[发明专利]“加法”湿度测量方法及其“加法”湿度测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及对物理学和化学所说的“绝对湿度”和“相对湿度”进行精确和快速测定的技术领域，涉及一种全新的湿度测量方法——“加法”湿度测量方法或工艺，及其按“加法”湿度测量方法所制造的“加法”湿度测量装置。 

背景技术

大气中气态水的含量在科技上通常定义为“大气绝对湿度”或“大气相对湿度”两种，其中，“大气相对湿度”简称“相对湿度”（RH）或“湿度”。人们通常所说的“湿度”（RH）就是指“大气相对湿度”，其物理意义为：大气中所含有水蒸气分压的度量值e与当时环境温度下地球海平面上的饱和水蒸气分压E的比值： 

RH% = e/E*100%   （公式1）。

“湿度”定义后的200多年来，发明了许多不同的测量技术，除了以体积膨胀原理测量的毛发式和双金属片式湿度仪之外还有以水蒸气的不同挥发速度原理来测定的双球式干湿湿度仪等不下二三十种，测量手段各异的测量方法。到目前为止，最方便又最经典的测定方法还是要算“冷镜式露点湿度仪”了。 

从上世纪70年代起，各种数字式电子湿度仪得到了广泛的应用，相对湿度成为大家所熟悉的大气参数。现有的电子湿度仪产品有：电容式、电阻式和薄膜电容式等多种类型，统称为电子式湿度传感器类产品。但是，这些产品由于电子湿敏元件本身的湿敏特性与相对湿度或绝对湿度的物理定义不相同，加上各种湿度传感器元器件老化等原因，所以这些电子类的湿度仪或湿敏传感器本身并不能直接地将湿度值独立地、直接地测定出来，而是需要“逐只”通过传统的、被视为湿度测量标准的“露点法冷镜式湿度仪”，进行湿度测量的“标准导入”。所述的“标准导入”，就是在电子式湿度仪出厂校准时或售后定期校准时，将各种电子式湿度仪“逐只”从称为“标准湿度发生器”的仪器所发生的标准湿度气体测得的电信号变量，按照由“冷镜式露点湿度仪”对“标准湿度发生器”校准得到的数值来调整、显示和表达，以“冷镜式露点湿度仪”所校准的湿度值作为各种电子湿度仪显示的标准值。 

这一过程是当前电子数字湿度仪生产和校验过程中不可或缺的工艺过程，叫做湿度测量仪的“标准传递”，其中由“冷镜式露点湿度仪”测得的湿度量值是“冷镜式露点湿度仪”的“导出标准”，各种数字式湿度仪将依照这个“导出标准”进行湿度输出量值的调整。 

在数字式电子湿度仪问世之前，各种测量“相对湿度”的设备是按照最常用且经典的测定方法“露点法”进行工作的。与其他可直接测量得到的大气参数，如温度、大气压强、风速等测量过程不同， 用“露点法”对“相对湿度”的测定，首先得到的是一个“间接”的温度参量“露点温度”，然后再从“露点温度”推算出水汽分压值e。因而，“露点法”是一种“间接”的湿度测量技术。 

 在物理学里定义“大气绝对湿度”是关于单位体积的空间里所包含的“水蒸汽”质量的实际数值，用g/L或Kg/m³作为度量单位，绝对湿度也可称为“水汽绝对密度”。但是，要将水蒸气从水蒸气与大气的混合物中完全地单独地提取出来直接测定水分的多少，是一件“十分”困难的事。直到如今这个完全提取水分的问题一直没有得到很好的解决。因此，自从“湿度”定义后的200多年以来，在科学和技术上一直采用各种“间接”的测量方法来解决“湿度测量”这个难题。 

所谓的“间接”测量是选择一个与“绝对湿度”变化相关联的参量，并用这个参量的变化规律来说明、代替或解释“湿度”的变化。 

由“气态方程”人们了解到，在一定温度T的空间V里，气体的压强P和气体的质量M有着严格的线性变化关系。所以200多年来，在几乎所有的“湿度”测量技术中都采用测量水蒸气的压强P的办法来替代难以提取、也难以精确测量到的水蒸气的质量M。 

对要求不高的“绝对湿度”的测定，之前是通过先用“露点法”测定得到相对的湿度值，然后再换算得到“绝对湿度”的。由于“相对湿度”的测定的精度本身不能超过±1%，因此转化到“绝对湿度”时的测量误差就越来越大，尤其是低湿度和高温环境对象的“绝对湿度”的测定和换算，其误差范围在理论上就可以高达±20%以上。 

目前的测湿手段，在“绝对湿度”的“直接”测定方面，主要有电解吸收法、饱和盐法、硫酸法等等。尽管这些“直接”测定的方法的精度都相当高，但是，它们都因为平衡或吸收过程的太慢而只能局限在各种实验室环境下应用，不能推广和在现场环境里得到普遍应用。