饱和盐水溶液湿度固定点(2)：数据来源与盐溶液选择

技 术 综 述 Technol~y Review 饱 和 盐 水 溶 液 湿 度 固 定 点 (2) ， t ’ fD— 数 据 来 源 与 盐 溶 液 选 择 摘要：本文较详细地介绍了各种饱和盐水溶液湿度 固定点的数据来源 选择饱和盐水溶液组成湿度标 准等问题。 关键词：饱和盐水溶液、湿度固定点，盐溶液的选 择 一 、 前言 检测或标定湿敏元件或湿度传感器，需要有湿 度 双温法、双压法、双气流法标准湿度发生 器，能产生标准相对湿度，但结构较复杂，造价较 高，开启一次很费时间和财力。用饱和盐法相对湿 度固定点的饱和盐水溶液标准，所需设备简单，使 用方便，费用便宜，在实验室里组装一套是适用的 有双温、双压、双气流法标准湿度发生器的单位不 多，而使用湿度标准的单位不少，饱和盐法就有着 比较实际的作用。因此，了解饱和盐和正确使用饱 和盐标准就显得根重要 饱和盐标准是一种常用的普通标准．而且应用 普遍 装置简单、湿度再现性好是其突出的优点 随着我国湿度计量研究工作的进展，饱和盐标准与 其他标准对比工作终将进行，饱和盐标准必将会得 到广泛地关注 巴一／ 郝光宗 邢丽缘 梁强威 口 o e 二、各种饱和盐湿度固定点 美国国家标准局 (现更名为国家标准和技术研 究院)基本标准研究所的Lewis Greenspan于 1977 年发的文章，是至今为止的关于饱和盐湿度固定 点较权威的文章⋯。 Lewis Greenspan为使饱和盐 水溶液湿度固定点系统化，收集了 2l篇关于饱和 盐水溶液的有关文献。有 89种饱和物质 (不全是 盐)水溶液，进行了 1106次单独测量 Lewis Greenspan首先对所收集到的数据进行 校准，使其符台国际实用温标．68(IPTS．68)的温度， 符台最新的水汽压公式和最新的空气中增值水蒸 气方程式，整理出相对湿度数据。然后用最小二乘 法使这些已校准的数据与正交多项式RH： A t·进 行拟合，建立起与温度的关系，确定拟台所用多项 式次数，即 i值 (不使 i值大于 3)，同时也确定 了 A．值。他对拟台的标准误差(a)也进行了计算． 从89种饱和水溶液中选出28种饱和水溶液，相对 湿度范围从 3％RM 到 98％RH，可用这些物质水溶 液进行湿度标定 表 1给出了这 28种物质饱和水 Sensor W orld 1999 12 维普资讯 http://www.cqvip.com 溶液拟台的Ai值与a值，同时列出了原始数据温度 范围 (tlTI 与t )和湿度测定次数，28种物质的 顺序按25。C下相对湿度增加的顺序排列。 表 l 对选用物质饱和水溶液用最小=乘法拟合 栅 0^ Al 3^ 湿度删 定班矗 北^桤 6．207~ 舡0 ~qe．,tat 化特 9m Jult,；e．~ -03】l3显 -0．4~ ~1o4 §m煳 ．咀】粥 39 l如 鼻北枉 l珊 溴螗钙 化檀 】醯 缸l 095 inoJ'．t ^僻竹 赶7帅7 ^f强 -0．oo797"~7 化舳 0．0~54045 -0．93~ 1 n l0输 lo4 麓醵押 4]13】5 蚪 ∞ 514 溴 枘 0ga99~3lx】矿 熏佑蛄 0．21g691xl 讯 0．104~83~1 99．0 ^ 7I 0．0g 如 30．0 疃蚺 I l92 0．1~ 1o4 北^抽 j】64 -0．,265159~l 0．2~ 1o4 o．o ^北胜 I】j7开 囊 竹 ％ 1994,,~9xlo4 I雠 8】J7 ^化竹 扭H钟 ¨ 柚 l H峨喀 睦竹 l 0DII∞7l ■-押 9o502 I 0273t123x1 以此为基础，Greenspan对相对湿度进行了计 算，对这 28种物质饱和水溶液在原始数据温度范 围内， 5。c的温度间隔，计算了它们的相对湿度 最佳值”，同时也计算了它们的标准误差，并将 三倍此标准误差的数值作为该相对湿度 最佳值 ” 的误差 (即不确定度)，见表 2。 在计算过程中对数据进行加权处理，所有相对 湿度的计算值都准确到O 01％RH，这并不意味着其 传盛暑世界 1999 12 技 术 综 述 Technology Revi8w 准确度是 O 01％RH 从给出的误差可以看出这一 点，利用计算值与误差可确定该最佳值的范围。 计算相对湿度所用的饱和水汽压是 Amold Wexler与Lewis Greenspan在1971年发表的标准 1976年Arnold Wexler单独发表文章 J，对 l971年 的标准进行了修正，因此，Lewis Greenspan的湿度 计算也要相应地进行修正，估计这一微小变化的影 响不会太大，可以忽略不计 三、饱和盐溶液的选择 在某一固定温度下，一种饱和盐的水溶液只能 提供一个相对湿度固定点。为了能在0~100％RH范 围建立饱和盐湿度标准系统，需要选择几种饱和盐。 选择时要考虑这样几个方面： ①要有合适的间距，首先确定在全湿段选择几 种饱和盐，并大致分配一下这些饱和盐的间距 ，这 些间距是根据自己的使用目的而拟定的： ②湿度固定点随温度变化要小，选择固定点受 温度影响较小的盐，在温度变化不是太大时，可忽 略温度对湿度固定点的影响，不必对盐容器控温， 这样在检测时误差较小； ③盐的物理与化学性质稳定．易受环境影响的 物质不能选，如表 2中的NaOH与KOH (是碱而 不是盐)就不能选，因为易受空气中CO2作用。 世界各国都已认识到湿度标准的重要性，国际 法定计量组织 (OIML)对 “饱和盐溶液标准相对 湿度表”已形成国际建议草案，并于 1994年 6月经 国际法定计量组织成员国表决通过l4J。我国是成员 国，国家标准物质研究中心代表我国投了赞成票 该草案已被批准为新的OIML国际建议PI21 j 国 际建议案中选择 】1种盐组成了一套饱和盐湿度标 准，它包括2O。c下4％RH一98％RH的湿度范围。选 择时，考虑到温度影响和稳定性，也适当地照顾了 间距 (低湿与高湿精密些)。所选盐的种类、湿度 固定点及温度范围见表3。 有 关湿 度 固定 点 的数据 来 源 ，是 以 L． Greenspan的数据为基础，绝大部分数据来源于 L_ 维普资讯 http://www.cqvip.com 技 术 综 述 Technology Review T 相对湿度 mm ℃ 氯t艺艳 澳4P,J3_ 澳f匕{} 氢扎}匕钾 氢氧}匕钠 氯化锂 溴f匕{{ 碘化栏 鳇钾 氯化钾 氯也镬 碘化枘 硅醯钾 酸镬 0 5 7 5如 83 I12 删 3166蜘33 43l n 6 们 52055 5 5．52±19 74Ⅻ 8龇 89 l434_+1J ll 47 21 姗 33 叫蚰 8 424 n．99 43l 蚴 5＆86如 43 10 8蛀1 7l4：ff)．69 84 n74 l23牡 1 Il2 1 21J 5o 1蜘 25 38±n53 33 7蜘24 41卫3±n．∞ 4]l4±039 57．3dd~33 15 4j耻 1 ＆86 擒 8l 1 ln68±l_1 9．57 2 I13O蝴35 202∞蚴 坞 s] n32 3330|m l 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注：【1]湿度固定点 (HFP)值； 【2]HFP值的不确定度； 【3]由5oc～20。c为 L_Greeaspan 和其他五傍资料数据的平均值； 【4]取 白于L Greenspan‘ ttFP值 【5]a】5～45。C，取 自于 L．Greenspan HFP值； b)50～80。C，取自于P．H Huang和1．R WhetstoneI I HFP值。 原文有误 Greenspan(1977)整 理并经 处理的数据 。只有两种 盐一氯化锂和氯化钠在某段温度范围有变化．因为 在核对时发现．它们与某些文献出入较大。氯化锂 从 5～20。c的湿度固定点是Ll Greenspan(1977)和其 他五份资料数据的平均值：氯化钠从 5O～80。c的数 据来源于 P．H．Huang和I．R．Whetstone合写的文章 [61 ， 同时也参照了其他资料。另外，个别盐的数据 有剔除，如氟化铯的前两个数据。 数据选定的温度范围是 5～80。c (醋酸钾为 10～30。C，碳酸钾 5～30。c，硫酸钾 5～50。c)，多 余的温度范围数据被删除。其温度范围来源于原始 文献，数据的给出是温度每隔5。c的湿度固定点值。 湿度固定点数据不是从 L．Greenspan的数据表 中直接搬来，而是进行了整理，湿度固定点值与不 确定度值均由原来小数点后两位变为小数点后一 位，湿度固定点值变化时，采取小数点后第二位四 舍五入的，不确定度值则是小数点后第二位有 值便入，这样处理比起 原来 L．Greenspan数据更切 传露器世界 1999 12 合实际一些 在平时检测与标定湿敏元件或湿度传感器时， 一 般并不需要那么多的盐和那样宽的温度范围，选 择五种盐和 1 5～35。C的温度范围就可以进行简单的 检测 与标定，见表 4 r2000第四届武汉国际传感嚣 仪器仪表与自动侣拉术展矛会 时 间： 2000年 4月4日～6日 地 点：中国武汉湖北件育展览中心 主办单位：湖北省科学技术委员会 中国分析测试协会 展览内容：传感器类、仪器仪表类、自动控制类 组 委 会： 地 址：武汉市武昌区洪山路 62号一号楼二楼 邮 编：430071 电 ： 027·87310265 87310297 传 真： 027．87310301 87310265 E·mail：cnhbstec@public wh．hb CFt 联系人：谢小姐 张小姐 周先生 维普资讯 http://www.cqvip.com 技 术 综 述 Technology Review h'Fp＼盖 LiCl MgCI2 Mg(NO3)2 NaCI K2SO4 ～ 15 l2 33 3i0 3 55 6±0．3 75 6~0．2 97 9±0．7 20 l2 33．1iO．2 54．4±0 3 75．5±0．2 97 6~0 ．6 25 11．3i0 3 32 8i0 2 52 9~0．3 75．3±0．2 97 3~0 ．5 30 I1 3±o．3 32 4~0 2 51 4±0．3 751±0．2 97 0~0．4 35 I1．3±o 3 321±o 2 49 9±0．3 74 9±0．2 96 7±0．4 五种盐的选定，考虑了间距、温度系数与稳定 性。选择的盐含 1I％RH一98％RH范围，且每相邻 两种盐间距大约在 20％RH 左右。从温度系数看， 硝酸镁稍大些，而且在已通过的国际法定计量组织 推荐案中也未选此种盐，这是因为推荐案是高温端 与低温端固定点较密集，中温段较疏，硝酸镁正处 于最疏处，因此未被选中。而从间距考虑．这种盐 非常合适，所以才选择了它。从稳定性看．硝酸镁 ● 性 垂 生 准 _J：睫 ： lJ倍 鞠 E i 辅 一 名 定 价 99年 ‘电脑 报 ) 音 订 奉 c-上_F ) 35 99年 <电 -7-报 ) 音 订 奉 (-上_F ) 35 99年 <软 件 报 ) 舍 订 奉 38； 99年 ‘电 子 电 脑 报 )合 订 奉 (上 下 册 ) 44无 99年 ‘电 子 i 摘 报 )舍 日 奉 {-上_F ) 35 99年 ‘謇 庭 电 子 ) 舍 奉 33 99年 ‘ 京 电 子 报 ) 舍 日 奉 (-上_F ) 32 99年 ‘音 响 技 术 ) 音 奉 32 99年 ‘謇 电 ,Me修 技 术 ) 合 日 奉 43 99年 ‘謇 电 堆 修 ) 音 奉 (-上_F ) 38； 99年 ‘音 响 堆 修 ) 音 奉 (-上_F ) 40 99年 ‘电视 机 堆 修 ) 舍 奉 (-上_F ) 40 99年 ‘末像 机 维 修 ) 舍 奉 (-上_F ) 40 99年 ‘PLY--电 嚣 堆 修 ) 告 目 奉 (-上_F ) 40 99年 ‘软 件 发 烧 友 ) 舍 奉 48元 99年 ‘软 件 与 光 盘 ) 6---~T奉 (-上_F ) 50 99年 ‘太 焱 软 件 ’ 舍 本 (全 套 日 ) 76 99年 <电 子 游 戏 软 件 ) 台 奉 f-上f ) 56 99年 <电 -'7-制 作 ) 舍 目 奉 38元 99年 <电 -'7-I 师 >合 口 奉 60元 99年 <电 子 游 戚 与 电脑 游 戚 )合 订 奉 (上 下 册 ) 56元 99年 <电脑 爱 士于者 ，合 亍『4'- (全 套 日 ) 70 99年 ‘零 用 电 脑 与 游 戚 天 地 ) 合 订 奉 (上 下 册 ) 52元 99年 ‘电脑 游 戚 攻 略 ) 合 订 4,- 25 99年 ‘电脑 电 子 GAME之 謇 ) 合 订 奉 (上 下 册 ) 56元 99年 ‘电 目击蝻 技 与 堆 ’ 合 奉 80 99年 ‘十 圆 电 教 育报 ) 合 奉 c-上_F ) 50 99年 ‘ 蠼 电 与 电 ) 合 订 奉 58 99年 ‘ 蠼 电技 术 ) 舍 奉 (全 套 12 ) 300 99年 <无 蠼 电 制 作 ) 舍 订 奉 (全 套 6册 ) 72元 " 年 <夸 日日 ) 合 目 奉 (全 套 12 ) 2．40 99年 <夸 日电 脑 ) 合 订 奉 (全 套 12册 ) 216元 请将购书款及邮寄费 (书款的 15％)汇至：重庆建新 东路 42号重庆科潮电子图书有限公司，邮编： 400020， 联系人：张晓强 备青茸景，函蔫 4 一 固体盐在高温时是强氧化剂，而其水溶液没有氧化 作用，较稳定，实践应用中也未发现问题。 参考文献 1．L．Greenspan，Humidity Exed points of binary saturated agU~OUS solutions,J．Res．Nat．Bur．Stand． (u．S)8lA(1977)，P89·96 2．A．Wexler，L．Greenspan，VaporPressureEquation for Waterin 曲eRange 0to IO0~C,J．Res．Nat．Btu"． Stand．(u．S)，75A(1971)，P21 3~230 、 3．A．W exler．Vaport~ressureFormulationfor Water inRange0toIO0~C,A Review，J．ResNat．Bur．Stand． (u．S)80A(1 976)，P775-785 4．OIML Reporting Secretarial sp30·Sr3，7"he scMe of relatl"vehumidity ofaircem~edagainstsaturatedsMt solutions,Draft Internationa1 Recommendation voting closed on 1 994．06．30 5．易洪、李占元，任长青，(饱和盐溶液标准相对 湿度表 (国际建议))， (第七届全国湿度与水分 学术交流会集)，P70～72 6．P．H Huang．J．R．Whetstone．占valuation ofrelative htheaidi~ values for saturated aqueous salt solutions using osmotic coet~cients between 50 and 199~C, 《 Moisture and humidity measurement and control in science and industry-》 ．Instrument Society of America,P57(1 985) Humidity Fixed Points of Saturated Aqueous Solutions of Salts Abstract：The data SOUrCe of the humidity fixed points of saturated aqueous solutions of various salts and the humidity standards made up of select saturated aqueous solutions of various salts are detailed in this Paper· Keywords： Saturated aqueous solutions of salts， humidity fixed points，select of salt solutions 作者简介 郝光宗，邢丽缘，梁强威：北京 2659信箱 清华 同方控制公司 (100084) 电话： 010．62785020 读者服务卡编号002口 维普资讯 http://www.cqvip.com