温湿度计工作原理及校准方法的讨论

　　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。