水是生命之源，她是一種神奇的存在。我想不出有那種物質(zhì)在常規(guī)環(huán)境中可以以氣、液、固三態(tài)同時(shí)存在；我也想不出有那種物質(zhì)以固體狀態(tài)存在時(shí)，密度竟然比液態(tài)時(shí)還要小，否則水里的生物在冬天可要遭殃了。氣體中的水分含量與我們生活、生產(chǎn)的方方面面都息息相關(guān)。因此很久以前人們就在想辦法測(cè)量氣體中的水分含量。
水分測(cè)量的方法很多，包括伸縮法、干濕球法、冷凝露點(diǎn)法、氯化鋰露點(diǎn)法、阻容法、電解法、重量法、光譜吸收法等，系列文章根據(jù)測(cè)量對(duì)象的特點(diǎn)將其分為露點(diǎn)測(cè)量、空氣濕度測(cè)量、高溫濕度測(cè)量三類，然后將在后續(xù)
《水分檢測(cè)之露點(diǎn)測(cè)量的那些事兒》、《水分檢測(cè)之空氣濕度測(cè)量的那些事兒》、《水分檢測(cè)之高溫濕度測(cè)量的那些事兒》中分別介紹每一類應(yīng)用適用的測(cè)量方法以及這些方法在應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)。
一、幾個(gè)基本概念
在說檢測(cè)方法之前我們需要學(xué)習(xí)幾個(gè)概念。由于水的物理特性，氣、液、固三態(tài)的變化在自然界中時(shí)刻發(fā)生在，因此描述氣體中的氣態(tài)水含量也有了多種不同的描述。比如描述常規(guī)空氣的水分含量一般用相對(duì)濕度；描述干燥氣體中的水分采用露點(diǎn)溫度；描述高溫氣體中的水含量一般用氣體分子所占的體積比。三種量之間可以相互轉(zhuǎn)換。
（1）露點(diǎn)溫度冬天的清晨樹葉上會(huì)有露水，往外吹氣會(huì)形成白色水汽。這些日常經(jīng)驗(yàn)告訴我們水的狀態(tài)會(huì)隨著溫度的變化而變化。
在一定溫度和壓力下，氣體中能含的最大氣態(tài)水量是一定的，超過這個(gè)量就會(huì)凝結(jié)成液態(tài)水，成為小水珠，我們把這個(gè)最大氣態(tài)水含量也叫作飽和濕度，溫度越高，所能包含的氣態(tài)水越多。當(dāng)溫度高于100攝氏度時(shí)，有可能（還與壓力有關(guān)）全部變成氣態(tài)水。
在一定的壓力下（一般考慮常壓，所以不考慮壓力），如果水含量一定，當(dāng)溫度下降到某一個(gè)溫度時(shí)，由于能包含的氣態(tài)水達(dá)到臨界，就會(huì)有水凝結(jié)，我們就把這個(gè)溫度稱為露點(diǎn)溫度，也就是常說的“水露點(diǎn)”，單位是攝氏度（℃），它實(shí)際代表了氣體中水含量。
露點(diǎn)一般用來描述較為干燥的氣體中的水含量，主要用于工業(yè)場(chǎng)合。在工業(yè)生產(chǎn)中，氣體經(jīng)常存在高壓和低溫的狀態(tài)，這時(shí)會(huì)析出液態(tài)水，甚至結(jié)冰，危害整個(gè)生產(chǎn)。因此有露點(diǎn)溫度可以很形象的說明氣體的干燥程度是否滿足要求。
（2）相對(duì)濕度我們知道空氣是有一個(gè)飽和濕度的概念，我們
把氣體中的實(shí)際含水量與飽和含水量的百分比稱為相對(duì)濕度，單位為%。因?yàn)轱柡蜐穸仁呛蜏囟葔毫γ芮邢嚓P(guān)的，因此相同的相對(duì)濕度，所含的絕對(duì)水含量是不一樣的。
相對(duì)濕度描述了氣體的干燥程度，主要用于描述大氣的濕度，比如氣象預(yù)報(bào)。另外機(jī)房、病房、設(shè)備間等等環(huán)境的空氣一般也要求控制一定的濕度，也用相對(duì)濕度來描述。
為什么我們習(xí)慣用相對(duì)濕度來描述空氣中的含水量，而不是后面要說的體積比，可能是我們經(jīng)常使用的濕度計(jì)測(cè)量的就是相對(duì)濕度值，除此之外還有什么原因，請(qǐng)大神不吝指教。
（3）體積比和質(zhì)量比除了露點(diǎn)溫度和相對(duì)濕度外，另外較為常見的表述方式就是體積比和質(zhì)量比。
體積比就是混合氣體中，水氣分子所占的體積與氣體總體積的比值，單位是%、ppmv、ppbv等；質(zhì)量比就是混合氣體中，水氣分子的質(zhì)量占?xì)怏w總質(zhì)量的比值。一般體積比更為常用。
在水含量表述中含量較低一般用露點(diǎn)溫度；常溫時(shí)，一般用相對(duì)濕度；在高溫高濕時(shí)一般用體積比。
二、關(guān)于測(cè)量的方法以及測(cè)量值的校準(zhǔn)
由于水分子是最常見的測(cè)量組分，同時(shí)它的性質(zhì)也很活躍，因此目前有多種方法可以進(jìn)行水分的測(cè)量。比如
在《濕度測(cè)量方法(GB/T 11605-2005)》中就有伸縮法、干濕球法、冷凝露點(diǎn)法、氯化鋰露點(diǎn)法、阻容法、電解法、重量法等。實(shí)際上還有一類非常常用的水分測(cè)量方法，就是光譜吸收法。由于水分子在近紅外至中遠(yuǎn)紅外存在廣泛的吸收譜線，以此為基礎(chǔ)，產(chǎn)生了紅外非分光法、可調(diào)諧激光光譜法、激光腔衰蕩法等多種水分測(cè)量方法，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也得到了了廣泛的應(yīng)用。其中腔衰蕩法在微量水（露點(diǎn)）檢測(cè)中還成為了其中的標(biāo)準(zhǔn)方法之一。
在做氣體測(cè)量時(shí)，一般需要用標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)行校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)氣的配置可以采用稱重法等一些方法進(jìn)行溯源，達(dá)到要求的精度范圍。
可水氣由于熔點(diǎn)和沸點(diǎn)接近日常溫度，并且水分子還有很強(qiáng)的極性和吸附性，因此很難標(biāo)準(zhǔn)濃度的水氣無(wú)法保存，必須現(xiàn)配現(xiàn)用。一般采用濕度發(fā)生器來發(fā)生不同含水量的氣體。由于大部分濕度發(fā)生器都無(wú)法從原理上進(jìn)行溯源，因此會(huì)在濕度發(fā)生器后，接一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的鏡面濕度儀，測(cè)量的濃度作為標(biāo)準(zhǔn)濃度。
三、水分測(cè)量的應(yīng)用
水分測(cè)量涉及人們生活、生產(chǎn)的方方面面，應(yīng)用極為廣泛，難以一一介紹。這里我們根據(jù)測(cè)量對(duì)象的特點(diǎn)將其分為露點(diǎn)測(cè)量、空氣濕度測(cè)量、高溫濕度測(cè)量三類，分類進(jìn)行介紹。這里只簡(jiǎn)單進(jìn)行介紹，我們將在后續(xù)的文章中詳細(xì)介紹每一類適用的測(cè)量方法以及這些方法在應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)。
（1）露點(diǎn)測(cè)量露點(diǎn)一般用來描述較為干燥的氣體中的水含量，目前可以用于測(cè)量露點(diǎn)值的方式有很多種，常見的就有阻容法、鏡面法、晶振法、五氧化二磷法、可調(diào)諧激光吸收光譜法、紅外非分光法、激光腔衰蕩法等等。
露點(diǎn)測(cè)量主要用于工業(yè)場(chǎng)合，常見應(yīng)用有
制氮機(jī)制備的氮?dú)饴饵c(diǎn)測(cè)量；電力開關(guān)柜中SF6氣體的微量水檢測(cè)；半導(dǎo)體工業(yè)中各種電子氣體中的微量水檢測(cè)；管道天然氣中的微量水檢測(cè)；鋰電池制造環(huán)境中的微量水監(jiān)測(cè)等等。
（2）空氣濕度測(cè)量空氣濕度測(cè)量主要是測(cè)量空氣中的水含量，一般體積比在數(shù)千ppm至數(shù)萬(wàn)ppm之間，且溫度一般在零下幾十度至100攝氏度之間?？墒褂玫姆椒ㄊ亲疃嗟?，比如伸縮法、干濕球法、冷凝露點(diǎn)法、氯化鋰露點(diǎn)法、阻容法、電解法、重量法、光譜吸收法等。
空氣濕度測(cè)量主要用于環(huán)境空氣測(cè)量，比如
氣象中要求的大氣濕度測(cè)量；暖通空調(diào)及室內(nèi)空氣的濕度測(cè)量；倉(cāng)庫(kù)與庫(kù)房中的空氣濕度測(cè)量；動(dòng)植物養(yǎng)殖環(huán)境的濕度測(cè)量等等，應(yīng)用領(lǐng)域最為廣泛。
（3）高溫濕度測(cè)量高溫濕度測(cè)量主要指100攝氏度以上環(huán)境中的水分測(cè)量，測(cè)量的水分體積比一般在數(shù)千ppm至幾十萬(wàn)ppm。常用的測(cè)量方法包括阻容法、干濕氧法、光譜吸收法等。
高溫濕度測(cè)量應(yīng)用的環(huán)境也很多，比如固定污染源排放的煙氣濕度測(cè)量；食物烘焙過程的濕度監(jiān)測(cè)；熏蒸設(shè)備中的濕度監(jiān)測(cè)等。
轉(zhuǎn)載：極善思傳感技術(shù)微信公眾號(hào)于2019年10月9日發(fā)布的文章
