试验箱中的湿度测量 —— 问题解答

使用电容式聚合物传感器（有时称为电子 传感器）的优点之一是响应速度快、维护成 本低，并且传感器能够在较大的温度范围内 工作。

维萨拉 HUMICAP® 聚合物传感器可在温 度处于 -70 至 +180 °C 范围内的试验箱中 工作，因为此类传感器的功能不会因水的冰 点或沸点受到限制。

维萨拉 HUMICAP® 传感器具有良好的长期 稳定性，通常只需要每年校准一次。传感 器的预计使用寿命为 10 年或更长，因此 降低了总拥有成本。

该传感器不需要湿芯、供水、水箱或与这 些部件相关的服务。

HUMICAP® 传感器响应速度快，迟滞低， 因为相较于供水系统，它们能够很好地适应 温度变化，快速达到平衡。

维萨拉 HUMICAP® 薄膜聚合物传感器能 对水气做出响应，而水气在高于和低于水沸 点的温度条件下都会存在。但是，在高于沸 点的任何温度下，可能达到的最大相对湿 度值会受到物理限制。这可以使用以下湿度 理论来解释：

相对湿度的定义是：RH=Pw/Pws * 100%，其中 Pw 表示水汽压，Pws 表示随 温度而变的水蒸气饱和压力。

Pws 可从文献中检索，最高临界温度为 373.98 °C。蒸气压力 Pw 与温度无关， 只要 Pw 已知，就能确定高至临界温度范 围内的相对湿度。

在高于沸点的温度条件下，实际的相对湿 度值 (%RH) 会受到限制，因为水汽压不 会高于总压力。这意味着在高于水沸点的 条件下，未加压系统中的最大相对湿度始 终低于 100% RH，如图所示。

例如，在 120 °C 的温度条件下，最大 相对湿度是 51% RH。在已知饱和压力 Pws 近似 1.987 bar 的条件下，可以计 算出该值。在正常大气压 1.01325 bar 的条件下，可能达到的最高 Pw 也是 1.01325 bar。由此换算出的相对湿度是 51% RH，如表 1 所示。

其他湿度参数，例如露点温度，在未加压 系统中也会受到限制。例如，最大露点与沸 点相同，通常是 100 °C。

维萨拉 HUMICAP® 传感器已经过验证， 可在温度高达 180 °C 的未加压和加压条 件下进行湿度测量。

维萨拉湿度计算器是一款易于使 用的工具，可计算不同条件下的 湿度参数。 

建议将带有一段探头电缆的湿度探头安装 在试验箱内（见图 1），以确保整个探头与 试验箱空气的温度平衡。如果探头穿过箱 壁进行安装，并且探头尖端和末端之间存 在温差，可能会导致传感器与实际空气的 温度不相同。这意味着测量的 RH 值将会 不准确，甚至有出现冷凝的风险。例如，在 40 °C/95% RH 的试验箱中，即使探头 温度仅降低 1 °C，探头上也会出现冷凝。 由于试验箱外部房间内的温度传导现象， 这种温度效应很容易发生。见图 2。

• 首选水平安装方式，这使得探头上的水可以流走，而不是积聚在传感器上。
• 允许电缆弯曲或松弛
• 允许安装温度和压力配件
• 在探头安装区域周围使用隔热材料
• 确保安装点的空气流动在空间中具有代表性

1 = 进行密封处理 2 = 进行隔热处理 3 = 对电缆进行隔热 处理 4 = 让电缆保持松散悬挂状态。这可防止冷凝水顺着 电缆进入探头

用于试验箱测量的维萨拉湿度探头全部都 是完全密封的。探头电缆引线周围的密封 件也必须密封。维萨拉为此提供了不同的 配件。使用硅树脂材料是一种替代方法， 但这会导致难以拆卸和重新安装，并且在 有些情况下，由于在材料固化过程中发生 化学物质挥发，可能会导致测量漂移。

图 2

在设计探头安装时，还应考虑湿度现场校 准。如果要使用盐浴校准仪，如维萨拉湿 度校准仪 HMK15，则探头应有足够长的 电缆伸入箱内，以便将探头插入校准仪。

试验箱壁或电缆引线密封件所使用的一些 密封材料会导致湿度漂移、响应时间增加 以及湿度仪器发生迟滞。密封材料固化过 程中发生化学物质蒸发时，就会产生这种 情形。例如，普通家用品质的硅酮密封胶在 固化过程中会释放乙酸或甲醇，因此应避 免使用。但好在该效应可逆，一旦这些物质 停止挥发，该效应就会消失。温度越高，恢 复到原始传感器特性的速度越快。

建议在这些材料固化后再安装湿度仪器。 如果不可行，在密封材料固化时，可使用 维萨拉湿度探头随附的黄色保护帽保护传 感器。

如果在极度干燥的条件下使用试验箱，务 必要注意，一些密封材料会吸收湿气并充 当湿气缓冲剂。即使该等材料的用量很少， 也会延长试验箱的干燥时间。

许多不同的材料均在试验箱中进行测 试和老化。有些材料释放的化学物质可 能会影响湿度传感器的准确度。在常规 HUMICAP®的性能受条件影响时，维萨拉 可以为仪器提供传感器清除功能，定期加 热湿度传感器以清除化学污染物。在配备 传感器清除功能的设备中，几乎不会发生 因不合适的密封材料或其他材料挥发气体 而引起漂移的情况。

如果仪器未配备传感器清除功能，可通过 将试验箱手动加热至 160 °C 并持续一小 时来进行恢复。这通常足以清除传感器中 的大多数常见污染物。

通过选择合适的测量技术以及定期对所 安装的传感器进行校准，可以长期维护 良好的测量性能。

为帮助解决该问题，维萨拉提供了多种方 法对试验箱仪器进行校准和调整，包括 HMK15 盐浴校准套件、Insight PC 接 口软件以及我们的便携式 HM70 温湿度 仪表。

现场校准的理想解决方案是将 HMK15 套件与 HM70 便携式仪表结合使 用。HM70 仪表用作参考，并提供固定 仪器的可追溯校准，而 HMK15 套件可用 于在多个相对湿度点进行校准。工厂校准 服务选项也有助于优化测量准确度。

在更高湿度/更高温度条件下进行测试 的需求越来越普遍。在许多情况下，85% RH/85 °C 的标准测试条件现在已提 升到了 90% RH/90 °C，甚至是 95% RH/95 °C。使用维萨拉 HMM170 中特 有的加热探头技术则可以实现准确测量。 对探头本体加热会降低传感器感应到的 相对湿度，避免发生冷凝，并能在接近 100% RH 的情况下进行可靠测量。