湿度计与蒸发计:自17世纪以来的湿度测量简史
创始人
2025-09-07 18:04:20
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剑桥大学科学史惠普尔博物馆提供,公共领域

早期的湿度计使用头发、鲸骨或羊肠线。

作者:Allison Ksiazkiewicz博士

科学史学者

对露点的早期研究

早期的湿度计使用头发、鲸骨或羊肠线——这些材料在受潮时会伸长——来测量空气的湿度。从湿润表面蒸发的水的速率是另一种确定周围大气中水蒸气含量的方法。湿度在我们“感受”温度方面起着重要作用。

自15世纪以来,露点一直是研究对象,它是空气中水分凝结成液体的温度。托斯卡纳大公费迪南二世(1610-1670)对这一现象的研究促成了冷凝湿度计的诞生。

他发现,在炎热的夏季,玻璃杯外侧会根据温度和风力形成水珠。出于对大气特性和使水蒸气变成液体的条件的好奇,费迪南二世发明了他的仪器。该仪器由一个装满冰的圆锥形容器组成,费迪南粗糙的湿度计使他能够对温度和空气循环如何影响大气中的水蒸气以及产生露水的条件进行实验。

1751年,夏尔·勒罗伊(1723-1789)试图通过将冷水倒入玻璃容器中,观察水蒸气的凝结,然后测量水的温度来绘制露点图。然后将水倒入第二个玻璃容器中,重复该过程。

干湿球湿度计

如上图所示,1851年由法斯特雷·艾因制造的干湿球湿度计比冷凝湿度计更可靠,用于测量空气湿度。干湿球湿度计最初由威廉·卡伦(1710-1790)和约瑟夫·布莱克(1728-1799)于1755年开发,基于水的蒸发来测量湿度。

卡伦和布莱克发现,湿温度计在变干时会略微下降。经过进一步研究,卡伦和布莱克观察到蒸发产生的冷度可以测量。如果一个温度计保持在湿棉布套中,表示水蒸发的温度,而第二个温度计测量正常空气温度,那么两者的差异就提供了湿度的测量值。蒸发速率和冷却程度取决于空气中已有的水蒸气量。

发式张力湿度计

约1820年的德索修尔型发式湿度计。/剑桥大学科学史惠普尔博物馆提供,公共领域

瑞士学者霍勒斯-贝内迪克特·德索修尔(1740-1799)尝试用各种材料测试空气湿度,发现脱脂人发是一种方便可靠的介质。潮湿天气会使人发伸长,而干燥天气会使人发缩短。头发长度变化产生的张力会移动一个指针,该指针沿着刻度指示湿度。

兰布雷希特的卫生顾问,产自德国哥廷根。/剑桥大学科学史惠普尔博物馆提供,公共领域

虽然发式湿度计用于气象目的,但它们也用于家庭环境。1896年的兰布雷希特家用湿度计作为医疗辅助工具,指示室内空气质量。

在19世纪的瘴气疾病理论中,湿度和空气质量与健康观念密切相关。湿度计背面的题词建议进一步阅读,以帮助居民了解不健康空气的危害。推荐的书籍包括弗莱舍博士的《健康空气》和乌斯特博士的《人体皮肤温度及其与寒冷和卡他症的关系》。为了校准发式湿度计,使用湿鸽子羽毛润湿头发,并将仪器调整为在刻度盘上显示95%。

蒸发计

“德拉戈尔”空气测试仪,一种特殊的蒸发计。/剑桥大学科学史惠普尔博物馆提供,公共领域

蒸发计通过测量湿润表面的水向大气蒸发的速率来测量空气湿度,这是另一种测量空气湿度的方法。蒸发计不仅用于研究大气条件,而且这种仪器还被用于早期的“气候控制”形式。“德拉戈尔”空气测试仪是惠普尔收藏中的一种仪器,它测量从物体内部的水保持湿润的湿布上蒸发的水。在数小时或数天内水位的下降被用来计算空气蒸发的速率。

“德拉戈尔”被设计成一种奇特的类似龙的生物,用于测量工厂、车间和办公室等工作场所的“空气舒适度”。这种蒸发计的原理最初由苏格兰数学家和物理学家约翰·莱斯利爵士(1766-1832)开发。到1925年,该仪器在美国被包装并销售为“德拉戈尔”。“空气舒适度”是通过测量温度、湿度和空气循环的综合效应来确定的。

“德拉戈尔”由一个密封的玻璃部件制成,该部件由一个大球体组成,作为“德拉戈尔”的头部,带有一个长管,类似于生物的舌头。一毫米的有色液体停留在“舌头”管中。

玻璃的大球体被一块布覆盖。布的两端像灯芯一样悬挂在内部的水槽中,湿布在水蒸发时产生温度和压力差异。德拉戈尔“舌头”内的液滴移动以平衡玻璃容器两部分之间的压力,使生物的头部来回摆动。这些运动或“冲程”每分钟计数一次,表明如何调整湿度和空气循环以获得更舒适的工作环境。

随“德拉戈尔”空气测试仪提供的小册子。/剑桥大学科学史惠普尔博物馆提供,公共领域

根据每分钟的“冲程”速率,可以更好地调节温度或气流。到了20世纪初,人们认识到工人身体内的代谢过程显著影响工厂等封闭或受限空间,而更好的室内条件可以提高工人的效率。久坐工人的理想条件与站立或从事更多体力活动的工人不同,如随附的说明书所述。

剑桥大学科学史惠普尔博物馆发表

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