各種濕度露點(diǎn)測(cè)量方法及其優(yōu)缺點(diǎn)

儀器測(cè)量原理

濕度測(cè)量?jī)x器從原理上可分為冷鏡式、*吸收電解式、Al2O3電容式、薄膜電容式、電阻式、干濕球、機(jī)械式。其中*吸收電解式微水儀、Al2O3電容式露點(diǎn)儀一般用于低濕范圍的測(cè)量，而電阻式、干濕球、機(jī)械式濕度計(jì)只能用于相對(duì)濕度的測(cè)量，冷鏡式、薄膜電容式（Vaisala公司的）濕度計(jì)則不僅能用于低濕的測(cè)量，還能用于中高濕，即相對(duì)濕度的測(cè)量。上述各種原理的儀器各有其優(yōu)缺點(diǎn)。其中冷鏡式露點(diǎn)儀是zui準(zhǔn)確、zui可靠、zui基本的測(cè)量方法，被廣泛地用于標(biāo)準(zhǔn)傳遞，但其缺點(diǎn)是價(jià)格比較昂貴，并需要有經(jīng)驗(yàn)的人操作及保養(yǎng)。

1.1冷鏡式露點(diǎn)儀

1.1.1 測(cè)量原理

被測(cè)濕氣進(jìn)入露點(diǎn)測(cè)量室時(shí)掠過(guò)冷鏡面，當(dāng)鏡面溫度高于濕氣的露點(diǎn)溫度時(shí)，鏡面呈干燥狀態(tài)，此時(shí)光電檢露裝置中光源發(fā)出的光照在鏡面上，幾乎*反射，由光電傳感器感應(yīng)到并輸出光電信號(hào)，經(jīng)控制回路比較、放大、驅(qū)動(dòng)熱電泵，對(duì)鏡面致冷。當(dāng)鏡面溫度降至濕氣露點(diǎn)溫度時(shí)，鏡面上開(kāi)始結(jié)露（霜），光照在鏡面上出現(xiàn)漫反射，光電傳感器感應(yīng)到的反射信號(hào)隨之減弱，此變化經(jīng)控制回路比較、放大后調(diào)節(jié)熱電泵激勵(lì)，使其制冷功率適當(dāng)減小，zui后，鏡面溫度保持在樣氣露點(diǎn)溫度上。鏡面溫度由一緊貼在冷鏡面下方的鉑電阻溫度傳感器感應(yīng)，并顯示在顯示窗上。
 
目前世界上生產(chǎn)冷鏡式露點(diǎn)儀的公司，例如美國(guó)的GE、Edgetech、瑞士的MBW等公司均是采用這一原理，英國(guó)的MICHELL則是采用雙光路檢測(cè)系統(tǒng)，即同時(shí)對(duì)反射光及散射光進(jìn)行檢測(cè)，芬蘭Vaisala則是利用聲波作檢測(cè)系統(tǒng)。

在測(cè)量過(guò)程中，隨著溫度的降低，被測(cè)氣體中的水汽接近飽和狀態(tài)，由于引力作用，水分子吸附在鏡面上形成一層薄薄的水膜。這是形成露的*階段。當(dāng)鏡面溫度繼續(xù)下降時(shí)，水膜的厚度逐漸增加，這是形成露的第二階段。在這一階段內(nèi)，自由表面對(duì)水分子的引力與水膜的表面張力之間的力量對(duì)比開(kāi)始發(fā)生變化，后者的影響逐漸起支配作用。此時(shí)冷卻表面上的任何不穩(wěn)定的因素，例如鏡面上的微小傷痕等，都會(huì)使水膜縮聚成液滴。隨著鏡面溫度的進(jìn)一步下降，露滴開(kāi)始出現(xiàn)，通過(guò)顯微鏡可以看到孤立生長(zhǎng)而且分布不規(guī)則的露滴，然后露層以很快的速度在表面上擴(kuò)散，此時(shí)可以認(rèn)為液-汽平衡開(kāi)始，即達(dá)到露點(diǎn)。

1.1.2 結(jié)構(gòu)

1.1.2.1 鏡面

　　鏡面應(yīng)憎水，具有良好的導(dǎo)熱性，還要耐磨、耐腐蝕，光學(xué)性能好。在過(guò)去曾使用金做鏡面，目前則主要使用銠做鏡面。
1.1.2.2 鏡面致冷

　　在過(guò)去曾使用過(guò)機(jī)械致冷、液化氣體或干冰致冷、壓縮空氣致冷，目前zui常用的則是熱電致冷或熱電與機(jī)械致冷相結(jié)合（露點(diǎn)低于-60℃）。在本文中著重介紹熱電致冷。

熱電致冷又稱半導(dǎo)體致冷，帕爾貼致冷（來(lái)自其英文名稱Peltier）。其原理是當(dāng)有一股直流電通過(guò)由兩種不同的金屬組成的NP元件時(shí)，熱量會(huì)從一種金屬傳遞到另一種金屬，正好與熱電偶測(cè)溫相反。因此當(dāng)將帕爾帖的冷端與鏡面相連，其另一端作為散熱端時(shí)，便可將鏡面致冷。為了獲得不同程度的低溫可采用多級(jí)疊加的辦法。由美國(guó)GE公司給出的資料顯示，一般說(shuō)來(lái)，假如室溫為25℃時(shí)，一級(jí)致冷時(shí)，冷熱端溫差可達(dá)55℃，二級(jí)致冷時(shí)冷熱端溫差可達(dá)75℃，四級(jí)致冷時(shí)冷熱端溫差可達(dá)105℃，五級(jí)致冷時(shí)冷熱端溫差可達(dá)120℃。不同公司的產(chǎn)品其致冷量也會(huì)有稍許的不同。熱端溫度越高，致冷效率越高，冷熱端溫差越大。為了降低冷端的溫度，通常會(huì)采用風(fēng)冷、水冷及機(jī)械致冷來(lái)降低熱端的溫度。但也不是可以無(wú)限制地降低。需要注意的是其致冷能力并不能代表露點(diǎn)儀的測(cè)量范圍。露點(diǎn)儀的測(cè)量范圍的定義是鏡面上可以獲得穩(wěn)定的，具有一定厚度的露或霜層時(shí)鏡面的溫度，因此在一般的露/霜點(diǎn)下，其測(cè)量范圍一般比其致冷能力高5℃，在低霜點(diǎn)的情況下，一般高10℃~12℃。例如瑞士MBW公司生產(chǎn)的DP19露點(diǎn)儀，當(dāng)室溫為10℃時(shí)，其zui低測(cè)量范圍為-60℃，當(dāng)室溫為20℃時(shí)，其zui低測(cè)量范圍為-55℃，當(dāng)室溫為35℃時(shí)，其zui低測(cè)量范圍為-45℃。由于氫氣及氦氣的熱導(dǎo)率較高，因此其測(cè)量范圍會(huì)縮小幾度。當(dāng)被測(cè)氣體的壓力增大，其測(cè)量范圍也會(huì)縮小，對(duì)于空氣和氮?dú)鈦?lái)說(shuō)，在高于常壓的情況下，每增加1個(gè)大氣壓，其測(cè)量范圍降低0.67℃左右。

1.1.2.3 測(cè)溫裝置

目前絕大部分采用四線制鉑電阻測(cè)溫。鉑電阻感溫元件在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)阻值　和溫度近于線性關(guān)系，精度高，穩(wěn)定性好，輸出信號(hào)較強(qiáng)，便于數(shù)字顯示。

1.1.2.4 檢測(cè)系統(tǒng)

目前除芬蘭Vaisala公司zui近研制生產(chǎn)的冷鏡式露點(diǎn)儀是采用聲波原理來(lái)測(cè)量外，其它均是采用光電檢測(cè)器來(lái)測(cè)量及控制。光電檢測(cè)技術(shù)已有幾十年的歷史，比較成熟，但其缺點(diǎn)是不能區(qū)分過(guò)冷水和霜。

1.1.3使用注意事項(xiàng)

1.1.3.1過(guò)冷水與霜

在0~-20℃這一范圍內(nèi)，鏡面上極易形成過(guò)冷水，由于冰面和水面上的飽和水汽壓不同，因此假如在鏡面上形成過(guò)冷水，測(cè)得的數(shù)值要低于霜點(diǎn)，溫度不同，差別也不同。例如霜點(diǎn)為-10℃時(shí)，對(duì)應(yīng)的過(guò)冷水的溫度為-11.23℃。因此在這一溫度段要非常小心。若儀器配有內(nèi)窺鏡，可通過(guò)內(nèi)窺鏡進(jìn)行觀察區(qū)分。目前大部分儀器都有test的功能，即測(cè)試其zui低致冷能力，此時(shí)可先使用test功能，使鏡面溫度低于-20℃，確保鏡面上形成霜，然后再進(jìn)行正式測(cè)量。

1.1.3.2 開(kāi)爾文效應(yīng)

曲面上的飽和水汽壓與平面上的情況是不同的。當(dāng)露在金屬表面上形成時(shí)，由于表面張力的作用，使平衡水汽壓，即彎曲水面的飽和水汽壓升高，這種影響稱為開(kāi)爾文效應(yīng)。由于開(kāi)爾文效應(yīng)使得到的露點(diǎn)溫度低于真正的被測(cè)氣體的露點(diǎn)溫度。
1.1.3.2拉烏爾效應(yīng)

是指鏡面上存在水溶性物質(zhì)時(shí)，體系的平衡水汽壓低于純水時(shí)的飽和水汽壓。這些水溶性物質(zhì)可能是鏡面上固有的，或者是被測(cè)氣體中含有的。根據(jù)拉烏爾定律，溶液平衡水汽壓的降低與溶液濃度成正比，這也是為什么在達(dá)到被測(cè)氣體的露點(diǎn)溫度之前會(huì)有早期冷凝現(xiàn)象發(fā)生的原因。

開(kāi)爾文效應(yīng)與拉烏爾效應(yīng)作用剛好相反，因此會(huì)抵消一些。但是在露點(diǎn)測(cè)量中，拉烏爾效應(yīng)的影響較開(kāi)爾文效應(yīng)更為顯著，因?yàn)樗苄晕镔|(zhì)不可避免地或多或少存在于鏡面和被測(cè)氣體中，而且氣體中的雜質(zhì)有時(shí)還可能與鏡面上的不溶于水的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或光化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為可溶性物質(zhì)。這種情況在工業(yè)流程氣體的水分測(cè)量中更為明顯。因此要采用適當(dāng)?shù)倪^(guò)濾裝置除去氣體中的固體微粒，并且通過(guò)反復(fù)進(jìn)行結(jié)露和消露的操作，進(jìn)一步清除鏡面上殘留的可溶性物質(zhì)，這種方法為人們廣泛使用。

在實(shí)際工作中，我們常常會(huì)發(fā)現(xiàn)，鏡面上開(kāi)始結(jié)露時(shí)并不是均勻的，露層總是首先在鏡面某個(gè)區(qū)域上出現(xiàn)，其原因往往是由于鏡面上的劃痕引起的，因?yàn)樵谶@些有缺陷的地方，一方面殘留的物質(zhì)不易清除，另一方面缺陷的棱角起“露核”的作用，加速結(jié)露過(guò)程。因此，在露點(diǎn)儀的使用中，尤其是在清潔鏡面時(shí)，一定要小心，避免使鏡面受到機(jī)械損傷。

1.1.3.3 鏡面污染

一是拉烏爾效應(yīng)，二是改變鏡面本底散射水平。拉烏爾效應(yīng)主要是由水溶性物質(zhì)造成的。如果被測(cè)氣體中這種物質(zhì)（一般是可溶性鹽類），則鏡面提前結(jié)露，使測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生正偏差。若污染物是不溶于水的微粒，如灰塵等，則會(huì)增加本底的散射水平，從而使光電露點(diǎn)儀發(fā)生零點(diǎn)漂移。

1.1.3.4 取樣管路

由于大氣中的水含量都很高，并且水分子為極性分子，極易吸咐在管路內(nèi)壁或透過(guò)管路。因此在測(cè)量時(shí)氣路系統(tǒng)一定要密封好，管壁厚度至少為1mm，以防止外界環(huán)境水分侵入引入滲漏。假如測(cè)量環(huán)境溫度變化較大時(shí)，應(yīng)再次檢查管路的密封。

如果被測(cè)氣體直接排放入大氣，應(yīng)考慮大氣中的水分向測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部擴(kuò)散的問(wèn)題。zui常用的辦法是在排氣口接上一段適當(dāng)長(zhǎng)度的管子，其長(zhǎng)度和管徑以不影響測(cè)量腔的壓力為原則。

取樣管路要盡量短，盡可能減少接頭的數(shù)量和避免“死空間”，以減少本底水分的干擾。

取樣管路和測(cè)量腔內(nèi)壁力求干凈，光潔度要好，選用憎水性強(qiáng)的材料。圖2-2是各種材料在飽和吸附狀態(tài)下通以干氣時(shí)的解吸－時(shí)間曲線。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們可以得到如下選材順序：不銹鋼、PTFE、銅、聚乙烯，zui差的是尼龍和橡膠管，在低霜點(diǎn)測(cè)量中不應(yīng)使用。另外在低霜點(diǎn)測(cè)量時(shí)，盡管使用內(nèi)拋光的不銹鋼管，管子外徑一般為6mm或1/4英寸。

在進(jìn)行高露點(diǎn)的測(cè)量時(shí)，一定要注意被測(cè)露點(diǎn)低于周圍環(huán)境溫度3℃以下，以避免水蒸氣在管路中出現(xiàn)冷凝。

露點(diǎn)儀測(cè)量濕度時(shí)，流量范圍一般為0.25L/min~1L/min。在這一范圍內(nèi)，流速的改變不會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。

取樣時(shí)一般可分為兩種情況，一種是帶壓取樣，此時(shí)根據(jù)取樣方式的不同，可分為帶壓測(cè)量和常壓測(cè)量。分別見(jiàn)圖2-3及圖2-4。另一種是在常壓下測(cè)量，即用泵抽取樣品。在這種情況下，經(jīng)常會(huì)由于取樣方式的不同，而帶來(lái)人為的正壓和負(fù)壓，若按圖2-5所示的方式取樣，露點(diǎn)儀是在帶壓的情況下測(cè)量，會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)正誤差，若將泵與流量計(jì)調(diào)換位置，露點(diǎn)儀則是在負(fù)壓的狀態(tài)下，此時(shí)會(huì)給測(cè)量帶來(lái)負(fù)誤差。正確的取樣方式見(jiàn)圖2-6。

1.1.4 應(yīng)用范圍

露點(diǎn)儀的測(cè)量范圍較廣，目前英國(guó)MICHELL及瑞士MBW公司開(kāi)發(fā)的一系列露點(diǎn)儀的測(cè)量范圍已達(dá)到-95℃~70℃，可以滿足絕大多數(shù)的測(cè)量要求。

1.1.5 優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：屬基本測(cè)量，測(cè)量準(zhǔn)確，并且儀器比較穩(wěn)定無(wú)漂移，目前準(zhǔn)確度zui高的儀器可達(dá)±0.1℃。

缺點(diǎn)：價(jià)格較高，對(duì)操作人員的要求較高，并需進(jìn)行維護(hù)。對(duì)污染物敏感。在-20℃~0℃范圍內(nèi)有時(shí)會(huì)有過(guò)冷水存在，因此要特別小心區(qū)分過(guò)冷水和霜?！?/span>

1.2 *吸收電解法微量水份儀

1.2.1 測(cè)量原理

　　用連續(xù)取樣的方法，使氣樣流經(jīng)一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)的電解池，其水分被作為吸濕劑的五氧化二磷層吸收，并被電解為氫氣和氧氣排出，而五氧化二磷得以再生。反應(yīng)過(guò)程可表示為：
P2O5+H2O=2HPO3
2HPO3=H2+1/2O2+P2O5
合并(1)、(2)得
2H2O=2H2+O2
當(dāng)吸收和電解達(dá)成平衡后，進(jìn)入電解池的水分全部被五氧化二磷膜層吸收，并全部被電解。若已知環(huán)境溫度、環(huán)境壓力和氣樣流量，根據(jù)法拉第電解定律和氣體定律可推導(dǎo)出水的電解電流與氣樣含水量之間的關(guān)系為：
                                         　　　　　　?。ü?4）
式中： -水的電解電流，µA；
-氣樣含水量，µL/L（即體積比）；
-氣樣流量，ml/min；
-環(huán)境壓力，Pa；
 
-環(huán)境的溫度，k；
。
由上式可見(jiàn)，電解電流的大小正比于氣樣中的含水量，因此可通過(guò)測(cè)量水的電解電流來(lái)測(cè)量氣樣中的含水量。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和20℃條件下，一理想氣體以100ml/min的流量流經(jīng)電解池，當(dāng)氣樣含水量為1μL/L （ppmv）時(shí)，由上式計(jì)算出電解電流為13.4µA。這類儀器一般以ppmv為單位，可直接讀取氣樣中水分含量的ppmv值。
由于鉑電極的催化作用，水的電解反應(yīng)系一可逆過(guò)程，所以當(dāng)被測(cè)氣樣為氫氣、氧氣或含有足量的氫氧時(shí)，平衡向左移動(dòng)，已經(jīng)電解生成的氫和氧中有一部分復(fù)合生成水，繼而又進(jìn)行二次電解，使總的電解電流值偏高，此即“氫效應(yīng)”和“氧效應(yīng)”，或統(tǒng)稱“復(fù)合效應(yīng)”。實(shí)驗(yàn)表明，使用該儀器測(cè)定這一類氣樣的含水量時(shí)，讀數(shù)將偏高幾個(gè)至十幾個(gè)ppmv，但此偏差集中反應(yīng)在本底值上，故可以扣除。

1.2.2 結(jié)構(gòu)

    儀器由氣路系統(tǒng)和電路兩部分組成，氣路系統(tǒng)主要包括電解池和氣路控制部分。

1.2.2.1 電解池

在玻璃管內(nèi)部，兩根鉑電極繞成雙螺旋形，極間均勻地涂敷五氧化二磷膜作為吸濕劑。在規(guī)定的測(cè)量條件下，這種內(nèi)繞式結(jié)構(gòu)可以保證對(duì)進(jìn)入池內(nèi)的水分全部吸收和電解。玻璃池壁利于五氧化二磷涂層均勻。由于鉑具有使生成的氫和氧，尤其是富氫的氣體再次發(fā)生反應(yīng)生成水的作用，因此有些公司采用銠來(lái)代替鉑。
     對(duì)于干燥的五氧化二磷涂層，當(dāng)通入“干燥”的氣樣，并在電極上施加一適當(dāng)?shù)闹绷麟妷簳r(shí)，電路中將產(chǎn)生一個(gè)不大的電流－本底值。本底值的大小僅與電解池結(jié)構(gòu)、 涂層狀況、溫度及氣樣種類等因素有關(guān)，而與氣樣含水量無(wú)關(guān)。由于本底值總是又能加在氣樣所含水分的電解電流上，故測(cè)定時(shí)應(yīng)從儀器讀數(shù)中扣除本底值后方為介質(zhì)的真實(shí)含水量。

1.2.2.2 氣路控制系統(tǒng)

    氣路系統(tǒng)由控制閥、電解池、流量調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)、干燥器等部分組成。氣流路徑的控制由控制閥完成。

1.2.3 使用注意事項(xiàng)

    由公式12可知，測(cè)量結(jié)果，即氣體的濕度μL/L （ppmv）是根據(jù)氣體流量及電解電流計(jì)算得出來(lái)的，因此氣體的流量必須準(zhǔn)確控制與測(cè)量。這類儀器一般使用浮子流量計(jì)，在20℃，1atm下，用空氣進(jìn)行標(biāo)定。假如使用時(shí)的條件不是標(biāo)準(zhǔn)條件，例如是在另外的溫度和壓力下，或被測(cè)氣體不是空氣，則需針對(duì)被測(cè)氣體進(jìn)行重新標(biāo)定，或根據(jù)校正因子進(jìn)行校正。

1.2.4 應(yīng)用范圍

測(cè)量范圍一般為從幾個(gè)μL/L （ppmv）到2000μL/L （ppmv），準(zhǔn)確度一般為讀數(shù)的5%或滿量程的1%?？梢杂糜诙喾N惰性氣體，某些不與P2O5反應(yīng)的有機(jī)及無(wú)機(jī)氣體。例如空氣、氮?dú)狻錃?、氧氣、氬氣、氦氣、氖氣、一氧化碳、二氧化碳、六氟化硫、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、天然氣以及某些氟里昂氣體等。不能用于某些腐蝕性氣體以及能與P2O5發(fā)生反應(yīng)的氣體，例如乙醇、某些酸性氣體、不飽和烴類氣體。

1.2.5 優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：屬測(cè)量法，穩(wěn)定，不漂移。

缺點(diǎn)：電解池壽命有限，需要再生。高濕或低濕（<1ppmv）均會(huì)縮短其壽命。低濕時(shí)響應(yīng)慢。對(duì)氣體流量要求較高。不能用于某些腐蝕性氣體以及能與P2O5發(fā)生反應(yīng)的氣體。有本底。
 

1.3 氧化鋁電容式濕度計(jì)

1.3.1 測(cè)量原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用范圍

該儀器形式繁多，例如便攜式電池操作的、帶微處理器可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的、顯示多參數(shù)的等等。但其本質(zhì)是一個(gè)電容器，通過(guò)將一薄層孔狀的氧化鋁沉積在導(dǎo)電的基體上，然后再在氧化鋁薄層上涂敷一層薄金。導(dǎo)電基體和金薄層就形成電容器的電極。水蒸氣穿過(guò)金薄層被孔狀的氧化鋁吸收，這個(gè)電容器的阻抗與水分子個(gè)數(shù)，即水汽分壓成一定的比例。通過(guò)測(cè)量該電容器的阻抗或電容可獲得水汽分壓，通過(guò)換算可得到露點(diǎn)值。結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2-7。

位于鋁和金電極之間的氧化鋁薄層在10-3Pa(約相當(dāng)于-110℃露點(diǎn))到水的飽和汽壓的整個(gè)范圍內(nèi)都有響應(yīng)。由于其對(duì)水的強(qiáng)烈的親和力，再加上水的較大的介電常數(shù)，使得這類儀器對(duì)水有高度的選擇性，而對(duì)其它普通氣體及有機(jī)氣和液體沒(méi)有響應(yīng)。

    在中高濕范圍其準(zhǔn)確度一般為±1~±2℃，低濕范圍，比如-100℃時(shí)，準(zhǔn)確度一般為±2~±3℃。該類傳感器不與烴類氣體、CO、CO2、含氯氟烴氣體發(fā)生反應(yīng)，但對(duì)于不同的氣體其漂移不同。對(duì)于某些腐蝕性氣體，例如氨、SO3以及氯，則會(huì)損壞傳感器，因此應(yīng)盡量避免。

1.3.2 使用注意事項(xiàng)
這類儀器通常的測(cè)量范圍為-110℃~+20℃。當(dāng)被測(cè)露點(diǎn)較高時(shí)，會(huì)使得儀器產(chǎn)生較大的漂移。同時(shí)還需注意溫度系數(shù)。由于其對(duì)水汽分壓產(chǎn)生響應(yīng)，因此應(yīng)注意測(cè)量時(shí)氣體總壓的變化。

應(yīng)避免灰塵、油污，測(cè)量時(shí)氣體流量較大，一般為3~5（L/min），甚至更大。

1.3.3 優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：較寬的響應(yīng)范圍，從1μL/L（ppmv）到80%RH，可以遠(yuǎn)程安裝，可以現(xiàn)場(chǎng)使用，相對(duì)穩(wěn)定，響應(yīng)較快，溫度系數(shù)較小，與流量變化無(wú)關(guān)，對(duì)水分有較高的選擇性，可以在較寬的溫度和壓力范圍內(nèi)使用，日常維護(hù)量較小，體積小。
缺點(diǎn)：該方法是間接測(cè)量，在較高的溫度下操作或某些氣體會(huì)引起漂移，受腐蝕性氣體的影響，必須定期校準(zhǔn)以克服老化、滯后及污染。由于響應(yīng)值非線性，因此需對(duì)每只傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，不能通用。

1.4 薄膜電容式濕度計(jì)

1.4.1 測(cè)量原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用范圍

是使用沉積在兩個(gè)導(dǎo)電電極上的聚胺鹽或醋酸纖維聚合物薄膜。當(dāng)薄膜吸水或失水后，會(huì)改變兩個(gè)電極間的介電常數(shù)。目前還有一種技術(shù)是使用耐高溫的熱固性聚合物，可使得這類傳感器在高于100℃的情況下進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。 


1.       基體，一般為玻璃，主要作用是支撐傳感器的其它部分。
2.       電極中的一個(gè)，由導(dǎo)電材料做成。
3.       薄膜層。是傳感器的心臟，薄膜吸水的數(shù)量與周圍環(huán)境的相對(duì)濕度有關(guān)。這層膜的厚度一般為1~10(µm)。
4.       上部電極，對(duì)于傳感器的性能同樣起著重要作用。為了得到快速響應(yīng)，必須有較高的水的滲透性。同時(shí)也是導(dǎo)電性材料。
5.       上部電極的接觸墊。由于對(duì)上部電極的設(shè)計(jì)有較多的限制條件，因此為了接觸良好，需加上一塊單獨(dú)的金屬。
其測(cè)量范圍較廣，從-50℃~100℃露點(diǎn)。可用于較廣的溫度范圍內(nèi)，有時(shí)不需要溫度補(bǔ)償。耐高溫的熱固性樹(shù)脂允許這類電容式濕度傳感器可以在溫度185℃下進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，zui高使用溫度取決于傳感器的包裝材料。對(duì)于熱固性樹(shù)脂的傳感器來(lái)說(shuō)，其另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在-50℃~100℃溫度范圍內(nèi)，溫度系數(shù)較小，因此可以很容易地在很寬的范圍內(nèi)達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量。
所有的相對(duì)濕度傳感器都對(duì)溫度敏感，假如在一個(gè)溫度下進(jìn)行校準(zhǔn)，在另外溫度下使用時(shí)會(huì)帶來(lái)誤差。聚合物傳感器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是它們對(duì)溫度的依賴性較小，即溫度系數(shù)較小。因此當(dāng)使用溫度與校準(zhǔn)溫度不同時(shí)，其誤差較小。如果在極限溫度下使用，或?qū)?zhǔn)確度要求較高，則需進(jìn)行電子溫度補(bǔ)償。當(dāng)溫度跨度小于50℃時(shí)，進(jìn)行溫度補(bǔ)償較容易。當(dāng)溫度范圍再寬時(shí)，進(jìn)行溫度補(bǔ)償則有些困難。但是現(xiàn)代的聚合物傳感器可以在很窄的范圍內(nèi)準(zhǔn)確度達(dá)到±1%RH，在很寬的溫度和濕度范圍內(nèi)可以達(dá)到±3%RH。使用一段時(shí)間后，或被污染后，需進(jìn)行重新校準(zhǔn)。

1.4.2 優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)快，溫度及濕度測(cè)量范圍寬，線性好，幾乎沒(méi)有滯后，穩(wěn)定性及重復(fù)性較好，溫度系數(shù)低，成本低。

缺點(diǎn)：間接測(cè)量?jī)x器，需定期校準(zhǔn)，對(duì)某些污染物敏感，不能在腐蝕性的環(huán)境下工作；盡管很低，仍具有溫度依賴性。 
 

1.5 電阻式濕度計(jì)

1.5.1 測(cè)量原理及結(jié)構(gòu)

其敏感材料是以季銨鹽的聚合物溶液作基體，將這種功能基與樹(shù)脂聚合物進(jìn)行反應(yīng)，可以產(chǎn)生具有立體三維的熱固性樹(shù)脂，具有較好的穩(wěn)定性。相對(duì)濕度的變化可以導(dǎo)致陰極與陽(yáng)極之間的電阻發(fā)生變化。

1.5.2 優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：基本上沒(méi)有滯后和老化，溫度系數(shù)較低，便宜，能耗小。溫度范圍-10℃~80℃，重復(fù)性優(yōu)于0.5%RH，準(zhǔn)確度較高，一般為±2%RH，在很窄的范圍內(nèi)可達(dá)±1%RH。

缺點(diǎn)：是間接測(cè)量?jī)x器，需定期校準(zhǔn)，不適用于某些污染物，如果在較寬的溫度范圍內(nèi)使用需進(jìn)行溫度補(bǔ)償，比電容式傳感器響應(yīng)慢，對(duì)污染物敏感。不適用于低濕，相對(duì)濕度低于15%RH時(shí)喪失靈敏度，但當(dāng)相對(duì)濕度接近RH時(shí)仍具有較好的性能，但冷凝有時(shí)會(huì)損壞傳感器。

有些污染物對(duì)電阻式傳感器影響較大，有些則對(duì)電容式傳感器影響較大，因此選擇傳感器時(shí)主要是根據(jù)污染物的性質(zhì)。
 

1.6 機(jī)械式濕度計(jì)

1.6.1 測(cè)量原理及結(jié)構(gòu)

毛發(fā)、腸膜、尼龍和聚酰亞胺等有機(jī)高分子材料的長(zhǎng)度都會(huì)隨著相對(duì)濕度的變化而發(fā)生變化。機(jī)械式濕度計(jì)就是利用這一特性，將上述材料制成線狀、帶狀感濕元件或涂覆在彈性材料上卷成游絲狀感濕元件，然后通過(guò)機(jī)械放大裝置將由濕度改變引起的幾何量變化用指針指示出來(lái)或用記錄筆記錄下來(lái)，從而直接指示相對(duì)濕度。適用于實(shí)驗(yàn)室、機(jī)房、倉(cāng)庫(kù)、廠房等室內(nèi)環(huán)境溫濕度的測(cè)量。

1.6.2 優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：便宜，對(duì)大多數(shù)污染物不敏感，不需要電源，可以做*記錄。

缺點(diǎn)：漂移，如果在某一濕度下使用較長(zhǎng)的時(shí)間會(huì)喪失其靈敏度，不能用于0℃以下，響應(yīng)慢，運(yùn)輸或振動(dòng)搖擺會(huì)破壞其性能。

1.7 干濕球濕度計(jì)

1.7.1 原理

干濕球濕度計(jì)由兩支規(guī)格*相同的溫度計(jì)組成，一支稱為干球溫度計(jì)，溫泡暴露在被測(cè)氣體中，用以測(cè)量環(huán)境溫度，示值用Ta(ta)表示。另一支為濕球溫度計(jì)，其溫泡用特制紗布包裹，紗布套要保持濕潤(rùn)。當(dāng)濕球周圍的空氣處于不飽和狀態(tài)時(shí)，濕球紗布套上的水分就會(huì)不斷蒸發(fā)，由于水分蒸發(fā)需要吸收熱量，從而使?jié)袂虻臏囟认陆担涫局涤肨w(tw)表示。濕球水分蒸發(fā)的速度與其周圍氣體的水分含量有關(guān)，當(dāng)氣體濕度越低時(shí)，水分蒸發(fā)越快，濕球溫度亦越低，反之亦然。獲得準(zhǔn)確的干、濕球溫度后，借助于濕球方程換算出濕度值。    
由于其簡(jiǎn)單及低成本，在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，干濕球濕度計(jì)是使用zui多的一種類型。
一個(gè)設(shè)計(jì)及維護(hù)較好的濕度計(jì)，在溫度5℃~80℃范圍內(nèi)，若溫度準(zhǔn)確度為±0.2℃，相對(duì)濕度的準(zhǔn)確度約為±3%RH。這種原理的濕度計(jì)的準(zhǔn)確度依賴于溫度計(jì)的準(zhǔn)確度。對(duì)于某些的測(cè)量，經(jīng)常使用鉑電阻溫度計(jì)?？偲饋?lái)說(shuō)，干濕球濕度計(jì)是基本測(cè)量法，如果使用經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的溫度計(jì)，并且正確操作，例如阿斯曼濕度計(jì)，可以得到準(zhǔn)確的、可靠的、可重復(fù)的測(cè)量結(jié)果。因此在過(guò)去這種濕度計(jì)經(jīng)常被用做標(biāo)準(zhǔn)。但是許多操作者，特別是在工業(yè)領(lǐng)域，沒(méi)有足夠的精力和時(shí)間，因此得到的結(jié)果是不準(zhǔn)確的，也是不可靠的，目前干濕球濕度計(jì)正逐漸被現(xiàn)代儀器所代替。

1.7.2 優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)相對(duì)濕度接近RH時(shí)，可以得到較高的準(zhǔn)確度。盡管若濕球溫度計(jì)被污染或使用不當(dāng)時(shí)會(huì)帶來(lái)誤差，但由于該裝置比較簡(jiǎn)單，使得維修費(fèi)用非常低?？梢杂糜谑覝馗哂?00℃的場(chǎng)合，是基本測(cè)量，穩(wěn)定性好，簡(jiǎn)單，便宜，成本低。

缺點(diǎn)： 需要某些技巧以得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，并需要進(jìn)行計(jì)算才能得到zui終結(jié)果。要求大量的氣體樣品，并且氣體樣品有可能被濕紗布加濕。當(dāng)被測(cè)氣體的相對(duì)濕度低于15%RH時(shí)，要想使?jié)袂驕囟鹊玫阶銐虻慕档秃芾щy。當(dāng)濕球溫度低于0℃時(shí)，很難得到可靠的結(jié)果。由于要不斷地給濕球溫度計(jì)補(bǔ)充水，因此體積不可能太小。由于灰塵、油性物質(zhì)或其它污染物會(huì)污染紗布，或者水流動(dòng)不足，都會(huì)導(dǎo)致濕球溫度偏高，zui終導(dǎo)致的相對(duì)濕度結(jié)果偏高。另外對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響的因素還有溫度測(cè)量誤差、風(fēng)速、輻射誤差等。在20℃時(shí)，干濕球溫度差的誤差為0.1℃時(shí)，相對(duì)濕度的誤差為1%RH。