湿度計

古代中国の殷王朝時代には、気象を研究するために粗雑な湿度計が考案・開発されました。 ^{[ 2 ]}中国人は木炭の棒と土の塊を使用し、乾燥重量を測定した後、空気中に放置した後の湿った重量と比較しました。重量の差を用いて湿度レベルを算出しました。

湿度を測定するために質量を利用した他の手法も用いられた。例えば、空気が乾燥しているときは木炭の棒は軽くなり、空気が湿っているときは木炭の棒は重くなる。棒の一端に土の塊を、もう一端に木炭の棒を吊り下げ、中央に固定された吊り上げ用の紐を取り付けて、乾燥した空気中で棒を水平にすることで、古代の湿度計が作られた。^{[ 3 ] [ 2 ]}

金属紙コイル式湿度計は、湿度の変化をダイヤルで示すのに非常に便利です。安価な機器によく見られますが、精度は限られており、10%以上の誤差が生じる場合があります。このタイプの湿度計では、金属コイルに取り付けられた塩を含浸させた紙片が水蒸気を吸収し、コイルの形状が変化します。この変化（バイメタル式温度計と同様）によって、ダイヤルに表示が生じます。通常、ゲージの前面には目盛りを指す金属製の針が付いています。

これらの装置は、張力をかけた人間または動物の毛髪を使用します。（毛髪の代わりに鯨骨などの素材が使用される場合もあります。）毛髪は吸湿性（水分を保持する性質）があり、湿度によって長さが変化します。この長さの変化は機構によって拡大され、文字盤や目盛りに表示されます。スイスの物理学者で地質学者のホレス・ベネディクト・ド・ソシュールは、1783年にこのような湿度計を初めて製作しました。伝統的な民芸品である「天気小屋」も、この原理に基づいています。

 これは、長さ8インチまたは10インチ（20または25cm）の人間の毛髪bc（図37）で構成されており、一方の端はネジaに固定され、もう一方の端は滑車cを通って絹糸と重りdでしっかりと張られています。

プーリーは目盛りの付いたスケール(e)上を移動するインデックスに接続されている。毛髪から油分を取り除くことで、例えば最初に毛髪をジエチルエーテルに浸すなどして、装置の感度を高めることができる。^{[ 4 ]}

乾湿計、または乾湿球温度計は、2 つの校正済み温度計で構成されており、一方は乾燥しており、もう一方は靴下または芯に蒸留水で湿らせた状態になっています。^{[ 5 ]}水の凝固点以上の温度では、芯からの水の蒸発により温度が低下し、乾湿球温度計の温度よりも湿った球温度計の温度が低くなります。ただし、気温が氷点下の場合は、正確さを保つために湿球を薄い氷の層で覆う必要があります。昇華熱の結果、湿球温度は最終的に乾球温度よりも低くなりますが、これには乾湿計を何分も継続して使用する必要がある場合があります。

相対湿度（RH）は、乾球温度計で示される周囲温度と、乾球温度計と湿球温度計で示される温度差から算出されます。また、乾湿計図上で乾球温度と湿球温度の交点を見つけることによっても相対湿度を求めることができます。空気が完全に飽和しているとき、乾球温度計と湿球温度計は一致し、その差が大きいほど空気は乾燥しています。乾湿計は、気象学や、住宅用および商業用空調システムの冷媒充填量を適切に調整するために、暖房、換気、空調（HVAC）業界で一般的に使用されています。

スリング式乾湿計

柄に取り付けられた温度計を使用するスリング式乾湿計は、両方の温度が安定するまで、空気の流れの中で手動で回転させます。これは野外測定に使用されることもありますが、より便利な電子センサーに取って代わられつつあります。回転式乾湿計は同じ原理を利用しますが、2つの温度計はラチェットやフットボールのラトルに似た装置に取り付けられています。

露点とは、一定圧力下で湿った空気（またはその他の水蒸気）のサンプルが水蒸気飽和に達する温度のことです。この飽和温度を超えると、さらに冷却すると水が凝縮します。冷却鏡式露点湿度計は、一般的に入手可能な最も高精度な機器の一つです。冷却鏡と光電子機構を用いて、鏡面上の結露を検出します。鏡の温度は電子フィードバックによって制御され、蒸発と凝縮の動的平衡を維持することで、露点温度を正確に測定します。 これらの装置では0.2℃の精度が達成可能で、これは一般的なオフィス環境では相対湿度の精度が約±1.2%に相当します。旧式の冷却鏡は、清掃と熟練した作業が必要な金属製の鏡を使用していました。最新の冷却鏡は、定期的な清掃を必要としない高度に研磨された表面を使用しています。

近年では、分光式冷却ミラーが導入された。この方法では、分光光検出によって露点を測定し、凝縮の性質を明らかにする。この方法は、従来の冷却ミラーの多くの欠点を回避し、ドリフトのない動作が可能である。

冷却鏡は、他の湿度計の校正のための基準測定として用いられています。これは、冷却鏡が凝縮物理学の核心を参照し、国際量体系の基本量（長さ、時間、物質量、電流、温度、光度、質量）の1つである温度を測定するという、基本的な第一原理に基づいているためです。^{[ 6 ]}

コスト、スペース、または脆弱性が重要な場合、精度が低下するという代償を伴うものの、他のタイプの電子センサーが使用されます。容量式湿度計は、ポリマーまたは 金属酸化物の誘電率に対する湿度の影響を測定します。校正されている場合、相対湿度5%から95%の間での精度は±2%RHです。校正されていない場合は、この精度は2～3倍悪くなります。容量式センサーは、結露や一時的な高温などの影響に対しては堅牢ですが^{[ 7 ]} 、汚染、ドリフト、および経年劣化の影響を受けます。しかし、多くの用途に適しています。

抵抗式湿度計では、湿度による材料の電気抵抗の変化が測定されます。 ^{[ 7 ]}代表的な材料は塩と導電性ポリマーです。抵抗式センサーは容量式センサーよりも感度が低く 、材料特性の変化が小さいため、より複雑な回路が必要です。また、材料特性は湿度と温度の両方に依存する傾向があるため、実際にはセンサーを温度センサーと組み合わせる必要があります。精度と結露に対する堅牢性は、選択された抵抗材料によって異なります。堅牢で結露に強いセンサーは、最大±3%RH（相対湿度）の精度で存在します。

熱式湿度計では、湿度による空気の熱伝導率の変化が測定されます。これらのセンサーは、相対湿度ではなく絶対湿度を測定します。 ^{[ 7 ]}

重量式湿度計は、空気（またはその他の気体）から水分を抽出し、それを別々に計量します。例えば、乾燥剤が水分を吸収する前と後で計量します。得られた乾燥ガスの温度、圧力、体積も測定され、ガス1モルあたりの水分量を計算するのに十分な情報が得られます。^{[ 8 ] [ 9 ]}

これは絶対湿度を測定する最も正確な一次測定方法と考えられており、米国、英国、EU、日本ではこの方法に基づいた国家標準が策定されている。しかし、このような装置の使用は煩雑であるため、通常は精度が低い測定器（伝達標準器と呼ばれる）の校正にのみ使用される。

光学式湿度計は、空気中の水による光の吸収を測定します。^{[ 10 ]}発光体と光検出器が、その間に空気層を挟んで配置されています。検出器で観測される光の減衰は、ベール・ランバートの法則に従って湿度を示します。種類としては、ライマンアルファ湿度計（水素から放出されるライマンアルファ光を使用）、クリプトン湿度計（クリプトンから放出される123.58 nmの光を使用）、および差分吸収湿度計（異なる波長で動作する2つのレーザーから放出される光を使用。一方は湿度に吸収され、もう一方は吸収されない）などがあります。 

湿乾式法による正確な湿度測定には、使用する温度計の正確な校正が不可欠です。最も正確な結果を得るには、温度計を放射熱から保護し、湿球に十分な空気の流れを確保する必要があります。最も精密なタイプの湿乾球乾湿計の 1 つは、19 世紀後半にアドルフ・リチャード・アスマン(1845–1918) によって発明されました。^{[ 14 ]}英語の文献では、この装置は通常「Assmann psychrometer」と綴られます。この装置では、各温度計は研磨された金属製の垂直管内に吊り下げられ、その管はさらにわずかに直径の大きい 2 番目の金属管内に吊り下げられています。これらの二重管は、温度計を放射熱から隔離する役割を果たします。一定の速度を確保するために時計仕掛けの機構で駆動されるファンによって、管を通して空気が吸引されます (一部の現代版では、電子速度制御を備えた電動ファンを使用しています)。^{[ 15 ]}ミドルトン (1966) によれば、「重要な点は、空気が同心円状の管の間だけでなく、内側の管を通っても吸い込まれることである。」^{[ 16 ]}

特に相対湿度が低い場合、湿球温度の理論上の最大低下を得ることは非常に困難です。1990年代後半のオーストラリアの研究では、かなりの予防措置を講じた場合でも、ガラス管式湿球温度計は理論予測よりも温度が高くなることが分かりました。^{[ 17 ]}これにより、RH値の読み取り値が2～5パーセントポイント高くなる可能性があります。

気温が氷点下の場合に正確な湿度測定に用いられる解決策の一つとして、サーモスタット制御の電気ヒーターを用いて外気の温度を氷点以上に上げる方法がある。この方法では、ファンが外気を吸い込み、(1) 周囲の乾球温度を測定する温度計、(2)発熱体、(3) 加熱された空気の乾球温度を測定する2つ目の温度計、そして最後に(4) 湿球温度計の順に通過させる。世界気象機関のガイドによると、「加熱式乾湿計の原理は、空気塊の水蒸気含有量は加熱しても変化しないという点にある。この性質を利用すれば、氷球を氷点下に保つ必要がなくなるため、乾湿計の利点となる。」^{[ 18 ] [ 19 ]}

周囲の空気の湿度は3つの温度測定値から間接的に計算されるため、このような装置では、2つの電球を使用する構成の場合よりも、温度計の正確な校正がさらに重要になります。

さまざまな研究者^{[ 20 ]}が、湿度計の校正に飽和塩溶液を使用することを調査してきました。特定の純粋な塩と蒸留水のシャーベット状の混合物は、密閉容器内でほぼ一定の湿度を維持するという性質を持っています。飽和食塩（塩化ナトリウム）浴は、最終的に約75%の読み取り値を示します。他の塩は、平衡湿度レベルが異なります。塩化リチウムは約11%、塩化マグネシウムは約33%、炭酸カリウムは約43%、硫酸カリウムは約97%です。塩溶液の湿度は温度によって多少変化し、平衡に達するまでに比較的長い時間がかかる場合がありますが、機械式および電子式湿度計のチェックなどの低精度アプリケーションでは、使いやすさがこれらの欠点をある程度補います。