湿度を高精度に測る~扇風機と乾湿計を使って

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 自宅にある湿度計をかき集めて並べてみたところ。いつまで経っても数字はバラバラ。いったいどれが本当なの? そう思ったことはないだろうか。これらの湿度計は徐々に劣化し誤差が増える。例えばエンペックスが作るバイメタル式は開封後から劣化が進んで3~5年で使えなくなる使い捨て消耗品。どの程度誤差が増えているのか、使い物になるのかならないのか、判定できる手段がないことが課題だ。

 

 湿度を最も正確に測れる道具の一つにアスマン通風式乾湿計がある。湿球と乾球に3~5m/sの風を当てて、得られた値を次の式1に入れて水蒸気圧を求め、式2から相対湿度を得る。

e=esw−A・p(t−tw)     (1)

e: 求める水蒸気圧 (Pa)、esw : twにおける水の飽和水蒸気圧 (Pa)、A: 乾湿計係数 (K-1)=0.000662
p: 気圧 (Pa)、t: 乾球温度 (℃)、tw: 湿球温度 (℃) JIS Z 8806より

E=100・e /es    (2)

E: 相対湿度(%)、es: t における水の飽和水蒸気圧 (Pa)

 

 ちなみに温度 T(K) における飽和水蒸気圧 e0(Pa)はJISにも書いてある次のSON-NTAGの式で求めることが出来る。Tetensの式の方が簡単だがどうせエクセルで計算するので精度の良いほうを使う。

e0=EXP(-6096.9385T-1+21.2409642-0.02711193T+0.00001673952T-2+2.433502LN(T))     (3)

 

 一般に良く見かける水タンクの付いた「乾湿計」と呼ばれる商品はアスマン式を無風で使うようにした簡易版で、乾湿計係数A=0.0008 などとして事前にEを計算した数値表から湿度を求める仕組みのものが多い。Aの値は製品によってマチマチで求められる湿度も誤差が大きく目安にしかならない。
 この普通の乾湿系に風を当てて測りA=0.000662 として計算すればアスマン式と同じで、一般家庭で最も信頼できる湿度の値を獲得できると考えられる。

DSC00093a やり方は簡単。乾湿計を扇風機の前に針金で吊り下げ、風を「中」にして数分後に湿球と乾球の温度を読む。「中」で3m/s前後の風速が得られる。1目盛りの1/10まで読みとって数回の平均をとり、上述した計算式に放り込む。真ん中のバーは使わない。読み値からすぐ湿度が求められるようエクセルの計算シートを用意した。後のリンクからダウンロードできる。

 写真ではタンクに水を入れているが測定時間が短いのでガーゼを水で湿らせればOK。

 

 

 精度上重要な点は、湿球と乾球の温度計の値が揃っていること。ガーゼを水で湿らせる前に差をできるだけ正確に読み取って計算時に補正するとよい。他の要素(温度の絶対値、気圧、扇風機の風速など)は少々アバウトでも結果にあまり影響しない。読みさえ正確にできればかなり精度のよい数値が得られる。

 この測定で得られた値は他の常設湿度計の校正に利用する。年に1~2回測定して劣化診断や誤差の把握に使うとよい。乾湿計は常設せず保管しておけばガーゼの消耗も含め劣化しない(液切れを防ぐため立てて保管する)。1つあれば一生使えるリファレンスにできる。

 

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