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湿度計(乾湿計)の製作

熱中症対策のために湿度計が欲しくなりました。
人間は汗に含まれている水が水蒸気なるときに奪う気化熱によって身体を冷やし、体温より高い気温下でも熱中症にならずに居られます。
この、汗による冷却効果は絶大で、100度近い気温になるサウナ風呂に入っても火傷を負わないのも汗による冷却効果の御蔭です。
しかし、汗の恩恵を受けるためには肌の近傍の湿度が低いことが絶対条件です。
自然は均一が大好きです。熱い水と冷たい水を隣同士に置けば、時間と共に混ざり合って水温は一定になります。
この事は水蒸気においても言えます。
水蒸気は、水蒸気のたくさんあるところから水蒸気の少ないところに移動しようとします。
肌の近傍に水蒸気が多ければ(湿度が高ければ)、汗に含まれる水は水蒸気になっても移動する場所が無いので水蒸気になれません(気化できない)。
団扇や扇風機で肌に風を当てると涼しいのは、肌で温まった空気が少し冷たい空気と入れ替わるという他に、肌の近傍にまとわり付いている湿度の高い空気を追いやって湿度の低い空気と入れ替わるのも大きいのです。

湿度には単位体積あたりの空気に含まれる水蒸気量を表す絶対湿度と、単位体積あたりに含むことが出来る水蒸気量に対して実際に含まれている水蒸気の割合を表す相対湿度があります。
汗による冷却効果に重要なのは相対湿度で、私たちが日常生活で「湿度」と言うのも相対湿度のことです。
絶対湿度が重要なのは洗濯物を乾かすときです。
冬季は湿度(相対湿度)が低いのに湿度が高い夏季より乾くのに時間を要するのは、気温が低いために空気がたくさんの水蒸気を含むことが出来ないために洗濯物から多くの水分を短時間に奪えないことによります。

さて、売り場で温度計や湿度計を漁っていると、がっくりすることがあります。
温度計や湿度計によって示している値が誤差とは思えないほど違うことがよくあるのです。
特に湿度計の値が大きくずれています。

私たちが見かける湿度計には
  • 乾湿計
    温度に感応する部分を濡らした温度計と、その部分を乾かした温度計の温度差から湿度 を測るものです。
    水で濡れている温度計は水が蒸発するときの気化熱で温度が下がります。
    周囲の湿度が低ければより水が蒸発するので温度もより下がり、周囲の湿度が高ければ 水が蒸発し難いので温度はさほど下がりません。
    正確な温度計を使って通風式の乾湿計を作れば、湿度の較正に使える精度のものが作れます。
  • 毛髪湿度計
    人間の毛髪が水分の量によって伸び縮みする性質を利用、 或いは、毛髪と同様の性質を持つ繊維やセロファンを利用しています。百円ショップ購入した湿度計は水分を含みやすい樹脂テープで作られていました、
  • 電気式湿度計
    水分を含むことによって誘電率が変化する高分子膜や抵抗値が変化するセラミックを電気回路に組み込み、前者はコンデンサーの容量の変化、後者は抵抗の変化が周波数を変える発振器の一部とし、発振器からの出力周波数を計測することで湿度を数値で表しています。電気回路しては、デジタル表示の温度計や気圧計と同じです。

私たちが簡単に作れるのは毛髪湿度計と乾湿計です。
毛髪湿度計は針が湿度を指すように作れるので利用しやすいですが、工作が少々難しい上に正確な湿度計で較正しておかないと、湿度の変化しか判りません。

温度計を2本使った乾湿計を作る方法

温度計を2本使った湿度計は下図のような物になります。この型は正確で実用的なのですが、自作する場合は正確な温度を測れる温度計を入手するのが難しいのが欠点です。 研究室で使う精密な棒状温度計は高価なので、同じ環境下では同じ温度を示す温度計を2本用意します。温度を数値で表示する電子温度計も使えますが、1つは常時水に濡れているので金魚や熱帯魚水槽の温度を測るのに使うような防水仕様が必要です。
温度計を利用した湿度計の説明図
上図Bの温度計のアルコールが溜まっている部分(下の部分で、ガラスが薄くなっており、ここの温度が温度の値になる)にはガーゼが巻かれ、ガーゼの一端がいつも水に浸けられているので、毛細管現象により、ガーゼはいつも濡れています。
ところで、水が水蒸気になるときには熱を奪います。
ということは、濡れたガーゼが巻かれている温度計Bは、乾いている温度計Aより低い温度を示しているはずです。
水はその時の気温によって蒸気となって空気中に含まれる最大量が決まっています。
ですから、湿度が低い時にはガーゼからたくさんの水が蒸発し、その結果、温度計Bは温度計Aより低い値を示し、湿度が高い時には、ガーゼから少ししか蒸発できず、温度計Bは温度計Aより少しだけしか低くなりません。
この湿度計は、乾湿湿度計といって、ホームセンター、園芸用品を扱っている店などで手に入ります。

 乾湿計から湿度を求めるには、計算するか、通風していないときの表
( ⇒乾湿計から湿度を求める表 )を引くことになりますが、ある程度正確な温度計が手に入れば較正しなくても実用範囲内の湿度を求めることが出来ます。

100円ショップで精度プラスマイナス1度と書かれた温度計を2個買ってきました。
正確な気温を示しているか疑問ですが、同じ値を示している温度計を選びます。
百円ショップで購入した温度計で湿度計を自作した写真
温度計の感応部(上写真では青い部分)のカバーを写真の様に切ります。
カバーがあると、感応部にガーゼを巻きつけて糸で縛るのが難しいこともあるのですが、風通しよくして湿度の高い空気が居座らないようにするのが目的です。
私は、ガーゼが無かったので、ティッシュペーパーを1枚巻きつけて糸で縛り、水を入れた乳酸菌飲料の容器にティッシュペーパーの他端を浸けまし た。
毛細管現象で水はティッシュペーパーを上に昇って温度計の感応部を濡らし続けます。 
ガーゼやティッシュペーパー部分は汚れると精度が落ちるので、1月ごとぐらいに綺麗なものに替えます。(糊や油脂が付いていると精度が落ちる)