2019-07-31

湿度計は湿度を計測する機器で、日本の気象観測においては相対湿度を取り扱います。湿度計には複数の種類があり、乾球温度と湿球温度の二つの計器の温度差から求める乾湿計や吸湿剤の電気特性の変化を計測する電気式の測定方法があります。そのほかにも、精密な測定に適した露点計や、毛髪の伸縮を利用した毛髪湿度計など多種にわたっています。湿度の測定原理は二つに分かれています。一つは、大気圧と水蒸気圧の二つの情報から算出します。もうひとつは、湿度の変化を計器内の感部の物性変化・物理的な形状変化として検出します。測定精度を考えた場合には、一般的に前者の測定方法がより高精度とされており、乾湿式の測定機器はそのほかの装置を校正する基準としても使うことができます。次に、代表的な湿度センサーの測定原理について紹介していきます。乾湿計では、計器に備え付けられた乾球温度・湿球温度から湿度を計測します。室温付近の温度・湿度の計測に適していますが、極端な温度・湿度の環境では誤差が大きくなるため実用には問題があります。常に純水で球部を湿らせた湿球は水の蒸発によって気化熱を奪うため、乾球(通常の温度計)よりも低い温度を示します。その現象を利用して湿度を求めることができます。ただし、氷点下の場合は湿球が凍結するため、正確な湿球温度の評価は困難です。相対湿度は乾球・湿球間の温度差と気圧を用いてスプルンクの式に当てはめることで算出することが可能です。電気式の測定では、半導体センサーを検出部として湿度変化を抵抗・容量変化として観測しています。半導体であるため機器の組み込みが容易で、電子機器などの自動計測器に多く組み込まれています。センサーとなる感湿体としては多孔質のセラミックスや高分子膜が利用されています。抵抗変化では感湿体の水分吸収に伴う抵抗変化を検出し、容量変化では水分吸収に伴う感湿体の誘電率変化が交流電圧印加時のインピーダンスの変動として検出されています。計測上の注意点としては、半導体を利用しているため温度による特性変化の影響を受け誤差が生じます。特に気象観測においては1℃の温度変化につき湿度変化を0.2%以内に抑えなければならないため、温度センサーを併用した補正機構が用いられています。また、いずれの計測方法にも共通しますが、湿球や感湿体の水分によって湿度を評価するため、表面の汚染や経時劣化によって測定精度が低下します。定期的なメンテナンスや校正が必要です。


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