对干湿球温湿度计影响因素分析

张懿

（上海市浦东新区计量质量检测所，上海 201201）

0 引言

由于机械式温湿度计的价格非常低廉，所以常常被用在实验室、库房、厂房、机房等一些对环境温湿度要求不是特别高的地方。机械式温湿度计是由温度和湿度两个测量部分组成，温度测量部分一般分为双金属温度计或玻璃液体温度计，湿度测量部分为毛发式或高分子腹膜游丝式和干湿表式[1]。依据JJG205-2005《机械式温湿度计检定规程》对其进行检定或校准，为了确保温湿度量值传递的准确可靠，以及应用时读数的准确性，下面根据在干湿球温湿度计检定工作过程中的一些问题进行探讨和研究。

1 干湿球温湿度计的工作原理

两支规格相同的玻璃液体温度计组成一个干湿球温湿度计，其感温液体分为水银和有机液体两种。两支温度计，一支为干球温度计，直接测量环境温度，另一支是湿球温度计，用来确定环境湿度。湿球温度计是用纱布将感温泡包裹起来，纱布另一端浸在盛有水的小盒子中，水分沿着纱布上升到感温泡部分，通过不断蒸发水分来带走周围的热量而降低湿球温度。空气中的含水量会影响湿球纱布中水分蒸发的速度，空气中含水量越高，水分蒸发速度越慢，湿球温度越高，干球与湿球的温差也越大[2]。利用干球温度计和湿球温度计的温度差之间的函数关系，可以确定环境湿度。

2 干湿球温湿度计的检定

根据规程，用于检定机械式温湿度计的主标准器一般为精密露点仪或通风干湿表，配套设备有温湿度检定箱、大气压力计、温湿度计和风速仪。在检定干湿球温湿度计时，箱内风速应不大于0.2m/s。将主标准器的探头置于温湿度检定箱工作区域的中心位置，被检干湿球温湿度计置于温湿度检定箱工作室的有效空间内，放置的方式与数量应不影响箱内的空气循环。在检定箱的温度或湿度达到设定值后，再稳定30min开始读数，并计算示值误差。

3 影响干湿球温湿度计示值误差的因素

3.1 干湿球温湿度计的固定

干湿球温湿度计上的两根玻璃温度计与普通的玻璃温度计不同，普通的玻璃温度计刻度线是刻在温度计表面的，而干湿球温湿度计的温度计表面没有刻度线，刻度线是固定在温度计的面板上。若固定扣松动，温度计上下移动，则两根温度计的读数就会出现巨大的误差，同时导致相对湿度也会有很大的误差。

所以，在检定时要先轻推温度计，看其是否牢固，若出现松动的情况，可按照规程要求判定干湿球温湿度计不合格，给检定结果通知书。若客户要求修理，则在告知客户修理风险的情况下，使用检定合格的干湿球温湿度计作为参考，将温度计固定住再进行检定。为防止发生类似的情况，可在每个检定合格的干湿球温湿度计的玻璃温度计与固定面板上用记号笔对其进行标记。

3.2 纱布、盛水盒与水对湿球温度的影响

由于干湿球温湿度计使用者和使用年限的不同，可能会遇到非原装的纱布。而通常规定的是用湿球纱布，或者医用脱脂纱布。出厂后的专用湿球纱布和医用脱脂纱布是已经去掉了油脂和尘埃的，而普通纱布没有特定的去油脂、消毒、蒸煮等工艺，所以会有一些杂质，阻碍水汽输送，最终造成干湿球温湿度计精度的下降。遇到许多送检的干湿球温湿度计的湿球上水套是用普通纱布，棉布条等，这势必会对湿度的测量有一定的影响。

除了纱布材质的不同，我们也经常遇到纱布已经硬化、发粘、发霉等影响上水套上水的情况。除了是纱布的原因，还与盛水盒中水的水质有关。规定的是使用蒸馏水，但许多人会用自来水代替。自来水中的矿物质较多，所以相同体积蒸馏水中的水分子含量比自来水中的更多，其饱和水汽压也比自来水的更大[3]。同样的，杂质多阻碍了自来水水汽的蒸发，造成了在相同表面积的情况下，自来水的蒸发率比蒸馏水的小，加重了湿球温度的偏差。

长期使用自来水替代蒸馏水，则纱布中的残留物就会一直累积，到了一定的时间，杂质越来越多，水分无法顺利传输到纱布的上部，就会形成断水层。断水层从感温泡的顶部慢慢往下降，直到感温泡底部，这时候测出的湿球温度与实际湿球温度就相差的非常大了，甚至会出现干球和湿球测出的温度是相同的，湿度达到100%RH的情况。

遇到这些不符合要求的纱布，我们在检定前要将客户的纱布去掉，清洗感温泡。有些湿球由于不规范使用的时间太久，感温泡表面已经有水垢，所以要把水垢也去除掉。用蒸馏水将感温泡洗干净，将湿球专用纱布或医用脱脂纱布包裹在玻璃温度计的感温泡上，使其贴在感温泡表面，纱布重叠的部分不超过感温泡表面的1/4。再用纱线将高出感温泡和感温泡下面的纱布分别扎好，但不宜过紧，过紧会使水分供应缓慢，供水不足，造成湿球读数偏高，过松则使纱布不能很好的紧贴感温泡，也会造成湿球温度的误差。检定或校准结束后还要提醒客户回去使用的时候要使用蒸馏水和医用脱脂纱布，若没有蒸馏水，可使用冷开水，一旦出现上水性差、纱布发霉等情况，就要立即更换纱布。在一些环境条件不好，灰尘较大的库房，要勤换纱布。

3.3 风速和平衡时间的影响

干湿球法测量湿度的计算公式为：

式中：ew为湿球温度计下的饱和水汽压，kPa；es为干球温度计下的饱和水汽压，kPa；ts为干球温度，℃；tw为湿球温度，℃；A为干湿球系数，℃-1；P为气体总压力，一般为101325Pa。

式（1）中干湿球系数的计算公式为：

式中：v为空气流过湿球四周的速度，m/s。

根据式（2）可以看出，当空气流过湿球四周的速度越大，A值变化越小；空气流过湿球四周的速度越小，A值变化越大。

JJG205-2005《机械式温湿度计检定规程》中对检定对象为干湿球温湿度计时，温湿度检定箱内的风速应不大于0.2m/s，272-A型的干湿球温湿度计在设计的时候，风速为0.12m/s。有实验证明，干湿球温湿度计的示值随风速的增大而减小，并且风速对低湿的影响程度远大于对高湿的影响程度[6]。风速为0.1m/s时最接近设计风速，测量精度较高；风速为0.2m/s时，示值低，但误差仍在允许范围内。

在我们检定272-A型干湿球温湿度计时发现，设定温度为20℃时，湿度分别设定为40%RH、60%RH和80%RH，标准器温度的读数不变，但是272-A型的温度读数会随着湿度的上升而有所上升，随着温度的下降而有所下降。虽然变化的幅度不大，却会影响最终的湿度计算结果。这可能是低湿时候湿球蒸发吸收了更多的热量，从而造成局部温度的降低[4]。

所以，我们在检定干湿球温湿度计时，不能将干湿球温湿度计与其他温湿度计排列过于紧密，应适当给出一些间距。同时，增加平衡时间。在检定工作的过程中发现，需要将平衡时间从规程规定的时间设定值再增加1小时以上。将这两种方法运用后，会降低湿球蒸发水汽时吸收两边热量的影响。

3.4 相对湿度查算表的计算

不管什么类型的干湿球温湿度计在读数完成后，都要通过干球温度计和湿球温度计的读数来计算差值后查表或查计算尺来得到相对湿度。但是由于感温介质的不同，感温泡的形状和大小的不同，型号规格的不同，工艺的好坏，即便是干球、湿球的温度都相同的两个干湿球温湿度计，在不同的查算表和计算尺上得到的结果也会不同。

为了方便客户日后的读数和使用，对于类似272-A型的干湿球温湿度计，我们在检定的过程中要对每一台的湿度部分单独计算。但是类似272屋型的干湿球温湿度计，其中间的滚筒状查算表，是利用干球温度计示值与湿球温度计示值之间的差值进行查表的。若干球和湿球的温度示值之差不是整刻度或者查算表上已有的刻度，现在许多检定员是采用“四舍五入”的原则进行计算[5]。有研究指出，这种“四舍五入”的原则会造成一定的误差，而导致被检仪器的误判，存在较大的问题[6]。另外，这类滚筒式的查算表经常会有前后左右的松动，不同角度看到的读数也不同，这里人员的读数所产生的误差会比较大。

4 结语

干湿球温湿度计应用广泛，为确保温度和湿度的量值准确统一可靠，在使用中和检定中要注意保持良好的工作习惯和规范的检定方式。收到样品时先要查看两根玻璃温度计是否松动，湿球上水套所使用的纱布是否符合要求。定期对作为标准器的温湿度检定箱进行检定，看其温度和湿度是否检定合格，风速是否符合规程要求。注意读取干湿球温湿度计的湿度时，要用自带的湿度查算表或计算尺。避免由于工作上的偷懒或大意而导致对干湿球温湿度计的误判，影响使用，损害客户的利益。现在也有企业在研究采用“互联网+”技术设计的检验环境温湿度检测系统，以后可以实现度温湿度数据的实时监测和远程传输，可以在一定程度上减少人员带来的误差[7]。