<정확한 습도계 제작을 위한 실험과 연구> 

상대습도(相對濕度, Relative Humidity ; RH) 와 습도계
units : % rh  or % RH
[이하 "상대습도"는 "습도"라고 표현 한다]

온도 마다 다르긴 하지만 대체로 60%~40%의 습도면 쾌적함을 느끼고 건강에 좋은 습도입니다.
쾌적한 환경을 위하여 여름에는 60%이하로 낮추기 위해 제습이 필요하고,  
겨울철에는 40% 이상으로 높이기 위하여 가습이 필요. 
서울 기준으로 월 평균 7월 8월에 70%를 넘고, 나머지 달에는 70% 아래로 내려갑니다. 1월에 50%.

겨울철에 실내 습도가 낮은 이유는 밖의 절대습도가 낮은 공기가 환기가 되면
실내 온도가 바깥 보다 높아 상대습도가 낮아지게 된다. ☜ 겨울철에 건조한 이유

예) 바깥 5℃ 60%의 공기를 실내 온도가 25℃에 모든 공기를 환기 시켜 25℃로 올릴 경우
4g/m³ 의 공기로 17%의 습도가 된다. (실내에서 가습이 전혀 안되었다고 보는 경우)
반대로 25℃ 50%의 공기를 밀폐 통에 담아 15℃로 온도를 낮춘다면 이 통안의 습도는 90%정도가 된다.
또 25℃ 50%의 공기를 밀폐 통에 담아 5℃밖에 일정시간 두어 5℃가 되면
포화되어 안개처럼 보이거나 벽면에 이슬이 맺힐 것이다. 이 때 안개나 이슬을 모은 다면 약 4.7g이 된다.

 습도(濕度; Humidity)의 중요성
   건강관리 : 높은 습도에서는 진드기를 키우고, 세균과 곰팡이 등이 번식, 불쾌지수가 올라 감.
                반대로 낮은 습도에서는 호흡기 질환과 피부노화 촉진 등 건강에 좋지 않음.
 
   식물 : 온도와 빛이 있는 식물의 성장에 미치는 환경 조건으로서 중요
          습도가 적절하지 못하면 식물의 마름, 병해 발생, 식물의 스트레스 등 심오한 관계가 있음.

    기타, 통기타 등 목제악기, 도서 보관, 농축산 시설, 의료 약품시설, 폭발물 제조 등 여러 분야.
    부식, 곰팡이, 뒤틀림, 식품, 의약품, 화학물질, 연료, 목재, 종이 등에 영향.

정확한 습도 측정을 위하여 건식, 습식 온도계(일치하는 2개의 온도계)를 사용하고 강제 통풍식 구조로 한다. 

습도(濕度; Humidity)는 공기의 습하고 건조한 정도를 습도 라고 한다.
                         ※ 습도가 낮으면 건조하고 높으면 습하다.

습도의 표시는 공기 중에 포함되어 있는 수증기의 양 또는 비율로 나타내며,
               일반적으로 습도의 높고 낮음은 비율로 표시하는 상대습도를 사용한다.

상대습도(Relative Humidity)는, 어떤 온도의 대기 중에 포함되어 있는 수증기의 양을
           그 온도의 포화 수증기 양으로 나눈 비율을 말한다.  단위 : % rh 또는 % RH

   상대습도 (% 또는 %RH) = (현재의 수증기량 / 현재 온도의 포화 수증기량) X 100

   각 온도 마다의 포화 수증기양은 이미 측정이 되어 알려져 있지만 현재의 수증기양은 바로 측정이
  어렵기 때문에 여러 가지 방법을 이용하여 습도를 측정하고 있는데, 표준으로는 통풍형 건습구를
  이용한 습도계를 이용하여 현재 습도를 알아 낸다.
 
   상대습도 100%가 되면 대기 중의 수증기량이 포화되어 결로가 시작 된다. (←이슬점)
 

수증기(Vapor)는 눈으로 볼수 없는 기체 상태의 물을 수증기라 한다.  (입자 크기는 0.001㎛ (1㎚))
           수증기가 응결되면 구름, 비, 눈, 이슬, 서리 및 안개를 발생 시킵니다.

김(Steam)은 눈에 보이는 액체 상태의 작은 물방울이 떠 있는 것으로,  현재 온도 보다 일정 이상 높은
           수분체에서 만들어 지며, 습도 100% 이하에서는 수증기로 바뀐다.  (김의 입자크기 5㎛ 이상)
            (이슬점 온도보다 낮은 물체나 면이 있으면 결로를 일으킨다) 

포화수증기량(Saturation vapor content)은
                  어떤 온도의 공기중에 최대로 수증기를 포함할 수 있는 양이다.
                  즉 이슬점 온도가 될 때의 절대습도(g/m³⁾양 이다.

                 ※ 포화 수증기량은 온도 마다 다르다. (포화수증기량표 참조)

이슬점(노점(露點):Dew Point Temperrature) 온도는
               어떤 온도에서 수증기가 응결이 시작되는 점의 온도를 이슬점 온도라고 한다.

               이슬점 온도는 현재 온도와 현재 상대습도에 의하여 알아 낼 수 있다.

           
              
               예) 현재온도 25℃, 65% 습도에서의 이슬점 온도는 18℃입니다.
                   이 환경에 18℃ 이하의 물체가 있다면 이슬이 맺히게 됩니다.  
                   이 때의 공기1m³ 당 수분 14.82g를 함유한다.  절대습도 14.82g/m³이다.
                   (이슬점의 온도는 현재 온도 보다 낮음.  이슬점 온도표 참조)

                   냉장고의 시원한 물을 컵에 따르면 컵표면에 습기가 맺혀 물이 흐르게 되지요
                   이것은 컵안의 물 온도가 이슬점보다 낮아서 물방울이 맺히게 됩니다.
                   온도 차이가 나도 이슬점보다 높으면 이슬이 맺히지 않습니다.
    
                   반대로 뜨거운 물컵의 컵에는 이슬이 맺히지 않지요.
                   이는 컵속의 온도가 현재온도와 이슬점 보다 많이 높아서 절대 이슬이 맺히지 않습니다. 

   ※ 공기중 습기(수증기)의 입자 크기는 0.001㎛ (1㎚) =  자연 기화 물 입자
   ※ 초음파 가습기의 입자크기 5㎛ 이상 = 안개
   ※ 세균의 평균크기 1㎛ 내외  ☜
  

절대습도(Absolute Humidity)에는 용적 절대습도와 중량 절대습도가 있다.
             보통 절대습도는 용적 절대습도를 많이 사용 합니다 (단위: g/m³)

    용적 절대습도는 대기의 단위 용적(1m³)에 포함되는 수증기의 양을 중량으로 나타낸 것입니다.
             (단위: g/m³)

    중량 절대습도는 수증기를 포함한 공기를 습한 공기라고 하며, 습기(濕氣)로부터 수증기를 제외한 공기를 마른 공기(dry air)라고 한다. 마른 공기의 중량에 대해 습기차 공기 중에 포함되는 수증기(water vapor)의 중량이 그 비를 중량 절대 습도라고 하여, 단위를 [kg/kg(DA)]로 나타낸다.(DA은 dry air의 준말)

습도측정 방법은 용도, 환경에 따라 여러 가지 방법이 있다.    
             1. 전기적 임피던스 : 저항 또는 용량 변화를 이용하는 방식으로 직접 표시.
                       현대식 저가형 간이 습도계에서 주로 사용하고, 고급형인 경우 정기적으로 교정하여 사용.

             2. 응축(凝縮, Condensation) : 이슬점 습도계에 사용되며, 건조한 가스 등에서 수분 측정에 사용
                       Peltier등의 소자를 이용 광학 밀러 온도를 측정하는 방식을 주로 사용
             ※ 응축(凝縮, Condensation) : 여기서 응축은 수증기인 기체가 이슬인 액체로 변 하는 것.

             3. 건식 및 습식 발브(또는 센서) (Psychrometer)
                       : 일반화된 간이 건습구 습도계 및 정밀 습도계에 사용. 단점은 물 보충과 심지 관리.
                       건구, 습구 2개의 온도계를 이용하여 습도를 습도표 또는 계산으로 구하는 방식으로
                       직선성 변화가 없는 온도 센서를 사용할 경우 교정이 필요 없으며,
                       통풍식 건습구 습도계는 기준 습도계로도 사용. 

             4. 물리적 재료의 수치변화 : 물리적 기록계나 간이 아날로그 표현식에 사용
                       모발, Catgut(새끼양이나 고양이 창자로 만든 실), 종이 등의 확장 수축을 이용
                       모발 습도계는 현대에서도 기계식 기록계로 사용 되어지고 있다.

습도계(hygrometer) 는 대기 중의 수분량를 측정하는 데 사용되는 도구입니다. (상대습도계)
습도 측정 장비는 일반적으로 습기가 흡수 될 때 물질의 온도, 압력, 질량 또는 기계적 또는 전기적 변화와 같은 다른 양의 측정에 의존합니다. 보정 및 계산을 통해 이러한 측정 된 양은 습도를 측정 할 수 있습니다.
현대 전자 장치 습도계는 습도 차이를 측정하기위하여 전기 용량 또는 저항의 변화를 많이 사용.

전자 센서로 직선성이 좋은 습도 측정이 어려운 이유는 온도 마다 포화수증기량이 다르므로,
이 온도마다의 포화수증기량에 대한 비율을 정확히 계산하여 표시해야 하기 때문이다.

고전 습도계로는 모발 습도계(자기습도계로 이용), 건습구를 이용한 습도계 등이 있으며, 이 습도계들은 현대에 와서도 사용이 되어지고 있다. 모발습도계는 기계식 습도 기록계로 사용되고 있고, 특히 건습구 온습도계는 기준 습도계로 널리 사용 되고 있다.
※ 건습구 온습도계는 급격한 온도 변화에 대하여 건구 습구가 변화하는 속도가 다르다.

최초의 습도계는 1480 년 Leonardo da Vinci (1452~1519) 에 의해 습도에 따라서 물질의 신축 현상을 고안되었으며, 1755 년에 polymath Johann Heinrich Lambert (스위스 수학자) 에 의해 실용적인 습도계를 발명 했고,  1783년 스위스의 물리학자 소쉬르(Horace Bénédict de Saussure)에 의해 실제 모발 습도계가 실험에 의해 사용할 수 있게 만들어 졌다.

모발 습도계 (毛髮 濕度計:Hair Hygrometer)
모발은 0% ~ 100%RH로 변화 할 때 약 2.5%의 길이변화를 나타내므로 이를 이용하여 습도를 측정합니다.
20% 이하의 낮은 영역을 습도에는 큰 오차를 나타내는 특성이 있다.

건습구 습도계
1750년경 리치만(Richmann)이 물이 증발 할 때 증발열에 의해 온도가 내려가는 현상을 발견하였으며,
1825년에 어거스트(August)에 의해 이런 원리를 이용하여 건습구(乾濕球) 습도계의 원리를 최초로 발명하여 ,
1886년 아스만(Adolph Richard Aßmann (1845-1918 : 독일 기상학자 겸 의사))이
지금과 같은 건습 통풍 습도계를 제작하게 되었다. (현대의 기준 습도 계산용으로 많이 사용)

전기 전자적 장치없이 쉽게 습도를 측정하는 건습구 온습도계를 많이 사용 합니다만 습도를 직독할 수는 없고, 두 값을 읽고 온도의 차이를 표에서 찾아 습도를 알아 낼 수 있어 불편한 점도 있지만 적은 비용으로 엉뚱한 오차 없이 현재 습도를 측정할 수 있습니다.
최근 이 건습구 온습도계를 디지털로 직독할 수 있는 제품도 나와 있지만 센서와 기구 구조상 확도 높은 습도계는 그리 많지는 않습니다. 
※ 건습구 방식의 습도 측정은 반드시 건습구 습도표나 계산하여 표시할 수 있는 장치가 있어야 한다.  

정확한 건구, 습구 온도를 측정하는 것이 비교적 손쉽게 확도 높은 습도를 알아 낼수 있는 방법이다.

최근 고가의 전자적인 센서가 개발 되긴 했지만 이는 사용 환경이나 시간의 흐름에 따라 교정을 하지 못하는 경우에는 정확한 측정값을 얻기 어렵다.

특히 건습구 습도계는, 다른 습도계를 교정하는 기준으로 활용되는 경우가 많다. <위키>

<Wikipedia, 위키백과 등 에서 발췌 편집>

작성중 ! ! !
작성중 ! ! !
작성중 ! ! !

표 또는 계산에 의하여 확인		정확 ● 편리
	⇒	건구 26.6℃, 습구 21.5℃ 일때

웬만한 센서식 디지털 습도계보다 이런 건습구 습도계가 신뢰성이 좋다. (영상 온도에서만 사용가능)

건습 두 온도를 측정한 후 아래 표에서 정확한 상대 습도를 읽어보세요.
잘 맞는지 않맞는지 궁금해하는 것 보다 작은 오차가 있더라도 확실한게 Best !  

현재온도와 젖은온도 차 (건습구 습도표)
(건습 0.5도 차이 마다 습도가 약 3%~5% 변화 함)

정확한 건구온도와 습구온도의 차이를 측정하면 정확한 상대습도를 알수 있습니다
예)  건구온도  27.0℃, 습구온도 23.5℃ 이면 3.5℃ 차이로 상대습도가 74.5%

건습구 습도표

 건습구 습도표

이슬점 온도표

현재온도와 상대습도를 알고 있으면 이슬점 온도를 알 수 있다.
이슬점 온도는  습도가 100% 가 되면 현재 온도와 같다.

   예) 겨울철에 실내 온도가 25℃, 상대습도가 60%일때 벽의 온도가 16.7도(이슬점 온도) 이하가 되면
        벽에 결로(이슬이 맺임)가 시작됩니다.
        이 경우 단열을 다시 해야 벽에 습기가 차지 않아 곰팡이 등이 생기지 않겠지요. ㅎㅎ
        이 때 밖의 온도, 습도, 이슬점 온도와는 상관이 없습니다.  겨울이라 실내 보다는 온도가 낮음.
                           ***  집안에 온 습도계가 필요하긴 하네요 (정확하면 좋겠지요)  ***

        이슬점 온도를 일기예보표에 예보 하고 있는데 어떤 용도인지 궁금..................................

표면 온도 측정용 적외선 온도계

마이너스 이슬점 온도 이하가 되면 얼어서 성애(서리)가 됩니다.

이슬점 온도표


 

포화 수증기량표
상대습도 100% 일때 즉 이슬점 온도가 될 때의 절대습도(g/m³⁾양 입니다.
상대습도는 현재 수증기양과 이 포화수증기양에 대한 비율입니다.

예)  30℃에서 상대습도 50%이면 공기1m³ 당 15g의 수증기(물)가 포함되어 있다는 뜻입니다.
30℃에서 습도 80%이면 공기1m³ 당 24.2g의 수증기 포함
30℃에서 습도 40%이면 공기1m³ 당 12.1g의 수증기 포함
25℃에서 습도 40%이면 공기1m³ 당 9.2g의 수증기 포함
12℃에서 습도 40%이면 공기1m³ 당 4.2g의 수증기 포함
5℃에서 습도 40%이면 공기1m³ 당 2.7g의 수증기 포함
5℃에서 습도 55%이면 공기1m³ 당 3.7g의 수증기 포함
25℃에서 습도 16%이면 공기1m³ 당 3.68g의 수증기 포함

포화 수증기량 표 (기압 1013 hPa 일때)
0~50℃에서 오차 ≤ 0.05% ,  영하에서  오차 ≤ 0.06%

맨  위로 (TOP)   

※ 수은 사용 금지 및 제한 : 국제수은협약인 미나마타 협약(The Minamata Convention on Mercury)에 의하여 2020년 이후 원자재 수은의 교역이 제한되고 협약대상 수은첨가 제품(전지‧형광등‧혈압계‧체온계 등)별로 설정된 수은 함량기준을 초과한 제품에 대한 제조, 수, 출입 금지 (한국은 이 협약에 2014년에 서명)

 연구원들이 원하던 습도계

MK-100A 통풍 습도계와 수은 통풍건습계의 측정 비교 "예"

이제는 더 이상 불편하고 값비싼 수은 건습계를 들여다 볼 필요 없습니다
 

연구원들이 원하던 습도계 탄생 (수은 통풍 건습계와 습도값 일치)
상대습도, 건구 온도, 습구온도, 이슬점 온도 확인가능

이제는 더 이상 불편하고 값비싼 이중관 수은 온도계를 이용한 아스만식 건습계를 들여다 보고 계산하거나 표를 볼 필요 없습니다

100년이상 사용해온 아스만 통풍건습계 및 모발습도계(영상 사용시)의 새로운 대체품
디지털로 편리하게 볼수 있으며 기기를 직접 제어 하거나 PC에서 데이터 관리를 할 수 있습니다. 

전원 ON 후 비교

표 또는 계산에 의하여 확인

정확 ● 편리

눈으로 읽고

표에서 확인

⇒

건구 26.6℃, 습구 21.5℃ 일때

이제 불편하게 측정할 필요 없습니다.
아스만 식 1886년 부터 130년 동안 사용

정확하게 9 종류 바로 확인
2017년 ~

  Resolution

  Accuracy

Relative Humidity

  0.1%

  ±1%  (1%RH~99.7%RH, 1℃~50℃)

Absolute Humidity

  0.1g/m³

  ±0.1 g (1℃~50℃) Other Ranges ±0.3 g max
  Atmospheric Pressure 760mmHg(1013.25 hPa) ± 7 hPa

Temperature

  0.1℃

  ±0.3℃ (0℃~50℃)

  Resolution

  Accuracy

Relative Humidity

  0.1%

  ±1%  (1%RH~99.7%RH, 1℃~50℃)

Absolute Humidity

  0.1g/m³

  ±0.3 g (15℃~40℃) Other Ranges ±0.6 g max
  Atmospheric Pressure 760mmHg(1013.25 hPa) ± 7 hPa

Temperature

  0.1℃

  ±0.3℃ (0℃~50℃)

⇒

keeping ??

⇒
value matched

아스만 식 1886년 부터 130년 동안 사용
Use Aßmann Psychrometer for 130 years

2018 ~
Conveniently from 2018

습도계의 종류

장   점

단   점

아스만 형 통풍건습계
(유리온도계 사용)

. 상온에서 비교적 정밀도가 좋다
. 비교적 저렴

. 계산 환산이 필요하고, 물이 필요, 초기 안정 시간이 길다.
. 사용법 숙련이 필요함. 연속 기록 측정이 불가능
. 사람이 가까이 오래 있으면 온도 차가 생겨 오차 발생
. 빨리 측정하고 정확히 읽는다. 눈금 착오 주의
. 상온 측정만 가능하고, 영하에서는 사용 불가능

디지털 통풍건습계
(최근 개발 형)
(구형 및 저가형 제외)

. 상온에서 정밀도가 좋으며, 응답 속도도 빠른편이다.
. 계산이 필요없이 바로 직독.  아무나 쉽게 사용가능
. 데이터 전송기능으로 PC등에서 연속 기록가능
. 온도, 습도를 직접 제어 가능 (콘트롤 출력) 
. 수백미터 거리에서도 확인이 가능하다.
. 각종 온습도 관련 표시 가능 (다기능 모델)
 (상대습도, 건구온도, 습구온도, 절대습도, 이슬점온도,
   최고 최저 온도, 최고 최저 습도 등)

. 물이 필요, 초기 안정 시간이 길다. (초기 5분이상)
. 상온 측정만 가능하고, 영하에서는 사용 불가능
. 휴대용으로 사용이 불편
. 약간 고가

모발식 습도계

. 상대습도를 직독
. 종이에 그래프형식으로 기록

. 낮은 온도에서 정도가 떨어진다.
. 반응 속도가 느리고, 정기적 교정이 필요하다.

간이형 건 습구 습도계

. 구조가 간단하고 아주 저렴

. 정밀도가 떨어지며, 응답 속도가 느리다
. 연속 기록이 불가

전자식 습도계

. 연속기록이 용이, 각종 습도 관련 정보 표시
. 정도도 좋은 편이다.
. 소형으로 응용범위가 넓다.

. 고온 다습에 약하다. 센서의 열화에 주의
. 유기 가스류에 오차를 낼 수있다.
. 센서 선정이 중요하며, 정기적 교정, 센서 교체가 필요

간이 전자식 습도계

. 소형, 낮은 가격으로 가정용으로 주로 사용

. 교정을 할 수 없는 구조이다.
. 확도가 조금 좋은 것부터 오차가 많은 제품이 많다.

경면 냉각식 노점계

. 낮은 온도에서도 측정이 가능
. 센서의 열화가 없고,
. 장기간 높은 안정성과 정밀도가 좋음

. 구조가 복잡한 방식으로 다양한 부가 장치가 필요하다.
. 가격이 고가이다.