對(duì)干濕球溫濕度計(jì)影響因素分析

張懿

（上海市浦東新區(qū)計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)所，上海 201201）

0 引言

由于機(jī)械式溫濕度計(jì)的價(jià)格非常低廉，所以常常被用在實(shí)驗(yàn)室、庫(kù)房、廠房、機(jī)房等一些對(duì)環(huán)境溫濕度要求不是特別高的地方。機(jī)械式溫濕度計(jì)是由溫度和濕度兩個(gè)測(cè)量部分組成，溫度測(cè)量部分一般分為雙金屬溫度計(jì)或玻璃液體溫度計(jì)，濕度測(cè)量部分為毛發(fā)式或高分子腹膜游絲式和干濕表式[1]。依據(jù)JJG205-2005《機(jī)械式溫濕度計(jì)檢定規(guī)程》對(duì)其進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)，為了確保溫濕度量值傳遞的準(zhǔn)確可靠，以及應(yīng)用時(shí)讀數(shù)的準(zhǔn)確性，下面根據(jù)在干濕球溫濕度計(jì)檢定工作過(guò)程中的一些問(wèn)題進(jìn)行探討和研究。

1 干濕球溫濕度計(jì)的工作原理

兩支規(guī)格相同的玻璃液體溫度計(jì)組成一個(gè)干濕球溫濕度計(jì)，其感溫液體分為水銀和有機(jī)液體兩種。兩支溫度計(jì)，一支為干球溫度計(jì)，直接測(cè)量環(huán)境溫度，另一支是濕球溫度計(jì)，用來(lái)確定環(huán)境濕度。濕球溫度計(jì)是用紗布將感溫泡包裹起來(lái)，紗布另一端浸在盛有水的小盒子中，水分沿著紗布上升到感溫泡部分，通過(guò)不斷蒸發(fā)水分來(lái)帶走周圍的熱量而降低濕球溫度?？諝庵械暮繒?huì)影響濕球紗布中水分蒸發(fā)的速度，空氣中含水量越高，水分蒸發(fā)速度越慢，濕球溫度越高，干球與濕球的溫差也越大[2]。利用干球溫度計(jì)和濕球溫度計(jì)的溫度差之間的函數(shù)關(guān)系，可以確定環(huán)境濕度。

2 干濕球溫濕度計(jì)的檢定

根據(jù)規(guī)程，用于檢定機(jī)械式溫濕度計(jì)的主標(biāo)準(zhǔn)器一般為精密露點(diǎn)儀或通風(fēng)干濕表，配套設(shè)備有溫濕度檢定箱、大氣壓力計(jì)、溫濕度計(jì)和風(fēng)速儀。在檢定干濕球溫濕度計(jì)時(shí)，箱內(nèi)風(fēng)速應(yīng)不大于0.2m/s。將主標(biāo)準(zhǔn)器的探頭置于溫濕度檢定箱工作區(qū)域的中心位置，被檢干濕球溫濕度計(jì)置于溫濕度檢定箱工作室的有效空間內(nèi)，放置的方式與數(shù)量應(yīng)不影響箱內(nèi)的空氣循環(huán)。在檢定箱的溫度或濕度達(dá)到設(shè)定值后，再穩(wěn)定30min開(kāi)始讀數(shù)，并計(jì)算示值誤差。

3 影響干濕球溫濕度計(jì)示值誤差的因素

3.1 干濕球溫濕度計(jì)的固定

干濕球溫濕度計(jì)上的兩根玻璃溫度計(jì)與普通的玻璃溫度計(jì)不同，普通的玻璃溫度計(jì)刻度線是刻在溫度計(jì)表面的，而干濕球溫濕度計(jì)的溫度計(jì)表面沒(méi)有刻度線，刻度線是固定在溫度計(jì)的面板上。若固定扣松動(dòng)，溫度計(jì)上下移動(dòng)，則兩根溫度計(jì)的讀數(shù)就會(huì)出現(xiàn)巨大的誤差，同時(shí)導(dǎo)致相對(duì)濕度也會(huì)有很大的誤差。

所以，在檢定時(shí)要先輕推溫度計(jì)，看其是否牢固，若出現(xiàn)松動(dòng)的情況，可按照規(guī)程要求判定干濕球溫濕度計(jì)不合格，給檢定結(jié)果通知書。若客戶要求修理，則在告知客戶修理風(fēng)險(xiǎn)的情況下，使用檢定合格的干濕球溫濕度計(jì)作為參考，將溫度計(jì)固定住再進(jìn)行檢定。為防止發(fā)生類似的情況，可在每個(gè)檢定合格的干濕球溫濕度計(jì)的玻璃溫度計(jì)與固定面板上用記號(hào)筆對(duì)其進(jìn)行標(biāo)記。

3.2 紗布、盛水盒與水對(duì)濕球溫度的影響

由于干濕球溫濕度計(jì)使用者和使用年限的不同，可能會(huì)遇到非原裝的紗布。而通常規(guī)定的是用濕球紗布，或者醫(yī)用脫脂紗布。出廠后的專用濕球紗布和醫(yī)用脫脂紗布是已經(jīng)去掉了油脂和塵埃的，而普通紗布沒(méi)有特定的去油脂、消毒、蒸煮等工藝，所以會(huì)有一些雜質(zhì)，阻礙水汽輸送，最終造成干濕球溫濕度計(jì)精度的下降。遇到許多送檢的干濕球溫濕度計(jì)的濕球上水套是用普通紗布，棉布條等，這勢(shì)必會(huì)對(duì)濕度的測(cè)量有一定的影響。

除了紗布材質(zhì)的不同，我們也經(jīng)常遇到紗布已經(jīng)硬化、發(fā)粘、發(fā)霉等影響上水套上水的情況。除了是紗布的原因，還與盛水盒中水的水質(zhì)有關(guān)。規(guī)定的是使用蒸餾水，但許多人會(huì)用自來(lái)水代替。自來(lái)水中的礦物質(zhì)較多，所以相同體積蒸餾水中的水分子含量比自來(lái)水中的更多，其飽和水汽壓也比自來(lái)水的更大[3]。同樣的，雜質(zhì)多阻礙了自來(lái)水水汽的蒸發(fā)，造成了在相同表面積的情況下，自來(lái)水的蒸發(fā)率比蒸餾水的小，加重了濕球溫度的偏差。

長(zhǎng)期使用自來(lái)水替代蒸餾水，則紗布中的殘留物就會(huì)一直累積，到了一定的時(shí)間，雜質(zhì)越來(lái)越多，水分無(wú)法順利傳輸?shù)郊啿嫉纳喜?，就?huì)形成斷水層。斷水層從感溫泡的頂部慢慢往下降，直到感溫泡底部，這時(shí)候測(cè)出的濕球溫度與實(shí)際濕球溫度就相差的非常大了，甚至?xí)霈F(xiàn)干球和濕球測(cè)出的溫度是相同的，濕度達(dá)到100%RH的情況。

遇到這些不符合要求的紗布，我們?cè)跈z定前要將客戶的紗布去掉，清洗感溫泡。有些濕球由于不規(guī)范使用的時(shí)間太久，感溫泡表面已經(jīng)有水垢，所以要把水垢也去除掉。用蒸餾水將感溫泡洗干凈，將濕球?qū)Ｓ眉啿蓟蜥t(yī)用脫脂紗布包裹在玻璃溫度計(jì)的感溫泡上，使其貼在感溫泡表面，紗布重疊的部分不超過(guò)感溫泡表面的1/4。再用紗線將高出感溫泡和感溫泡下面的紗布分別扎好，但不宜過(guò)緊，過(guò)緊會(huì)使水分供應(yīng)緩慢，供水不足，造成濕球讀數(shù)偏高，過(guò)松則使紗布不能很好的緊貼感溫泡，也會(huì)造成濕球溫度的誤差。檢定或校準(zhǔn)結(jié)束后還要提醒客戶回去使用的時(shí)候要使用蒸餾水和醫(yī)用脫脂紗布，若沒(méi)有蒸餾水，可使用冷開(kāi)水，一旦出現(xiàn)上水性差、紗布發(fā)霉等情況，就要立即更換紗布。在一些環(huán)境條件不好，灰塵較大的庫(kù)房，要勤換紗布。

3.3 風(fēng)速和平衡時(shí)間的影響

干濕球法測(cè)量濕度的計(jì)算公式為：

式中：ew為濕球溫度計(jì)下的飽和水汽壓，kPa；es為干球溫度計(jì)下的飽和水汽壓，kPa；ts為干球溫度，℃；tw為濕球溫度，℃；A為干濕球系數(shù)，℃-1；P為氣體總壓力，一般為101325Pa。

式（1）中干濕球系數(shù)的計(jì)算公式為：

式中：v為空氣流過(guò)濕球四周的速度，m/s。

根據(jù)式（2）可以看出，當(dāng)空氣流過(guò)濕球四周的速度越大，A值變化越小；空氣流過(guò)濕球四周的速度越小，A值變化越大。

JJG205-2005《機(jī)械式溫濕度計(jì)檢定規(guī)程》中對(duì)檢定對(duì)象為干濕球溫濕度計(jì)時(shí)，溫濕度檢定箱內(nèi)的風(fēng)速應(yīng)不大于0.2m/s，272-A型的干濕球溫濕度計(jì)在設(shè)計(jì)的時(shí)候，風(fēng)速為0.12m/s。有實(shí)驗(yàn)證明，干濕球溫濕度計(jì)的示值隨風(fēng)速的增大而減小，并且風(fēng)速對(duì)低濕的影響程度遠(yuǎn)大于對(duì)高濕的影響程度[6]。風(fēng)速為0.1m/s時(shí)最接近設(shè)計(jì)風(fēng)速，測(cè)量精度較高；風(fēng)速為0.2m/s時(shí)，示值低，但誤差仍在允許范圍內(nèi)。

在我們檢定272-A型干濕球溫濕度計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，設(shè)定溫度為20℃時(shí)，濕度分別設(shè)定為40%RH、60%RH和80%RH，標(biāo)準(zhǔn)器溫度的讀數(shù)不變，但是272-A型的溫度讀數(shù)會(huì)隨著濕度的上升而有所上升，隨著溫度的下降而有所下降。雖然變化的幅度不大，卻會(huì)影響最終的濕度計(jì)算結(jié)果。這可能是低濕時(shí)候濕球蒸發(fā)吸收了更多的熱量，從而造成局部溫度的降低[4]。

所以，我們?cè)跈z定干濕球溫濕度計(jì)時(shí)，不能將干濕球溫濕度計(jì)與其他溫濕度計(jì)排列過(guò)于緊密，應(yīng)適當(dāng)給出一些間距。同時(shí)，增加平衡時(shí)間。在檢定工作的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，需要將平衡時(shí)間從規(guī)程規(guī)定的時(shí)間設(shè)定值再增加1小時(shí)以上。將這兩種方法運(yùn)用后，會(huì)降低濕球蒸發(fā)水汽時(shí)吸收兩邊熱量的影響。

3.4 相對(duì)濕度查算表的計(jì)算

不管什么類型的干濕球溫濕度計(jì)在讀數(shù)完成后，都要通過(guò)干球溫度計(jì)和濕球溫度計(jì)的讀數(shù)來(lái)計(jì)算差值后查表或查計(jì)算尺來(lái)得到相對(duì)濕度。但是由于感溫介質(zhì)的不同，感溫泡的形狀和大小的不同，型號(hào)規(guī)格的不同，工藝的好壞，即便是干球、濕球的溫度都相同的兩個(gè)干濕球溫濕度計(jì)，在不同的查算表和計(jì)算尺上得到的結(jié)果也會(huì)不同。

為了方便客戶日后的讀數(shù)和使用，對(duì)于類似272-A型的干濕球溫濕度計(jì)，我們?cè)跈z定的過(guò)程中要對(duì)每一臺(tái)的濕度部分單獨(dú)計(jì)算。但是類似272屋型的干濕球溫濕度計(jì)，其中間的滾筒狀查算表，是利用干球溫度計(jì)示值與濕球溫度計(jì)示值之間的差值進(jìn)行查表的。若干球和濕球的溫度示值之差不是整刻度或者查算表上已有的刻度，現(xiàn)在許多檢定員是采用“四舍五入”的原則進(jìn)行計(jì)算[5]。有研究指出，這種“四舍五入”的原則會(huì)造成一定的誤差，而導(dǎo)致被檢儀器的誤判，存在較大的問(wèn)題[6]。另外，這類滾筒式的查算表經(jīng)常會(huì)有前后左右的松動(dòng)，不同角度看到的讀數(shù)也不同，這里人員的讀數(shù)所產(chǎn)生的誤差會(huì)比較大。

4 結(jié)語(yǔ)

干濕球溫濕度計(jì)應(yīng)用廣泛，為確保溫度和濕度的量值準(zhǔn)確統(tǒng)一可靠，在使用中和檢定中要注意保持良好的工作習(xí)慣和規(guī)范的檢定方式。收到樣品時(shí)先要查看兩根玻璃溫度計(jì)是否松動(dòng)，濕球上水套所使用的紗布是否符合要求。定期對(duì)作為標(biāo)準(zhǔn)器的溫濕度檢定箱進(jìn)行檢定，看其溫度和濕度是否檢定合格，風(fēng)速是否符合規(guī)程要求。注意讀取干濕球溫濕度計(jì)的濕度時(shí)，要用自帶的濕度查算表或計(jì)算尺。避免由于工作上的偷懶或大意而導(dǎo)致對(duì)干濕球溫濕度計(jì)的誤判，影響使用，損害客戶的利益?，F(xiàn)在也有企業(yè)在研究采用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)設(shè)計(jì)的檢驗(yàn)環(huán)境溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)，以后可以實(shí)現(xiàn)度溫濕度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程傳輸，可以在一定程度上減少人員帶來(lái)的誤差[7]。