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環境參數之間的相互影響

濕度是描述空氣中水份的一個重要參數,而絕對濕度和相對濕度是兩個常用來量化這一參數的指標。絕對濕度(Absolute Humidity)和相對濕度(Relative Humidity)是兩個分別描述空氣中水份的不同概念,接下來將進一步深入研究這兩者的定義及計算方式。

 

但在談到兩者差異之前,必須清楚了解溫度和濕度之間存在密切的相互關係,它們共同影響著大氣中的水蒸氣含量。通常,隨著溫度的升高,空氣中的水蒸氣容量也隨之增加。換句話說,高溫的空氣能夠容納更多的水蒸氣,而低溫的空氣容納較少。

 

絕對濕度:

絕對濕度是指在空氣中實際存在的水蒸氣的質量,通常以克(grams)或克/立方米(grams per cubic meter)為單位。它的計算方法是將水份的質量除以相應的體積。其計算公式為:

絕對濕度提供了一個具體的、物理上可測量的數值,直接反映了空氣中水分的實際量,不受溫度和壓力變化的影響。

 

相對濕度:

相對濕度是描述空氣中水份相對於在相同溫度下最大可能容納水蒸氣量的百分比。它的計算基於實際水蒸氣壓力和在相同溫度下的飽和水蒸氣壓力之比例。其計算公式為:

相對濕度的單位以百分比(%RH)表示,當相對濕度達到100%時,空氣達到飽和,水蒸氣將以凝結的形式釋放。而相對濕度是受溫度變化影響的,空氣中若含有的水份量為固定,隨著溫度的升高,相對濕度則會降低。

 

比較絕對濕度與相對濕度:

  • 絕對濕度:表示空氣中的水份量,以質量為基礎。單位通常以克/立方米或克/升表示。
  • 相對濕度:是一個相對值,表示實際水份量與在相同溫度下可容納的最大水份量之間的關係,並以百分比形式呈現。

 

總結:

一般在稱呼[濕度]這個名詞時,通常是指[相對濕度],因為相對溼度考量了更多環境因素在內。

但相對的,相對濕度的數值也僅為一個參考值,在相同空間中相對濕度也不盡相同,空間越大其變化也越大,因此濕度的取樣通常也僅以一點具有參考價值的位置進行量測並作為整個空間的參考數值。

因此進行測試時,在定義相對溼度其容差範圍也相較於溫度量來得大,並且若有進行升、降溫時也會提供更大的容許誤差。

 

於前一章節【絕對濕度與相對濕度:解析濕度的兩個關鍵概念】中提到,相對濕度(Relative Humidity)為空氣中水蒸氣的比例,而溫度對相對濕度的變化有很大的影響,兩者之間的關係也並非線性關係。

此部分也從常見的"空氣線圖"(Psychrometric chart)中可以看得出來,因此在探討相對濕度之前必須先定義環境溫度及合理容差。

 

溫度的重要性

溫度是決定生產質量的核心參數。不同的產品對溫度的要求不同,過高或過低的溫度都可能造成品質瑕疵,因此試驗過程中選擇適當的溫度條件有助於提升測試結果的準確性,進而提升產品的表現;而不適宜的溫度可能破壞產品,導致瑕疵,無法被準確預估問題。

相對濕度的重要性

相對濕度(Relative Humidity,簡稱RH)意旨空氣中水蒸氣的比例,其影響材料的劣化程度、產品品質和對應力的影響。較高的相對濕度會導致材質老化、腐蝕或是顯現組裝瑕疵...等現象產生,而過低的相對濕度則可能引發靜電,對電子產品的安全構成威脅,因此需要依照測試目的選擇合適的濕度範圍。

 

設備可控制的溫濕度控制範圍

如<恆溫恆濕試驗機>相關模擬濕熱環境的設備,會根據設定的溫度和濕度條件自動調整參數目標。從圖表可見,濕度控制具有局限性,在可定義的溫度範圍內(10~90℃)並非所有條件下的濕度都能精確控制,但該範圍已滿足大部分測試需求

從上圖中可看出,溫度若處於常溫環境之上,可控制到更廣泛的濕度範圍

但濕度控制具有局限性,當環境處於低溫時,相對濕度的控制也漸漸變得困難,以冷凍除濕技術難以達到極低濕環境,則須配合除濕輪輔助才能達到條件。

 

恆溫恆濕機是如何精準控制濕度:

在模擬環境時,濕度是通過加濕和除濕功能的平衡來實現的。而根據不同的溫度條件和濕度需求,通常採用以下技術進行除濕:

  • 冷凍除濕:冷凍除濕是透過將空氣冷卻至露點以下,使水蒸氣凝結成水滴。此方式適用於多數環境的濕度控制,但難以在常溫下達到極低的濕度。
  • 除濕輪:在需要極低濕度控制的環境中,除濕輪可以將空氣中的水分吸收並排出,這種技術對於電子製造等高精度行業尤其重要,可測試產品在易於產生靜電的環境下帶來的問題。

 

總結:

透過溫度與相對濕度的關係可以清楚了解到,穩定的溫度控制是關鍵,因為它是確保濕度準確的基礎。而穩定的溼度控制則利用加濕和除濕兩種功能,經過精密的調整與制衡,這些參數相互協作以達到設定目標。因此透過恆溫恆濕試驗機等設備,我們能模擬真實應用環境中的濕熱條件,創造出一個小型的氣象模擬實驗室,從而促使產品在加速老化、應力變化過程中顯現可靠度測試所需要的結果,進而改善產品瑕疵,提高其穩定性與耐久性。