CN102607981B - “加法”湿度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全新的湿度测量方法-“加法”湿度测量方法以及按该方法制造的湿度测量装置；所述测量方法是通过对一定量的样本气体先行“加”温，然后再“加”湿，精确测定“加湿”过程中每一时段和全时段的加湿量、求出被测气体的原始绝对湿度及相对湿度的测定方法；而所述的“加法”湿度测量装置至少含有一个能容纳样本气体的空间、一套恒温控制系统、一套加湿系统、一套精密称量系统、一套计算系统、一套中央控制系统，各系统或集成在一个总成上或通过数据线连在一起，也可分别独立运行。本“加法”湿度测量方法是至今为止唯一能在现场环境实时测定“绝对湿度”的方法，而本测量装置结构简单，能将“加法”湿度测量方法具体落实到实践中。

Description

“加法”湿度测量方法

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。 

但是，不管是相当精确的“直接测量法”还是各种“间接测量法”，其工作的原理基本可归为一个，既：从空间或大气里把“水分”千方百计地“提取出来”，然后再对被提出的水分进行测量这样一个总体过程。本发明将这个“提取水分”的工艺过程，统统归纳为“减法”湿度测量方法或技术。 

各种利用“减法”湿度测量方法的仪器各有优缺点，其中，100多年前发明的“冷镜式露点仪”（Regnault露点仪）是一种最经典的湿度测量仪器。而今，100多年过去了，“冷镜式露点仪”在现代的湿度测量技术中仍占有重要的位置，其测量方法仍被认为是最基本、最方便的测量方法，以至于在各种电子式湿度仪问世后由“露点法测定得到的湿度量值”还被广泛地用作湿度测量的“传递标准”。 

电子式湿度仪（湿度传感器元件）“标准导入”的过程，使本来已经是“间接测量”的“冷镜露点法湿度测量技术”转变为一系列的间接测量电信号量值的转换。在这一系列的间接测量电信号量值的转换链中，任何一个环节工作状态的漂移都会明显地影响到仪器的最终精度。所以很具讽刺意义的是，直到现在，在任何最先进的电子式数字显示湿度控制大型系统里（例如在大型档案馆里），在其关键的部位依然要设置一定数量的双球湿度仪作为对露点法自动控制系统的辅助校对系统，以防止露点湿度控制系统的突发性精度大幅度漂移而造成不可挽回的损失。直到现在，在遍布世界各国的气象台站里，还是以双球湿度仪作为基础的湿度测定手段。由此可见，在专业范围内，露点法湿度测定方法以及由露点法校准的各种电子式湿度仪的不可靠性和不值得委以信任。 

在以“冷镜式露点仪”为代表的用“露点法”测量湿度的过程中，被测气体必须接触一个逐渐变冷的冷源。当冷源冷却到被测气体“露点”的时候，在冷源的表面就会有水蒸气凝结的“露”出现，观察并记录“结露”刚出现时的温度就是该气体的“露点温度”。 

“露点法”测量湿度的原理是，参看附图2（A），设未饱和空间的未知湿度为A点的状态：这时的温度是T0，在这个温度上的饱和水汽压值查表可以得到P0。当将镜面附近极薄的一层状态为A的空间里的气体冷却到温度T1时，现代技术上假定，薄层空间里的未知水汽分压与环境水汽分压P1是相同的。所以薄层空间里的水汽饱和度就向左移动直到与饱和线相交。这样，薄层空间里的水汽就会因达到饱和而以雾或露的形式析出来。于是，就能根据P0 和P1 计算出相对湿度RH。其表示公式为： （RH-）=P1/P0 * 100% 。 

式中，P1和P0值的意义与上面所述的公式（1）里的e和E分别相同，而其精确值则可以从测量得到的“露点温度”值和被测气体的原来温度值从国际气象组织（WMO）1996年通过的饱和水汽压的计算公式： 

esw = e0·exp[17.62t／(24.3+t)]     (公式2)

中计算得到，式中：esw 为水面饱和水汽压(hpa)；e0为0℃时的饱和水汽压；t为温度(℃)，温度的适用范围为-45～60℃。分别求得在两个相应温度下水蒸气的“饱和压强”精确值，通过这两个分压强的值利用公式（1）（RH = e/E*100%）就可计算出被测气体原来的“相对湿度”。

但是，采用“露点法”原理设计制造的湿度仪在使用时，有三个难以克服的技术难点，它们是： 

（1）结露与未结露的界限难以判别

“露点法”的一个关键点是测定“结露”刚出现时的温度（“露点”），结露实际上是一个复杂的理化过程。现代技术已经揭示，“露点”过程包含有三个不同的实际过程，所以已经“结露”和“未曾结露”仅靠人的肉眼观察来确定是非常不容易的，现代技术上利用通过一系列复杂的光学系统或者用声表面波等的新技术来协助观察和判别，即使这样，还是不易掌握和统一测定标准。

（2）拉乌尔效应 

所谓“拉乌尔效应”是由水溶性物质造成的。如果被测气体中携带有这种物质（一般是可溶性盐类）镜面就会提前结露，使测量结果产生正偏差；若被测气体中含有不溶于水的微粒，如灰尘等，就会增加仪器的本底散射水平。此外，一些沸点比水低、容易冷凝的物质（例如有机物）的蒸气也会对“露点”的测定产生干扰。所以到目前为止，依照“露点法”的原理设计制造的最高精度的湿度仪所能达到的理论测量精度依然不能超过±1%。

（3）三相环境 

湿度测量，测量的是空气中水蒸气的含量。但是，当环境处于或低于0℃时，被测气体进入了一种三相环境，这时候，被测气体实际上具有相对于水的“相对湿度”和相对于冰的“相对湿度”。

在“露点法”实际测量过程中，只要冷却面发生微量“结露”的情况，测得的值就会发生正偏差，显示出比实际的相对于水的“相对湿度”远高的读数，使测定结果往往不确定。 

另一方面，世界气象组织（WMO）规定，对于0℃以下和高空大气的“相对湿度”的测定，一律用水蒸气相对于过冷水的饱和曲线（esw）来计算湿度。这样，在实际测量中就不可避免地面临着区分和防止在镜面上结霜的难题。 

正如国际度量衡局/欧洲共同体（BIPM/CCT）湿度专家工作组欧洲委员在湿度与水分测量路线图中指出的：湿度不是一个容易测量的量，有关湿度的直接测量技术和间接测量技术直到如今仍然是世界性的技术难题之一，而精确地测定湿度更是难题中的难题。 

总之，直到目前，在科学技术飞速发展的形势下，能实时、直接、快速地测定“绝对湿度”的方法或手段还没有。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有湿度测量技术的不足，提供一种称为“加法”的湿度测量方法；本发明的第二个目的是，按照“加法”湿度测量方法，提供能够实际应用的“加法”湿度测量装置。 

本发明所述的“加法”湿度测量方法，是根据水蒸气在不同温度条件下有固定的“饱和蒸汽压”或“饱和绝对湿度值”的特性，通过向未饱和的被测气体“添加”水蒸汽使之达到水汽的饱和状态，再测量“添加”水蒸汽的水分量值来测定“绝对湿度”和“相对湿度”的方法。 

本发明的“加法”湿度测量方法，在测量中设未饱和空间的未知湿度为A，这时的温度是T0，在这个温度上的饱和水汽压值可以查表或计算得到P0，饱和绝对湿度值可以查表或计算得到为M0。现在，将状态为A的空间里的空气样品“密闭等压”加热到温度T2，这时尽管被测样本里的未知水汽分压P1因为加温的关系压力有所升高，但是，采样中未知的水汽绝对湿度M1却不会发生变化。同时，被测样本气体的饱和点却大大升高，其结果是样本空气的相对湿度就大大降低。在这样的条件下，通过精密计量装置给样本空气加湿，直到被加热的样本空气达到饱和为止。这时，若被测加热样本气体的饱和水气压值为对应的P2，对应的绝对湿度值为M2，而通过精密计量装置得到的加湿量为W。根据“加法湿度仪”测定室的容积值V0、V2和气态方程，加湿量W可折算为绝对湿度的增量Ma，将M2与Ma相减就可以得到被测气体原来的未知绝对湿度值M1，其公式为： 

M2 – Ma = M1  （公式3）。

根据气态方程，我们又可以从M1求得样本气体环境温度下对应的水汽分压P1。这样我们就可以根据P0、P1和P2 同样的计算得到相对湿度RH。 

显然，在理论上，（RH+）=（M1/ M0）* 100% 

=（P1/ P0）* 100% 

=（RH-）         （公式4）。

所以，RH+和RH-在理论上是一致的。而且在我们得到绝对湿度M1的值之后，实际上不需要再换算成水汽的分压来求得“相对湿度”，使精度更加保证。 

在前述“减法”湿度测量方法的测量中，这个P1值是由“露点”的温度间接求得的，而“露点”方法的测量误差因为处于一个动态的降温过程，从“未结露”到“结露”是一个模糊的、不易确定的界限，所以“露点法”的测量误差很大。 

但是在“加法”湿度测量方法的测量中，温度T0和T1都是恒定的值，所以可以测量和控制得很精确。由此得到的P0、P2、M2值的精度也就相对较高（常用的通用饱和蒸汽压表均能从三位有效精度的温度值查得6位有效数字的饱和蒸汽压值）。而加湿量W也是一个精确值（4位有效数字），换算到M1后仍能保持所求出的“绝对湿度值”有三位以上有效精度以及最后求得的“相对湿度值”也能保持两位以上的有效精度。 

需要强调的是，采用“加法”湿度测量方法测量湿度以及所有按“加法”湿度测量方法制造的“加法”湿度测量装置具有方便的自我校对能力。对于任何环境里的测定结果，只要设置两个或两个以上的测定加温设置，就可方便地检测出“加法”湿度测量方法的测定精度，从而解决或排除所有零部件的老化或工作点漂移等技术问题。 

由此“加法”湿度测量方法本身可以确保测定结果的高精度，可以作为湿度测定的标准。“加法”湿度测量方法的测定结果可以导出给其他的一切有需要的“减法”装置，而不再需要从任何精度的“减法”湿度测量装置导入湿度测定标准。 

本发明实践证明，加湿工艺过程中采用的“蒸发器”其中的水在被测量过程里的挥发速度是一个很快的过程。特别是在蒸发器刚打开的瞬间，随着测量工作室内饱和度的增加，水的挥发速度才逐渐地慢下来。蒸发过程符合道尔顿关于气体蒸发速率的公式（参看附图3）。 

道尔顿(Dalton)发现蒸发速率与蒸发面温度下的饱和差成正比,以下式表示: 

Wo=A(E-e)       （公式5）；

式中：Wo表示水面蒸发速率，E-e为饱和差，A为比例系数；其中，A值是由水汽的扩散能力及距蒸发面的高度来决定的。对于静止状态的空气和在恒温条件下，A由空气水汽的扩散系数决定。也可以简单的解释为：当其他的条件都固定不变的时候。“蒸发速率”和“相对湿度”有呈反比的关系。“相对湿度”越高，“蒸发速率”就越小。所以在本发明中，当秤量系统的精度足够高时。只要通过测量蒸发器打开后第一秒的蒸发量就可以从计算系统所记忆的历史数据中，快速推算得到被测样本的相对湿度值来。

为实现本发明的第一个目的，本发明采取的技术方案为： 

一种“加法”湿度测量方法，其特征是，包括以下工艺步骤： 

（1）取样

从外部湿度未饱和环境中提取足够量的样本气体来进行含水量的测定并设置能容纳这些样本气体的密闭空间，所述的空间里应配置有完整的大气参数精确测量设备：包括中央控制器、加热和降温双向发热组件、恒温控制系统、通风系统、蒸发器和精密秤以及能使所述空间保持恒温的恒温控制系统；

取样时应使所述空间内的起点温度与外界环境温度保持相同；

（2）密封

由于需要对定量的被测密封气体进行加温，加温后的气体会膨胀或增压，因此，所述的空间不仅要求是能够密封的，而且要是可以改变可计量体积的或者是能够承受压力的；

（3）加温

在所述的密封空间对样本气体进行均匀地加温到设定的测定温度：平均加热至0℃～90℃中的任意一个设定值并保持温度的稳定，以加速其后的“加湿”过程；

（4）加湿并测定加湿量

当样本气体被加温到设定的温度后，打开加湿蒸发器即开始等温蒸发的操作：要求加湿时水蒸气的温度与设定的温度保持相同，由于水在蒸发时要吸收热量，所以加湿器需要具备足够的即时热功率，以保证蒸汽的温度和将要蒸发的水的温度始终保持在与设定温度相当接近的范围内，直至所述空间内的水蒸汽达到饱和；

测定加湿量：通过设置在所述的空间里的、与加湿器连接的精密秤进行加湿量的连续测定；

（5）计算湿度值

通过所述的精密秤读取测得的由加湿器所提供的补水量，计算出样本气体的湿度并将计算得到的被测气体样本的“原始绝对湿度”和“原始相对湿度”采取任何形式显示出来。

进一步，步骤（5）对样本气体湿度的计算可以通过人工操作，也可以通过计算机系统或中央控制器计算得到。 

为实现本发明的第二目的“加法”湿度测定装置，本发明采取的技术方案为： 

一种“加法”湿度测量装置，其特征是，至少含有：

一个能容纳样本气体的空间或者测定工作室；

一套所述空间的恒温控制系统；

一套保持等温蒸发功能的加湿系统；

一套对所述加湿系统的加湿量进行计量的精密称量系统；

一套对所述精密测量系统得到的数值进行运算、对比和输出的计算系统；

一套对以上所述各个系统进行协调、控制和显示的中央控制系统；

所述各个系统或者集成在一个总成上，或者通过数据线连在一起，也可分别独立运行。

进一步，所述的空间或者测定工作室为筒式结构。 

进一步，所述的空间或者测定工作室为箱体结构。 

进一步，所述的空间或者测定工作室为袋状结构。 

进一步，所述的加湿系统为等温蒸发器。 

进一步，所述的精密称量系统可以是任何精度足够的精密秤。 

本发明的积极效果是： 

（1）提供了一种全新的湿度测量方法——“加法”湿度测量方法，首先，它是一种“直接”的测量方法，是至今为止唯一能在现场环境、实时通过“直接”称量水蒸气的重量来测定“绝对湿度”的方法，其次，它在理论上与“湿度”的物理定义完全一致；第三，“加法”湿度测量方法不仅能精确地测定“绝对湿度”，还可以实现在秒级的时间内精确、快速、智能地测定被测对象的“相对湿度”值并保持相当的测定精度；最后，它不仅在理论上对“减法”湿度测量方法进行了创新，而且在湿度测定精度上比“减法”湿度测量方法更稳定、更准确。

（2）“加法”湿度测量方法的具体步骤简单明了，便于执行，测定过程快、时间短，可以手工操作也便于自动化智能控制；同时，它扩大了对不同湿度的测量范围，通过对低温未饱和气体加温，使样本气体的相对湿度先降低，然后再采用加湿的方法将样本气体加湿到饱和，便于对各种超高湿度环境中进行精确的湿度测量。 

（3）提供了按“加法”湿度测量方法制造的“加法”湿度测量装置，其结构简单，加工容易、制造方便、适于大规模生产和应用，能将“加法”湿度测量方法落实到具体的应用实践中去。 

（4）所述的“加法”湿度测量装置是绿色环保的，使用时其各个组成部分都不使用并不产生污染物质。 

（5）采用“加法”湿度测量方法测量湿度以及按“加法”湿度测量方法制造的“加法”湿度测量装置具有方便的自我校对能力，对于任何环境里的测定结果，只要设定两个或两个以上的加温设置，就能够方便地检测出“加法”湿度测量方法的测定精度，从而解决或排除所有零部件的老化或工作点漂移等技术问题。 

（6）本发明的“加法”湿度测量方法有望成为湿度测定的新的行业标准：“加法”湿度测量方法的测定结果可以导出给其他的一切有需要的“减法”装置，而不需要从任何精度的“减法”湿度测量装置导入湿度测定标准。 

附图说明

附图1为水的相图和湿度测量的范围图。 

附图2为露点式湿度仪与加法湿度仪在测量原理上的对照分析图。 

附图3为补水量和相对湿度的关系及快速测定原理图。 

附图4为本发明“加法”湿度测量方法的流程框图。 

附图5 “加法”湿度测量方法各步骤含有的测量数据的流动过程示意图。 

附图6为本发明“加法”湿度测量装置的结构示意图； 

图中的标号分别为：

1、第一进排气通气阀；     2、大箱体盖；          3、温度感应器；

4、风扇（匀温系统）；      5、双向发热器；        6、小箱体盖；

7、总控制面板；           8、第二进排气通气阀；  9、大箱体（测定工作室）；

10、绝热小箱体；          11、蒸发器；           12、恒温加热器；

13、电磁或致热元件加热器；14、精密秤；           15、小箱体通风阀；

16、湿度显示装置；        17、恒温控制系统；     18、中央控制器；

19、电磁加热或半导体致热功放。

附图7为湿度行业“基准传递”的流程规范示意图。 

具体实施方式

以下结合附图给出本发明“加法”湿度测量方法及其“加法”湿度测量装置的具体实施方式，但是应当指出，本发明的实施不限于以下的实施方式。 

参见附图1、2。在一定的温度、压强和相对密封的条件下，单位体积里所能容纳的水蒸气是有最高限度的。当某个相对密封空间体积里的水蒸气含量达到最高限度的时候，现代科学上把这个相对密封空间称为水汽“饱和”的空间。这个相对密封的空间体积里，水蒸汽达到饱和时的水蒸气压强称为“饱和压强”。相对密封的空间体积里水蒸气的“饱和压强”与温度之间的变化关系简称为水的相图。湿度测量技术所涉及的范围在水的相图中只是一小部分，在附图1中：大的方框内是专业湿度仪能够测量到的范围，小的方框内是通用湿度仪的测定范围。 

一种“加法”湿度测量方法，包括以下步骤（参见附图4）： 

（1）取样

从外部湿度未饱和环境中提取足够量的样本气体来进行含水量的测定并设置能容纳这些样本气体的空间，所述的空间里应配置有完整的大气参数精确测量设备，具体的可以配备中央控制器、加热和降温双向发热组件、恒温控制系统、通风系统、蒸发器和精密秤，以及能使所述空间保持恒温的恒温控制系统。在取样时，所述空间内的起点温度与外界的环境温度保持一致。

（2）密封 

由于需要对定量的被测气体进行加温，加温后的气体会膨胀或增压，因此，所述的空间不仅要求是能够密封的，而且要能够承受压力的或者是可以改变可计量的体积。

（3）加温 

在所述的密封空间对样本气体进行均匀地加温并加温到设定的温度：可以平均加热至0℃～90℃中的任意一个设定值并保持温度的稳定，以提高其后的“加湿”过程的效率。只要把样本气体的温度升高到“相对湿度”低于70%的状态，就可以得到精确的测定结果；例如，对于环境温度为0℃的亚饱和样本气体升温到9℃就可以保证样本气体的“相对湿度”已经低于70%；对于环境温度为20℃的亚饱和样本气体，升温到32℃就可以保证样本气体的“相对湿度”已经低于70%，同样地对于45℃的亚饱和样本气体升温到60℃就可以了。而对于湿度原来就低于70%的环境，就可以不再加温（0加温），直接测量。

（4）加湿并测定加湿量 

当样本气体被加温到设定的温度后，然后开始加湿过程即等温蒸发的操作：由于加湿时水蒸气的温度与设定的温度相同，水在蒸发时要吸收热量，所以蒸发器需要具备足够的即时热功率，以保证蒸汽的温度和将要蒸发的水的温度都保持在与设定温度相当接近的范围内，直至所述空间内的水蒸汽达到饱和；

测定加湿量：通过设置在所述的空间里的、与加湿器连接的精密秤进行湿量，或者是通过设置在所述的空间里的气压表或容积变化的测定值，可以实时地反映样本气体是否已经到达饱和状态。

（5）计算湿度值 

本发明所包含有的计算系统，通过所述的精密秤读取测得的由加湿器所提供的补水量，并计算出样本气体的湿度，并通过中央控制器将计算得到的被测气体样本的“原始绝对湿度”和“原始相对湿度”显示出来。

在上述“加法”湿度测量方法的各步骤中含有一个测量数据的流动过程，其具体内容为（参见附图5）： 

① 从被测环境收集必要环境参数，采集样本气体——通过风扇、阀门等装置从外部环境导入足够量的被测气体，同时测定被测气体的各种可以直接测得的参数，如温度、压力、杂质等，从而决定对样本气体进行加温的范围；

② 将环境参数送到显示系统；

③ 将环境参数送到显示系统；

④ 设置最佳测定状态；

⑤ 打开测定室与外界的联通；

⑥ 等待测定室与外界达到稳定状态；

⑦ 关闭测定室与外界的联通；

⑧ 打开加温系统，将样本气体均匀地加温到设定的温度，对水蒸气的补充源也同样的加温到设定的温度；

⑨ 和⑩加温状态控制反馈；

⑾ 联通加温系统和测定室；

⑿ 开始加湿，打开水蒸气的补充源对已被加温的样本气体进行加湿；

⒀ 加湿过程反馈和加湿测量；

⒁ 根据加湿速率显示相对湿度；

⒂ 加湿过程反馈和加湿量测定；

⒃ 根据加湿速率显示相对湿度修正值；

⒄ 加湿过程反馈和加湿量测定；

⒅ 根据加湿速率的减少判断系统饱和状态，计算并显示湿度值，包括“绝对湿度”和“相对湿度” ；

⒆ 结束测定过程；

⒇ 系统复位 。

参见附图6。一种“加法”湿度测量装置，含有一个能容纳样本气体的空间，所述的空间可采用测定工作室结构：可以设计成等容增压、等压变容和变压变容三种不同的方案；或者采用箱体结构（见图中的大箱体9）；一套所述空间的恒温控制系统17；一套保持等温蒸发功能的加湿系统，所述的加湿系统可采用蒸发器11；一套对所述蒸发器11的加湿量进行计量的精密称量系统，所述的精密称量系统可采用精密秤14；一套对所述精密测量系统得到的数值进行运算、显示和输出的计算系统（见图中的湿度显示装置16）；一套对以上所述各个系统进行协调和控制的中央控制系统（见图中的中央控制器18；所述各个系统或者集成在一个总成上，或者是通过数据线连在一起，但分别独立地运行；所述各个系统由市电供电或由电池供电。 

附图6所示的“加法”湿度测量装置的基本结构为：含有大箱体（测量工作室）9、大箱体盖2、绝热小箱体10、小箱体盖6和总控制面板，所述大箱体（测量工作室）9是一个具有恒压适应能力的变容空腔；或者是一个具有恒压排空能力的定容空腔，其最小容积比0.1立升略大（不限于此值），最大容积比大于1立方米（不限于此值）。在所述大箱体（测量工作室）9上设有第一进排气通气阀1和第二进排气通气阀8，在所述大箱体（测量工作室）9内设有温度感应器3、风扇（匀温系统）4、双向发热器5和绝热小箱体10。在所述绝热小箱体10内设有蒸发器11、恒温加热器12、电磁或致热元件加热器13、精密秤14，所述绝热小箱体10通过小箱体盖6和小箱体通风阀15与大箱体9连通，也能相对地封闭于大箱体（测量工作室）9。在总控制面板上集成有中央控制器18以及数字湿度输出及显示16、恒温控制系统17、精密秤控制测算部分、电磁加热或半导体致热功放19以及开关和电源系统。 

所述的中央控制器18通过恒温控制系统17控制和调整所述大箱体（测量工作室）9内的温度，使之与外界环境温度相同；所述恒温控制系统17包括加热和降温双向发热器5、恒温加热器12和温度感应器3，它们与中央控制器18集成并与安装在大箱体（测量工作室）9内外四壁的温度感应器3连接；所述恒温控制系统17通过温度感应器3探测外界环境温度并控制加热和降温双向发热器5进行工作，使大箱体（测量工作室）9内的起点温度与外界环境温度保持相同。 

应用实施例

利用所述的“加法”湿度测量装置对空气湿度进行测定的结果为：

假定，采集到待测气体约一立方米，环境温度T0为22.7±0.05摄氏度，将待测气体取样后加热到定温T2为30.0±0.05摄氏度，然后加湿，测得加湿量W为234.3±0.05毫克；

假定，根据预先测算好的大箱体（测定工作室）9内部容积L0的精确值和各个温度条件下该大箱体（测量工作室）9的饱和水蒸气的绝对含水量

M0为：22.7±0.05度时237.1±0.1毫克；

M2为30.0±0.05度时391.6±0.1毫克；

测定结果加湿量MA为234.2±0.1毫克；

由于

RH+ = P1 / P0 × 100%

    = M1 / M0 × 100%

    =〔（M2-MA）/ M0〕× 100%

=〔（391.6-234.3）/ 237.1〕× 100%

= 66.343%±0.01%  

= 66.3% ±0.1% （取三位有效数字）。

本应用实施例的计算精度可达到±0.5%（是目前所能达到的最高湿度测量精度）。只要控温系统的精度有保证，湿度测量的精度也就能得到保证。 

在上述应用实施例的操作过程中，假定总加湿量为234.2毫克，实际加湿到饱和平衡的时间为2分钟，而且假定湿度测量装置得到的第1秒钟内的加湿量为40毫克，第2秒钟内的加湿量为20毫克，第3秒钟内的加湿量为15毫克……第100～120秒钟的加湿量为0.1毫克，通过本发明“加法”湿度测量装置内部精密秤控制智能测算部分的储存单元记录下每个实际装置每一次测定过程的加湿速率的变化规律并进行优化。 

当再次测量得到某样本气体的初始温度也为22.7度，设定的加温温度也为30度的条件下，而且第1秒钟内的水汽补充量为40毫克时，本发明的“加法”湿度测量装置就可以在第1秒钟后智能地直接从储存信息中读出优化过的测定结果，直接显示66.3%的相对湿度值，不必再等待2分钟的全部加湿过程的完成（但是湿度测量装置将继续完成整个测定过程并记录下来）。 

本发明的“加法”湿度测量方法有望成为湿度测定的新的行业标准（参见附图7）：“加法”湿度测量方法的测定结果可以导出给其他的一切有需要的“减法”装置，而不需要从任何精度的“减法”湿度测量装置导入湿度测定标准。 

以上所列出的计算过程只是用来说明，“运算和显示系统”对从系统测量得到的加湿量和其他气体参量可以推算得到被测气体未知的绝对湿度值，再由此推算得到未知的相对湿度值的一个比较简单的列式。以上所列出的计算过程并非用来代表或限制本发明的各种实施例中“运算和显示系统” 的控制软件具体运算程序的编排思路或方法。凡是依照或符合本发明“加法”湿度测量方法测定得到加湿量及其他气体参量，并由此推算得到未知湿度值的所有种类的计算过程，都应该落到本发明的保护范围之内。 

Claims (2)

1.一种“加法”湿度测量方法，其特征在于，包括以下工艺步骤： 

（1）取样

从外部湿度未饱和环境中提取足够量的样本气体来进行含水量的测定并设置能容纳这些样本气体的密闭空间，所述的密闭空间里应配置有完整的大气参数精确测量设备：包括中央控制器、加热和降温双向发热组件、恒温控制系统、通风系统、加湿蒸发器以及精密秤；

取样时应使所述密闭空间内的起点温度与外界环境温度保持相同；

（2）密封

由于需要对定量的被测密封气体进行加温，加温后的气体会膨胀或增压，因此，所述的密闭空间不仅要求是能够密封的，而且要是可以改变可计量体积的或者是能够承受压力的；

（3）加温

在所述的密闭空间对样本气体进行均匀地加温到设定的测定温度：平均加热至0℃～90℃中的任意一个设定值并保持温度的稳定，以加速其后的“加湿”过程；

（4）加湿并测定加湿量

当样本气体被加温到设定的温度后，打开加湿蒸发器即开始等温蒸发的操作：要求加湿时水蒸气的温度与设定的温度保持相同，由于水在蒸发时要吸收热量，所以加湿蒸发器需要具备足够的即时热功率，以保证水蒸气的温度和将要蒸发的水的温度始终保持在与设定温度接近的范围内，直至所述密闭空间内的水蒸气达到饱和；

测定加湿量：通过设置在所述的密闭空间里的、与加湿蒸发器连接的精密秤进行加湿量的连续测定；

（5）计算湿度值

通过所述的精密秤读取测得的由加湿蒸发器所提供的补水量，计算出样本气体的湿度并将计算得到的被测样本气体的“原始绝对湿度”和“原始相对湿度”采取任何形式显示出来。

2. 根据权利要求1所述的“加法”湿度测量方法，其特征在于，步骤（5）所述的对样本气体湿度的计算通过人工操作，或通过计算机系统或中央控制器计算得到。