探头放置于恒温恒湿箱的中心位置，将被校温湿度计放置于箱内有效空间内且不影响箱内空气循环。温度选取１５℃，２０℃，３０℃三个校准点，湿度选取４０％ＲＨ，６０％ＲＨ，８０％ＲＨ三个校准点。温、湿度校准可同时进行。

温度回差的校准依次按照１０℃，２０℃，３０℃，４０℃，３０℃，２０℃，１０℃的顺序进行。同一校准点上正反行程温度示值误差的差值为温度回差。湿滞误差的校准在２０℃下按照４０％ＲＨ，６０％ＲＨ，８０％ＲＨ，６０％ＲＨ，４０％ＲＨ的顺序进行，计算方法与湿度回差相同。温度、湿度的重复性分别在１０℃，２０℃，３０℃，４０℃和４０％ＲＨ，６０％ＲＨ，８０％ＲＨ的顺序进行校准，并连续重复３次，同一校准点上的误差最大差值为相应温度／湿度重复性。２．２电子温湿度传感器

湿度传感器的校准不同于机械式湿度计，其校准环境为标准湿度发生器的测试室，选用精密露点仪作为湿度标准，选用扩展不确定度为０．１℃的温度计为温度标准。湿度校准点为从低湿１０％ＲＨ到高湿９０％ＲＨ（在２０℃或２５℃下）每间隔１０％ＲＨ做一次，每点读取三次数值。同时也要对传感器稳定性、相应时间、湿滞等指标进行考核。

３工作应用

３．１机械式温湿度计

干湿计的校准过程中，其示值的读取是较为重要的一步。干湿计自身的干、湿温度计是通过金属扣固定在带有温度刻度的面板上，并通过观察水银柱的高度与温度面板相对应的数值来读取温度值。其湿度是通过计算干、湿温度计示值的差值查表或直接用干、湿球温度对比得出相对湿度值。干湿温度计的固定、上水纱布的选择和湿球用水、干湿温度计感温介质的不同都会影响到干湿计的示值。

机械式温度计与温湿度计在校准过程

中，其调修工作尤为重要。通常是在常温下将温湿度计与标准器同时恒定一段时间，通过对比调修好，使温湿度计在这个温湿度环境下更接近标准器的示值，这样可避免打开温湿度箱调修造成的一系列问题。另外，指针位置的颠倒会阻碍其活动，指针活动范围受限势必会影响示值。如果事先没有发现，就会导致校准数据偏差较大或认为此温湿度计已坏，进而作出错误的判断。３．２电子式湿度传感器

在湿度传感器实际标定困难的情况下，可以通过一些简便的方法进行湿度传感器计量特性的判断与检查。在对电子湿度传感器进行校准之前，可用嘴呵气或利用其它加湿手段对其所在环境加湿，观察其灵敏度、重复性、升湿降湿性能、分辨率等。此外，部分湿度传感器是由电池供电，电量过低时，湿度显示值会严重偏离参考值，这样便影响了我们的判断，所以在校准和使用过程中要注意提醒客户定期更换电池。

电子湿度传感器以其较好的准确度和良好的稳定性（短期内）为温湿度监测提供了良好的技术支持，但长期稳定性不佳和使用寿命偏短却是影响其质量的头等问题。为此，对于使用和检校环境的要求和使用人员的素质要求是较为苛刻的，应避免在酸性、碱性及含有机溶剂的环境中使用，也要避免在粉尘较大的环境中使用。

４结语

近年来，各种制造原理、规格型号的温湿度计层出不穷，环境温湿度的监测技术在持续发展，其使用范围之广泛，技术开发之迅猛，标志着人类在温湿度测量领域获得了长足的发展。与此同时，对于温湿度计的检定校准工作也提出了更高的要求，身为计量人员，为保证国家生产制造基础标准合格，更要与时俱进，深入理解其工作原理，持续创新、改进校准方法。

参考文献

［１］李英干，范金鹏．湿度测量［Ｍ］．北京：气

象出版社，１９９０．

［２］廖理．热学计量［Ｍ］．北京：原子能出版

社，２００２．

［３］韩悦文．几种典型湿度传感器的原理和

概要分析［Ｊ］．江汉大学学报（自然科学版），２００９，３７（１）．

温湿度计工作原理及校准方法的讨论①

徐晓丹李君

（天津市电子仪表实验所天津３００２１０）