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[综合] 用饱和盐溶液校准家用湿度计的实验方法

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发表于 2024-3-23 21:56:57 | 显示全部楼层 |阅读模式

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温湿度计是常用的仪器。温度计的校准比较容易,湿度计的校准比较困难。湿度计误差大,参照标准仪器不好找。下面实验用饱和盐溶液校准湿度计,简单易行,满足普通要求。
我们知道,饱和盐溶液的平衡相对湿度是基本稳定的。前人为我们进行了测定,见下表所示部分饱和盐溶液的平衡相对湿度:
01饱和盐溶液的平衡相对湿度表.jpg

实验装置图片如下:在装有饱和盐溶液的塑料盒中,放入被检测湿度计、加强内部空气循环的小电扇,用透明塑料薄膜袋罩住并扎口。
02.jpg

一、实验器材
1、由于对家用湿度计校准的要求不高,用两点法,选用2种价廉的普通化学品来进行校准。当前室温29.8℃,湿度65%。选用饱和溶液的平衡相对湿度≥65%的化学品,它们是:氯化钠(平衡相对湿度75%左右),氯化钾(平衡相对湿度84%左右)。
氯化钠(食品)——GB/T5461,优级,未添加亚铁氰 化钾,加碘水平25(18~33mg/kg),氯化钠含量≧99.1%
氯化钾(食品级)——氯化钾含量≧99
2、实验用水。选用市售瓶装纯净水,任意品牌都可采用。
3、被测湿度计。小米蓝牙温湿度计2(在此文中,只校准其湿度计功能)
03.jpg
小米蓝牙温湿度计2是一款智能互联产品。体积小(4.3X4.3X1.25厘米),重量轻(仅仅12克),使用瑞士盛思锐(Sensirion)公司新一代数字温湿度传感器,测量范围:温度0~60℃,分辨率0.1℃;湿度0~99%RH,分辨率1%RH。使用一颗CR2032锂纽扣电池。温湿度测量准确度较高,稳定性好。

二、配置饱和盐溶液的要求
氯化钠、氯化钾的溶解度见下表:
04氯化钠、氯化钾的溶解度.png
配置饱和盐溶液是化验员的基本功,没有什么困难。但对其他人员来说,必须掌握以下几点:
1、饱和盐溶液至少应有30%的盐未溶解于水中,即在给定温度下,盐的重量应该比完全溶解的量大30%。
2、盐应加入比测量温度高的水中进行溶解(便于加速溶解),然后将溶液降温至常温。
3、测试的环境温度会直接影响饱和盐溶液的溶解度。
当前室温29.8℃,按照溶解度表30℃取值。
氯化钠饱和溶液配置:100mL纯净水加入50克氯化钠。
氯化钾饱和溶液配置:100mL纯净水加入50克氯化钾。
将溶解用水加热到70℃左右,慢慢加入化学品进行溶解。晾至室温后使用。

三、测试容器制作
  用一只13cm×9cm×5.5cm透明塑料盒盛放饱和盐溶液。
05.jpg

为了加快密闭测试容器内空气流动,缩短达到三相热力平衡时间,内置一个小风扇,采用电脑旧12V直流小风扇(5cm×5cm),用直径4.6mm签字笔杆制作4根长25mm的小风扇支撑棍:
06.jpg

用螺钉将4根支撑棍固定在风扇四个孔处:
07.jpg

小风扇可用老旧“猫”适配器或9~12直流电源供电:
08.jpg
找一个合适的塑料瓶,制作一个湿度计搁架,高度与风扇相同:
09.jpg

10.jpg

将配好的过饱和氯化钠溶液(凉至室温)、小电风扇、湿度计放置在塑料盒中:
11.jpg

由于压力会对饱和盐溶液的相对湿度产生影响,用透明软塑料薄膜密封袋将测量装置包裹起来,用夹子扎口。既便于观察湿度计数值,又不会产生内部压力(液体蒸发压力被塑料薄膜软袋空间释压)。同时,使用福禄克116C万用表温度档作温度监控:
12.jpg


四、平衡时间
经实验,在本帖子实验装置下,取5分钟、 10分钟、15分钟、20分钟、25分钟、30分钟~120分钟时间点,记录湿度计数值,当湿度计数值不在变化时,确定出最佳平衡时间。下面以氯化钠饱和溶液平衡相对湿度为例,见下表
13.png
分析上表,确定氯化钠饱和溶液平衡相对湿度的平衡时间为75分钟,此时刻的平衡相对湿度为79%,温度34.6℃。
用同样的实验方法,确定氯化钾饱和溶液平衡相对湿度的平衡时间为50分钟,此时刻的平衡相对湿度为87%,温度33.1℃。(省略其实验过程)

五、校准情况
实验结果及分析见下表:
14.png
                           
平均ΔY=(4.13+4.05)/2=4.09,平均ΔY%=5.18%,略大于5%,该被校仪器基本符合家用湿度计的准确度要求。


六、结语
用饱和盐溶液校准湿度计的方法,取材容易,简单可行,精度满足家庭仪器校准的要求,值得一试。对要求不高的工业项目,也可以采用这个方法。要取得实验成功,必须注意的是:1、选用饱和盐溶液的平衡相对湿度≥当前环境湿度;2、饱和盐溶液应冷却至室温再进行实验;3、若被测湿度计体积较大,在制作密闭测试容器时,饱和盐溶液的自由表面积与溶液体积的比值尽可能大,便于三相热力平衡时间较短。作一个形象的比喻,测试空间面积若是A4幅面,盛放饱和溶液的器具就不能采用一只试管,至少应使用一只菜盘子面积;4、实验容器及溶液不能进行加热恒温;5、实验容器不能用硬盖密封;6、依靠自然平衡相对湿度,平衡时间会很长,使用风扇加快内部空气循环,平衡时间会较短。7、不同的测试容器结构,平衡时间不同,需要实验确定。
该帖系本人原创,曾在它处发表,为帮助坛友们在业余条件下校准湿度计提供参考,特发本坛,希望对大家有用。

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发表于 2024-3-23 23:12:51 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
本帖最后由 dayibalang 于 2024-3-23 23:51 编辑

这个要点赞。有个建议,风扇是个热源,最好再多加几个温度探头分别为溶液和蒸汽,蒸发皿要用绝热垫垫起来。在热平衡时测量。如果能用标准温度计就更好了。风扇还可能造成压强差异建议由垂直液面改为平行于液面并加障板,只加强对流而不要吹拂液面。误差的4%主要原因极有可能是这几点造成的

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发表于 2024-3-23 23:17:48 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
看着挺难,其实一点都不简单。。。。 臣妾做不到。。。
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发表于 2024-3-24 00:36:03 | 显示全部楼层
这个可以   几个湿度计各算各的家中
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发表于 2024-3-24 09:03:34 | 显示全部楼层
高级实验课!
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发表于 2024-3-24 09:07:09 | 显示全部楼层
看起来挺简单的,但是操作起来还挺复杂的。各项参数都要控制。不过我家的同款温湿度计跟我买的带出厂校验报告的温湿度计误差在0.几以内,所以自我认定为小米这款温湿度计准确度很高
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发表于 2024-3-24 09:07:56 | 显示全部楼层
湿度计感觉机械的好点.电子的家里几个,各玩各的.
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发表于 2024-3-24 09:11:42 | 显示全部楼层
不错不错,方法很严紧
只是文字部分不好理解了,看图
无标题.png
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发表于 2024-3-24 09:57:55 | 显示全部楼层
我是不会修 发表于 2024-3-23 23:17
看着挺难,其实一点都不简单。。。。 臣妾做不到。。。

老衲不信
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发表于 2024-3-24 10:03:31 | 显示全部楼层
这个不是校准,是测量湿度计的误差(精度)
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发表于 2024-3-24 10:40:45 | 显示全部楼层
方法很严紧
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发表于 2024-3-24 11:09:32 | 显示全部楼层
为业余对比湿度计提供了好办法,估测市场卖的湿度计很多误差5个字以上,一般也能看个大概。

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goodanytime + 6 我很贊同

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发表于 2024-3-24 11:52:07 | 显示全部楼层
我其实是来看校准的,虽然我知道这个已经是民用级别里很准的了。
话说不准的话这种也没法校准吧。
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发表于 2024-3-24 12:03:56 | 显示全部楼层
上了一节实验课
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发表于 2024-3-24 12:38:15 | 显示全部楼层
这个方法简单
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发表于 2024-3-24 13:53:50 | 显示全部楼层
为什么饱和盐溶液的平衡相对湿度是基本稳定的
两个温度,万用表的准确度更高吗
小米那个,湿度应该也是根据温度换算出的,温度的差可能也影响到湿度测量
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发表于 2024-3-24 15:10:40 | 显示全部楼层
我就看看,动手就算了。
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发表于 2024-3-24 15:32:18 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
snoo 发表于 2024-3-24 10:03
这个不是校准,是测量湿度计的误差(精度)

好像校准就是测实际值
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发表于 2024-3-24 17:57:43 | 显示全部楼层
所以小米那个温度计是可以校准的吗?
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发表于 2024-3-24 20:05:22 | 显示全部楼层
应该是测量误差,没有校准过程
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