・３２・ 国外分析仪器２００２ ２ Ｈｕｍｉｄｉｔｙ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ＳＡＷ Ｈｙｇｒｏｍｅｔｅｒ Ｊａｍｅｓ Ｔｅｎｎｒｍａｎｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｎｅｗ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ ｈｙｇｒｏｍｅｔｅｒ ｗｈｉｃｈ ｕｔｉｌｉｚｅｓ ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＳＡＷ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ ｈｙｇｒｏｍｅｔｒｙ ｄｏｅｓ ｏｆｆｅｒ ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｒｔ ｆｏｒ ａ ｂｒｏａｄｅｒ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｍｏｒｅ ｄｅｍａｎｄｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ＳＡＷ Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ ｈｙｇｒｏｍｅｔｅｒ 测量湿度的方法和仪器 Ｐｉｅｔｅｒ Ｒ．Ｗｉｅｄｅｒｈｏｌｄ １ 引言 湿度的测量比其他大多数参数的测量，譬如流 量、温度、物位和压力的测量都要困难。原因之一 是，湿度的动态范围相当宽，可以从代表０．８×１０ ｍｍ汞柱左右的水蒸气分压的ｌｐｐｂ或更低（一 １１２℃霜点）开始到代表７６０ｍｍ汞柱水蒸气分压在 ＩＯ０＊Ｃ时的蒸气，这大约相当于１０ 的动态跨度。原 因之二是，大气的状态可能会比较复杂。例如：温度 范围宽，可从一８０℃到ｌＯ００＊Ｃ，而且大气中常常还 参考。 ２冷凝露点湿度计 从１９６０年代初以来，冷凝露点湿度计已广泛用 于实验室和工业中。它的主要优点是：测量原理简 单，准确度高，可溯源到国家标准。其局限性是对污 染物敏感，需要经常维护，在霜点很低的情况下响应 缓慢，用这种仪器检测ｌｐｐｍ以下的湿度实际上无 能为力。 为了提高性能，降低维护要求，人们花了若干年 的时间开发了许多技术，但取得的成果却有限。然 而，在８０年代，人们推出了一种基于这种原理的新 的变型产品，即所谓的ＣＣＭ（循环冷镜）湿度计，它 可能存在着腐蚀性或非腐蚀性的其他气体和各种污 染物。 湿度测量在工业、实验室和过程控制中的需求 与日俱增，它可以提高产品质量，降低制造成本，增 加人的舒适感。 大大地降低了维护要求，但牺牲了仪器的一些基本 特性，准确度也稍微降低了一些。在９０年代初，又 推出了商品化的低温冷凝湿度计，它解决了低霜点 问题，即是说这样的仪器可以在快速响应的条件下 测到ｐｐｂ的范围。现有三类仪器互相补充，可以把 冷凝原理用于几乎所有的应用场合，虽然有时成本 那些比较古老比较简单的湿度测量仪器，譬如 干湿球湿度计、毛发湿度计和露杯，都不够准确不适 合于大多数工业应用了。这就导致要使用比较复杂 的，通常以微处理器为基础的仪器来满足各种严格 要求和各国某些机构的规定。从事湿度测量课 题的每个人都会面临各种不同的测量技术和各种类 型的仪器。问题在于判断哪类传感器最适合于某种 特定情况和眼下用于这种情况的最多的仪器，再来 考虑成本、维护、校准要求以及安装维修是否容易。 湿度的测量不是一件普通的工作，同时也不是 会很高。所以，这种仪器不完全是对一种应用场合 最合适的仪器。 ２．１普通冷凝露点湿渡计 在这种湿度计中，露点就是把反光镜表面冷却 到水气开始凝露时的温度，凝聚的细露珠是采用光 学法用一光电检测系统来检测的。信号进入电子反 靠直觉就能明白的工作。本文旨在向湿度仪器的潜 在用户提供一篇全面介绍，以供选择最佳测量技术 馈控制系统中，以控制镜面温度，保持一定厚度的 露。这种类型的仪器已被人们广泛接受，用于实验 国外分析仪器２００２ ２ ・３３・ 室测量和作为一种校准用的传递标准器，也已用于 许多要求准确度高和可传递的工业应用中。 普通光学露点计的工作原理示于图１。镀金或 镀铑的铜反光镜的表面温度由热电冷却器（热泵）来 控制。一只高亮度的发光二极管（ＬＥＤ）照射反光 镜。从反光镜表面反射的光，由光电晶体管或光学 检测器来检测。为了补偿光学系统中由于温度引起 的误差，另用了一对单独的发光二极管和光电晶体 管。、两只光电晶体管都安装在同一电桥回路中，调 节平衡以控制通向镜面热电冷却器的电流，即镜面 温度。 当镜面温度高于露点即干镜面时，反射最大，光 学检测器接收的光量最大。而热电冷却器把镜面温 度降到露点或霜点以下时（即低于０℃），水分在镜 面上凝聚，引起光的散射，检测器接收的光量因而降 低。 学平誊 图１ 普通光学露点计原理图 ２．２循环冷镜湿度计 这种仪器使用的传感器其镜面所需的维护显著 减少。典型的工业型循环冷镜湿度计在规定的温度 和露点范围内可准确到±０．３℃。循环冷镜湿度计 与循环冷镜法是合为一体的。镜面温度以精确控制 的速率降温，直到形成的露被检测到为止。在镜面 上露珠可能形成连续的露层之前，加热镜面，使露气 化。因此，在进行露点测量的时候，镜面几乎总是 （９５％的时间）处于干燥状态。而保持露层则仅有短 暂的（５％的）时间。典型情况是每２０ｓ为一个测量 循环，也可以更短些。另一个重要优点是，因为露层 保持那么短暂的时间，故即使在℃以下，也绝不会变 成霜。这就清除了众所周知的普通光学露点湿度计 的问题，即在０℃以下读数时不能确定仪器的读数 到底是露点还是霜点。这是由于过冷的原因，露层 在０℃以下常常会保持一段长的时间，甚至由于气 样流速、镜子条件、污染和其他因素还会持续保持。 在普通露点湿度计中，这种不确定因素会引起ｌｏＣ 到３℃的判读误差。 ２．３低温露／霜点湿度计 普通的露点湿度计在一２０℃至１００℃的范围内 有很好的响应时间。在一２０℃至一４０℃的范围内， 响应慢些，但对大多数应用来说仍是足够的。低于 一４０℃，由于气样流速、反光镜尺寸和某些其他条件 所致，响应就变得相当缓慢。一般在一７５℃时，响应 时间会到１ｈ或更长一些；而在一８０℃时，则会长达 数个小时。由于这个原因，普通露点湿度计在大大 低于一６０℃的工业测量中是不常采用的。在实验室 中，这类仪器常用来作霜点测量，可低到一７０℃，有 时候低到一７５℃，或者在响应时间允许长时还可更 低些。低于一７０℃的霜点测量是非常耗时、非常麻 烦的。 用于航空器和高空探测气球上的低湿露点湿度 计是在１９６０年代制成的，商品低温露点湿度计是在 此设计基础上于９０年代初推出的。这种仪器，虽然 也是一种冷凝露点型湿度计，但与标准仪器的工作 方式不同。在这种仪器中，反光镜在什么时候都是 冷的，其温度低于其测量范围，通常处于液氮温度。 进行测量时，用附着在反光镜上的加热器来加热反 光镜，直到霜层消失为止。霜层消失时的准确温度 被定义为霜点。低温露／霜点湿度计的原理图如图 ２所示。 ＬＥＤ 检测器 图２低温露／霜点湿度计的原理框图 ３相对湿度仪器 百分相对湿度是人所共知的表示空气水蒸气含 量最广泛采用的方法。百分相对湿度定义为实际水 蒸气压与饱和水蒸气压之比乘以１００： ％ＲＨ：ｅａ×１００ ｅｓ 本质上，百分相对湿度是混合气体的水蒸气饱 ・３４・ 国外分析仪器２００２ ２ 和或不饱和的一个指标。与干球温度的测量值无关 的相对湿度的测量值不是特定值，因为水蒸气的含 量不能单独从百分相对湿度中确定出来。近些年 来，湿度的影响或湿度控制的作用在许多类型的工 业中，诸如在水分敏感产品的制造，仓储领域、能量 管理、计算机房、医院、博物馆和图书馆中的头等重 要性已变得很明显。 ３．１体积聚合物湿度传感器 在当今的市场上最普及最先进的湿度传感器是 “体积聚合物传感器”，它是由基板上的微电极涂以 湿敏高聚物构成的。电极是用蒸气沉积的办法制成 的，所测电量是相对湿度的函数。两种最普通的聚 合物传感器是体电阻传感器和体电容传感器，分别 取决于所测电阻的变化和所测电容的变化。电阻型 传感器和电容型传感器所采用的聚合物和制造技术 是不同的，因此传感器的某些特性就不相同，优缺点 也不尽相同。 电阻型传感器通常响应较慢，尽管对于大多数 应用对象而言其响应速度一般是足够的。大多数电 阻型聚合物传感器适合的温度范围狭窄，一般从 １０℃到８０℃。而电容型传感器目前的适用温度范 围则从一４０℃到１５０℃以上。电阻型传感器在１５％ 至９９％的湿度范围内，准确度高。电容型传感器的 准确度可达２％ＲＨ，但在相对湿度高于９５％时，有 时就没有这么理想了。大多数电容型传感器的响应 时间都非常快，但价格则稍微贵些。电阻型或电容 型传感器的采用通常由应用对象来决定。典型的传 感器示于图３。 ４微量水分仪器 ｐｐｍ和ｐｐｂ范围内的低湿测量是经常需要的， 在湿度测量中有很大一部份市场。最通常采用的是 氧化铝传感器，电解型的和珀尔帖型的传感器也常 常使用。 ４．１氧化铝湿度计 氧化铝湿度计有各种类型。从低价格的单点系 统，包括便携式的电池供电的仪器，到能够进行计算 和显示不同湿度参数如露点、ｐｐｍ和百分相对湿度 的多点微处理机系统。典型的氧化铝传感器本质上 是一电容器，它由沉积在导电基体上的一层多孔氧 化铝，再在其上涂以薄金膜构成。导电基体和薄金 膜构成电容器的两个电极，从而形成一个氧化铝电 容器。水蒸气穿过薄金膜被多孔氧化铝层吸附。被 吸附的水分子数决定着电容器的电抗大小。事实 上，它是水蒸气压的函数。图４所示的氧化铝传感 器的结构非常简单。由于这样的传感器制造起来其 一致性和互换性不很高，故都表现出有不同程度的 经常变化和湿滞，所以需要经常进行校准。 图３典型聚合物相对湿度传』 蒸 极 图４氧化铝传感器结构图 ４．２氧化硅湿度计 氧化硅湿度计使用的传感器也是电容型传感 器，在许多方面与氧化铝传感器相类似，但它采用的 湿敏材料是氧化硅而不是氧化铝。这种传感器是采 用硅技术制成的，但不能与硅电路检测器相混淆。 氧化硅传感器的标准工作范围是一８０℃至＋８０℃， 但不能频繁地用于＋１０℃露点以下。这种传感器的 可靠性尚好，响应速度比氧化铝快。用适当吹洗的 办法，从饱和湿度切换到１ｐｐｍ的湿度，其响应时间 可以到１５ｓ左右。这种传感器还可以在从真空到 ２５×１０。巴的压力和从一４０℃到＋４５℃的气体温度 下工作，而对其性能却没有大的影响。不足之处是， 这种传感器的性能受温度的影响非常大，必须要仔 细地检测温度。 ４．３压电石英晶体湿度计 压电晶体湿度计是用监测交替暴露于干湿气体 中的湿敏石英晶体的振动频率的变化来测定湿度 的。被测气体分成两股气流：“样气”和“参考气”，它 们交替穿过石英晶体。参考气通过分子筛干燥剂， 国外分析仪器２００２ ２ ・３５・ 除去它所有的水分。而样气通过晶体表面，水分被 晶体的吸湿涂层吸收，因而引起振动频率的变化。 在３０ｓ周期结束时，微处理器读数，并把晶体和局部 密封的振荡器晶体之间的频率差（ＡＦ ）存储起来。 然后切换气流，把晶体暴露在于参考气中，历时近 ３０ｓ以使晶体干燥。在这３０ｓ到时，微处理器再“读 数”并把两个晶体之间的振动频率差（ＡＦ ）存储起 来。这两个不同的频率差ＡＦ，和ＡＦ 彼此相减，产 生ＡＦ ，它与在这一循环期间被吸收的水分量成正 比。ＡＦ 代表的水分含量，可用一多项式来表示。 微处理器利用这一多项式来计算与ＡＦ 对应的每 个测量值的水分含量并用一灵敏度系数去乘这个结 果，以得出最后的输出信号。为了获得最好的重现 性和准确度，两个晶体的温度都控制在６０℃。为了 获得高的可靠性，仪器所用的电子元件都是固态元 件。传感器头要经常放入校准器中，以便校核性能， 虽然在一年或更长的时间内一般可能没有漂移情 况。这种仪器的标准测量范围约可覆盖２０ｐｐｂ～ ｌＯ００００ｐｐｍｖ，尽管传感器通常最高只能用于测量 ｌＯ００ｐｐｍ。仪器的准确度，在大多数范围内通常为 读数的５％，而在低湿的范围内则为±ｌＯｐｐｂ。 ４．４电解湿度计 电解湿度计非常适合于干气测量，因为它是在 低ｐｐｍ和ｐｐｂ范围内能给出长期可靠性能的几种 方法之一。电解湿度计是把水电解成它的组成元素 氢和氧。在特定的流速下，电解水所需电流的 大小与样气中水的浓度成正比。电解湿度计要求被 测气体要相当干净，所以通常需要使用某种合适的 过滤器。 电解湿度计能够测量气体或｝昆合气体的水分含 量，是基于大于２Ｖ的水的热力学分解电压就能够 把水分子电解成氢分子和氧分子这一事实。由于电 解每个水分子需要两个电子，故电解池的电流与每 秒钟被电解的水分子数成正比。 ５光学吸收湿度计 红外和紫外湿度计是两种最常用的吸收型光学 湿度计。紫外湿度计通常是指在紫外光谱中用某一 特殊吸收谱线的喇曼一阿尔法湿度计。冷凝露点湿 度计因为它用了光学检测技术，有时候也被称作光 学湿度计，但它不属于吸收型仪器。 ５．１红外湿度计 红外和紫外辐射的传输，通过气体介质时在所 有波长上是不均匀的。在吸收波段上发生辐射的选 择性吸收，是辐射通过的这种特殊气体的特性。红 外湿度计的工作原理，是基于红外辐射在某一特定 波段上的吸收，这一吸收是红外光束通过的气体中 存在水蒸气所致。水蒸气强烈吸收红外辐射，是位 于２．７ 和６．３ 频带的。用红外吸收法测量水 蒸气的可能性是Ｆｏｗｌｅ在１９１２年首先证明的，但到 １９８０年代还没有产生许多适用的仪器。 红外光学湿度计是非接触仪器。传感元件用兰 宝石窗保护着，从不与空气或其他被测气体接触。 因此，它是一种适于监测高污染压湿度的方法。红 外湿度计的工作原理，一般都基于双波长差示吸收 技术。这就需要确定水蒸气吸收谱带最有意义部份 中的主波长，和水蒸气吸收可忽略不计的附近的参 考波长。差示吸收技术，包括计算在主波长上测量 的透过率到参考波长上测量的透过率。可以认为， 这个透过率是直接测量水蒸气吸收的正常透过率， 它对光电灵敏度方面的漂移不敏感，只受透过窗和 样柱中烟和雾的影响。这是假定，由于气体而不是 水蒸气造成的透过率损失，对于主波长和参考波长 都是相同的。两个最强的水蒸气红外吸收谱带是在 ６．３ 和２．７ 的。２．７ 谱带用在大多数红外 湿度计中。 ５．２喇曼一阿尔法湿度计 象红外湿度计一样，喇曼一阿尔法湿度计的工 作原理是在紫外光谱区域的某一狭窄谱带内，辐射 被水蒸气吸收。这种仪器主要用于大气测量。能测 的大气湿度值范围很宽，而且在时间和空间方面的 分辨率也很高。在一８０℃至十４０℃的范围内，响应 时间可达几毫秒，空间分辨率达一厘米级。 喇曼一阿尔法湿度计，是由放射源和检测器及 放大器和基础电子线路组成的，放射源和检测器之 间的隔离空间通常有数毫米到几厘米。喇曼一阿尔 法技术覆盖１２０ｎｍ的光谱范围，通常被称作“真空 紫外”区。 原子氢的喇曼一阿尔法发射线，是由氢原子的 电子衰变到它的基态时产生的，也就是从它的相邻 较高能量轨道衰度到最低能量轨道产生的。把这个 辐射用来测量水蒸气，是因为在它的１２１．５６ｎｍ波 长上，水蒸气的吸收很高，氧的吸收则异常之低，而 大多数其他普通气体例如氮都能相对透过。 喇曼一阿尔法湿度计的结构框图，如图５所示。 ・３６・ 国外分析仪器２００２ ２ ６干湿球湿度计 干湿球测湿法是测量湿度的一种普通方法，历 史相当悠久，主要优点是结构简单，成本低廉。一种 典型的工业干湿球湿度计，是由于一对匹配的电阻 温度计组成的，基中一只温度计用纱布包裹并用蒸 馏水使其保持湿润状态。空气通过两只温度计，其 风速通常为２１５ｒｒｄｍｉｎ或更高些。由于汽化导致的 冷却使湿球温度大约等于热力学湿球温度。干湿球 温度之差，被称为湿球降，它决定于湿度的高低。用 湿度图或计算盘进行湿度换算颇为方便。 在一台维护良好的干湿球湿度计中，用准确度 为±０．２℃的温度计，在＋５℃到＋８０℃的温度范围 内，检测的相对湿度其准确度大约为±３％ＲＨ。在 一种被称为“悬挂式干湿球湿度计”中，两只温度计 并排安装在一个装有手柄的框架中，旋转使空气通 过温度计。要读取温度计读数时，就停止转动。很 显然，这样的测量不可能是相当可靠的，因为它取于 操作者。在低湿时，为了获得适当的降温，湿球降要 大，空气的速度就要高。在通风或电动通风干湿球 湿度计中，能获得稳定的空气流，故可进行比较准确 的测量。 图５ 喇曼一网尔法吸收湿度计框图 干湿球湿度计的准确度，主要取决于所用温度 计的准确度。对于大多数精密测量而言，通常都选 择铂电阻温度计。热电阻和热电偶也被广泛采用。 温度计的绝对准确度，没有干湿球测量值之差那么 重要。在很湿的情况下，干湿球差极小。干湿球湿 度计可以用于温度高于水沸点（１００￣Ｃ）的场合，但如 果湿球降大，包裹纱布就必须始终保持湿润和供水， 以使纱布在被冷却的过程中不会由于显热对它的作 用而影响湿球温度。这样的测量结果是难于获得高 准确度的。 干湿球湿度计是一种基础测量系统，一般说来， 如果使用经过准确校准的温度计，如阿斯曼实验室 型干湿球湿度计，那么就可以提供非常准确、可靠和 可重复的测量结果。由于这个原因，在过去，干湿球 湿度计经常用来作为基础校准标准器。不过，大多 数操作者，特别是工业中的操作者，不愿花时间和采 取必要的防护措施，因而只能获得不很准确不很可 靠的结果。由－ｆ这个原因，它常被比较现代的仪器 所取代。 ７其他湿度仪器 ７．１饱和盐传感器 饱和盐传感器又称氯化锂传感器，Ｆｏｘｂｏｒｏ公 司用“Ｄｅｗ Ｃｅｌｌ”作为它的注册商标，是过去使用最 广泛的露点传感器之一。由于它简单、耐久、廉价和 能“再生”，在早些年代广泛用于空调系统。在户外 气象中也得到了应用，而且曾多年被作为美国国家 气象局的标准。在８０年代和９０年代，它已越来越 多地被体积聚合物百分相对湿度传感器和冷凝露点 湿度计所取代。然而，这种传感器仍有许多用处。 这种传感器测的是露点或水蒸气分压，不能测 相对湿度，虽然它的工作原理是基于盐的平衡相对 湿度。由此得出的湿度检测结果，对于与饱和盐溶 液接触的每一水蒸气压而言，都有一个平衡温度。 该温度总是高于室温，而且在这种温度下，溶液既可 以吸湿，也可以放湿。这种平衡温度是所用盐的特 性。低于平衡温度，盐溶液就吸水；高于平衡温度， 盐溶液就蒸发水蒸气。 这种传感器是由一根覆以吸湿纤维的薄壁管 （绕线管）和涂以稀ＬｉＣ１溶液的双头情性电极绕组 构成的。在绕线管的内部放置一只普通温度传感器 （电阻式温度检测器、热电阻或热电偶）。交流电流 通过绕组，也就通过了会引起电阻发热的盐溶液。 随着绕线管温度的升高，水就会从稀ＬｉＣ１溶液中蒸 发而进入周围大气中。蒸发的速度受周围空气中水 蒸气压的控制。随着由于蒸发而致的绕线管的变 干，盐溶液的电阻升高，流过绕组的电流随之减小， 继而又使绕线管冷却。这样，绕线管交替加热和冷 却，直至达到平衡为止，不管绕线管是吸湿还是放 湿。绕线管的这个平衡温度，是周围空气的水蒸气 或露点的函数。为了获得正确的露点，需要做简单 的修正计算。氯化锂是用于这种传感器的唯一合适 国外分析仪器２００２ ２ ・３７・ 的盐，因为在１１％ＲＨ左右它就能达到它原有的平 衡湿度，这就使它能测到１１％～１００％ＲＨ的湿度范 围。 ７．２雾室 雾室是一种测量露点的手动仪器。广泛用于工 业，由于它便携、简单、能够覆盖很宽的露点范围而 又无需制冷，放热处理用得最多。雾室的工作原理 是，当被测气体的压力降、环境温度和水分含量都满 足特殊要求时，绝热冷却的快速膨胀的气体就会产 生雾。把要测试的气体样品注人仪器中，用小的手 动泵来保持观察压力或雾室压力。窑炉气样（当用 于热处理时）和环境大气压之间的关系，用压力计来 指示。温度则用插入观察室内的高级水银温度计来 指示。把测试气体在观察室内保持数秒钟以使温度 稳定，之后打开阀门卸压，造成绝热冷却，以产生看 得见的凝聚水或雾，悬浮在观察室内。用透镜系统 来观察这种雾。在快速打开阀门降压时，透镜系统 会在雾室中产生一束光。为了寻找终点——雾消失 的那个点，可以反复这个程序。然后，根据温度计的 初始读数和雾消失时压力计的读数，用一图表来确 定露点。这种仪器虽然结构简单，操作容易，但也有 缺点，这就是它的精度取决于人对实验数据的整理 和操作技巧。测量误差一般为５℃。它还只能做单 次测量，而不适于作连续控制。 ７．３陶瓷湿度传感器 利用氧化物的吸附特性，人们开发出了多种陶 瓷氧化物湿敏器件。无论用离子测量技术还是用电 子测量技术，这种器体用的都是吸附水与相对湿度 的关系。离子导电是由于水分子的离解形成氢氧化 物而产生的。这种离解会产生质子迁移，从而使器 件的阻抗随水含量的增加而降低。陶瓷氧化物被夹 在多孔金属电极之间，即构成湿敏器件。把器件与 用于线化和信号处理的阻抗测量电路连接起来，即 可测湿。这种传感器灵敏度高，可防止污染，能用于 ２００＂Ｃ的高温测量，完全打湿后也不会被损坏。在有 温度补偿时，其准确度能达±１．５％ＲＨ。 陶瓷湿度传感器，也有缺点。一个主要缺点是 要求再生和清洗。例如，多孔ＭｇＣｒ２ Ｏ４一Ｔ 固溶 尖晶石（３５ｍｄ％Ｔｉ０２）传感器就必须要进行定期的再 生和清洗。类似于高聚物型相对湿度传感器和多孔 Ｏ３湿度传感器的那样一些介电常数随湿度而变 化的湿度传感器，如多孔ＺｎＯ－Ｃｒ２０ 传感器，对污 染就不太敏感，因此不要求进行频繁的校准。 ７．４光纤湿度分析仪 这是一种新近开发出来的仪器，已在欧洲投放 市场。光纤用于湿度检测有以下优点：不受电磁干 扰、本质防爆、可实现远距离监测，可与光纤网络兼 容。这种仪器的灵敏度很高，稳定性也很高，还可选 择波长编码系统作为传输测量系统。这种仪器包括 传感探头和一台光学多色仪。传感探头是由放在光 纤末端的湿敏光学薄膜反射滤光片组成的。多色仪 是用来检测湿度与滤光片反射光谱关系的。 ８ 校准 湿度与水分测量的必不可少的一部份是对照标 准进行校准。只有少数仪器不需校准就能提供准 确、可靠的信息。大多数基准标准器都是由国家标 准实验室采用的，即所谓的“重量法湿度计”。这种 方法，是把某一重量的绝干气体与体积洽好相同的 试验气体的重量进行比较，以检测出水的量，计算出 水蒸气压。这种方法能够提供最准确的测量结果， 但其系统却非常笨重、非常昂贵，而使用起来又很费 时。有些国家实验室有这种重量法湿度计。不过、 都只把这种系统用于校准其他的用于日常校准的较 为方便快速的标准器，例如双压法湿度发生器、精密 冷凝露点湿度计或精心设计的干湿球湿度计。 ８．１溯源国家标准 大多数商品湿度测量仪器都附了表示工厂制造 时或装运时的准确度的校准报告。在大多数情况 下，它不能真实地反映仪器在现场使用的情况。用 户应该知道仪器在现场的技术性能方面的参数。溯 源的意思是将仪器用一级标准器或传递标准器进行 校准，还包括表示仪器与标准器或用作标准器的仪 器的偏差如何的校准报告。 ８．２校准标准器 在湿度测量方面，普遍接受的是，标准器就是能 按照温度、质量和压力这样一些基础单位产生已知 湿度的气流的一个系统或一个装置，或者是能用某 种基础方法用类似的基础单位测量气体湿度的一台 仪器。在许多国家已经建立的湿度标准器，采用了 不同的工作原理，如重量法湿度计，双压法湿度发生 器和其他装置。这些国家标准中，除了重量法湿度 计外的一些标准器可覆盖的大概范围，请看表１。 ８．３一级标准器 这些系统都依赖于基本原理和基础测量单位， 重量法湿度计就是这样一种装置。它测量气流中的 ３８・ 国外分析仪器２００２ ２ 湿度，足利用物理方法把水分从载气中分离出来，再 把它收集进储存容器中，接着称重，得出样气的混合 比：由此混合比计算出其他的湿度参数。这种方法 非常准确，但是麻烦而费时。重量法湿度计建造费 用昂贵：在低湿时，为了获得足够量的试样，需要工 ｂ．电解湿度计，特别适用于微量水分的测定； ｃ．干湿球湿度计，是过去使用的一种基本方 法。 ９ 应用 测量湿度有许多要求和各式各样的应用场所。 在过去４０年中，湿度测量的意识和需求在迅速增 加。现在，在节约成本和提高产品质量方面已显得 非常重要。 作许多个小时。因此，这不是一种适于日常使用的 有吸引力的系统。在湿度较低和准确度要求较低的 情况下，双压法和双温法湿度发生器和其他某些湿 度发生器常用来作为一级标准器。 表Ｉ非重量法国家标准器比较表 在面临湿度测量时，重要的决策是选择最合适 的传感器和测量方法。湿度可以用许多方法测量， 而且在市场上也可以找到许多精良的湿度仪器。然 而，却没有一种仪器能适用于所有的应用场所。假 如，把一种精良的仪器用于不适当的应用场所，那么 就将会得不到满意的结果。大多数湿度仪器的制造 商似乎都会给出比较客观的评价，但也会有少数制 造商会倾向于推销它们自己的产品，即使其产品并 不完全适合眼前的应用对象。因此，在考虑湿度测 量时，应仔细审查其应用场所，并与制造者或湿度专 ８．４传递标准器 家进行讨论。 李玉忠编译自Ｐａｐｅｒｓ ａｎｄ Ａｂｓｔｒａｃｔｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｔｈｉｒｄ Ｉｎｔｅｒ． ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｈｕｍｉｄｉｔｙ Ｅ Ｍｏｉｓｔｕｒｅ Ｖｏｌｕｍｅ Ｉ。３Ｏ７～ ３２２ 许多仪器都属此类。这些标准器都能提供优 良、稳定而可重现的测量结果，但是，如果使用不当， 就会得出不正确的结果，使用的商品仪器是： ｄｒ．冷凝露点湿度计，这大概是使用最广泛的传 递 准器； 王淑英审校 ＷＡＴＥＲ ＶＡＰｏＲ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ， ＭＥＴＨｏＤＳ ＡＮＤ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＡＴＩｏＮ Ｐｉｅｔｅｒ Ｒ．Ｗｉｅｄｅｒｈｏｌｄ。Ｗｉｅｄｅｒｈｏｌｄ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ｂｒｉｅｆ ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ａ ｂｒｏａｄ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｖａｐｏｒ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｓ ｏｆ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｌｉｋｅ：ｃｈｉｌｌｅｄ ｍｉｒｒｏｒ，ａｌｕｍｉｎｕｍ ｏｘｉｄｅ，ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ，ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ，Ｌｙｍａｎ—Ａｌｐｈａ，ａｎｄ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｈ３，ｇｒｏｍｅｔｅｒｓ，ｐｓｙｃｈｒｏｍｅｔｅｒｓ，ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｓｅｎｓｏｒｓ．Ａｌｓｏ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｉｓ ａ ｂｒｉｅｆ ｓｕｍｍａｒｙ ｏｆ ｔｙｐｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａ— ｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｖｅｒｙ ｂｒｉｅｆ ｓｕｍｍａｒｙ ｏｆ ａ ｒｅｃｅｎｔｌｙ ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｂｏｏｋ ｂｙ ｔｈｅ ＳＳＨ１ｅ ａｕｔｈｏｒ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ＳａｌＴｌｅ ｔｉｔｌｅ．
