Hur mäts luftfuktighet?

Luftfuktigheten mäts med hjälp av en hygrometer. För att få så enhetliga och jämförbara mätningar som möjligt placeras hygrometern 1,5 - 2 m över mark i ett strålnings- och nederbördsskydd. Marken ska vara tämligen torr och helst täckt med kort gräs. Idag (2013) finns cirka 200 automatiska väderstationer i Sverige som varje timme rapporterar luftfuktighet från Falsterbo i söder till Naimakka i norr. SMHI driver ca 135 av dessa.

I fuktighetsgivare som används idag på SMHIs stationer finns en tunn polymerfilm som absorberar eller ger ifrån sig vattenånga beroende på den omgivande luftens fuktighet.
 

Polymerfilmens kapacitans ändras när luftfuktigheten ökar eller minskar. Kapacitansen mäts och omvandlas till ett värde av den relativa luftfuktigheten i luften. Givaren är så konstruerad att en spänningsskillnad 0-1 V motsvarar 0 – 100 % relativ luftfuktighet.

Fuktighetsgivaren sitter tillsammans med temperaturgivaren i strålnings- och nederbördskyddet, som ser ut som upp- och nervända tallrikar, se bilden till höger.

Historik

Den som tillskrivs att ha uppfunnit hygrometern är Nicholas de Cusa (1401-1464) som var en framstående tysk matematiker. Ett av hans arbeten beskriver den första kända hygrometern. Detta instrument är kanske det första meteorologiska mätinstrumentet överhuvudtaget, i konkurrens med nederbördsmätare som användes i Korea 1441. De Cusas instrument mätte vikten av ull med hjälp av en balansvåg. Ullen var lättare vid torrt väder och ökade i vikt när det var fuktigt.

Under andra halvan av 1600-talet konstruerade Robert Hooke en förbättrad hygrometer. Man hade noterat att tonhöjden hos stränginstrument varierade med luftens fuktighet. Han gjorde fast skägg på vildhavre i botten på en välventilerad låda och andra änden sattes fast i en visare. När skägget krökte sig efter luftens fuktighet så flyttade sig visaren och avläsning kunde göras.

Den verkliga utvecklingen av hygrometern som ett vetenskapligt instrument började inte förrän på 1700-talet då den tyske matematikern Johann Heinrich Lambert (1728-1777) gjorde omfattande undersökningar av luftens fuktighet som han presenterade i ”Suite de L’Essai d’Hygrometrie” som publicerades 1774. I denna publikation finns bland annat en tarmhygrometer beskriven. Tarmarna vrider med luftens fuktighet. Det var Lambert som kom med förslaget att en fuktighetsmätare skulle kallas hygrometer.

Psykrometer

Med psykrometermetoden bestäms luftens fuktighet genom att avläsa två termometrar, den s.k. våta och den torra termometern.
 

Den torra temperaturen är temperaturen som fås genom att avläsa en vanlig termometer. Den våta temperaturen fås genom att förse en termometer med en strumpa kring kulan. Strumpan fuktas med destillerat vatten.
 

När vattnet från strumpan avdunstar åtgår värme som tas från termometerkulan och den våta temperaturen sjunker. Så småningom uppstår ett jämviktsläge då den våta temperaturen inte sjunker längre. Avläsning av den torra och den våta temperaturen görs då.

Differensen mellan torr och våt temperatur är ett mått på luftens fuktighet. Ju större differens desto torrare är luften.

Till höger ser vi en assmannpsykrometer. I detta instrument sitter en fläkt monterad som genererar ett konstant luftflöde förbi termometrarna.

Om luften är mättad med vattenånga och den relativa fuktigheten är 100 % sker ingen nettoavdunstning. Den torra och den våta termometern visar då samma temperatur.

Hårhygrometer

Under senare hälften av 1950-talet ersattes psykrometern av hårhygrometern på SMHIs stationer. Detta instrument var lättare att använda för väderobservatörerna. Med hjälp av en visare kunde den relativa fuktigheten avläsas direkt.
 

I en hårhygrometer utnyttjas att ett människohår förlängs då fuktigheten ökar och drar ihop sig när det är torrt. Ett fettfritt människohår blir 2-2,5 % längre då fuktigheten ökar från 0 till 100 %.

I bilden till höger ser vi hårhygrometern hängande till vänster i bilden.

Med en hårhygrograf registreras löpande den relativa fuktigheten genom att en penna är kopplad mot en roterande trumma. På trumman sitter ett papper, hygrogram, där mätningarna registreras under ett dygn eller en vecka.

I en termohygrograf registreras och ritas både temperaturen och den relativa luftfuktigheten upp i en graf. Nere till vänster i bilden ser vi en termohygrograf.

Felkällor

Om vi förutsätter att observatören läst av instrumentet korrekt och vid rätt tidpunkt, så finns ändå flera felkällor vid mätning av luftfuktighet. Alla meteorologiska data som SMHI samlar in granskas emellertid och rättas rutinmässigt.

För automatiska givare händer det då och då att givaren visar uppenbart fel. Den relativa fuktigheten kan vara 80-90 % för att nästa timme sjunka ner till några få procent under många timmar vilket inte ses på närliggande stationer.

Hos en psykrometer kan ventilationen vara otillräcklig eller avläsningen skett för snabbt efter fuktning av strumpan. Avläsning kan också ha skett för sent då strumpan torkat ur. Strålningsskydden kan vara smutsiga vilket kan ge extra uppvärmning eller strumpan kan vara i dåligt skick.

Hos en hårhygrometer eller hårhygrograf kan håret ha torkat ur om det förvarats under längre tid inomhus med låg fuktighet. Instrumentet kan också ha påverkats av luftföroreningar. Stoft och damm kan ha fastnat på hårknippena. Någon kan ha vidrört hårstråna och tillfört fett. Det kan också ha förekommit att observatören gjort fel vid omräkning från torr och våt temperatur till daggpunkt eller relativ fuktighet.

Referenser

- Meteorologiska standardinstrument. Rindert, 1982.
- Meteorologi, Liljequist, 1962.
- The History of Meteorology: to 1800. H. Howard Frisinger, 1977.