一、概述
人们很早就懂得许多物质在湿度发生变化时其长度会随之变化，例如当相对湿度从0％变到100％时，通常人类毛发的总长度会伸长2.5％。这一变化可以通过机械装置放大用指针指示出来，或通过机械-电量的转换，输出表征湿度水平的电信号，从而进行湿度的测量和控制。
毛发湿度计与当代的各种湿度计相比，具有结构简单、使用方便、造价低廉的优点，从湿度测量的现状与要求来看，即使在科学技术高度发达的今天，毛发、肠衣之类湿度传感器仍将继续为人们沿用。
毛发湿度计虽然有上述优点，但也存在滞后和精度不高等固有的缺点。毛发在增湿和降湿过程的响应曲线不同，形成一个滞后环，如果使用和保管不当，毛发的滞后效应会进一步加剧，可能产生严重的误差。一般来说，毛发湿度计测量精度在±5％RH左右，采用单根毛发的湿度表比用毛发束做成的湿度计的精度和灵敏度都要好得多。
实践和理论都证明，天然毛发的长度随湿度的变化是非线性的。图1是GayLussuc和Regnault等人通过精确实验得到的曲线，一般称为盖·吕萨克曲线，该曲线所反映的毛发长度变化特性与现代的实验结果相符。毛发长度变化有两个特点：一个是在低湿时，长度的变化率高，在30％RH时，其变化量已达到最大变化量的一半；另一个特点是在高湿时（大于70%RH），湿度变化10％，毛发的伸长大大低于比较干燥时的伸长率。实验证明，湿度在90％以上时，毛发湿度计是不可靠的，而湿度在10％以下时，其灵敏度也大大降低，见图2。
应当指出，虽然毛发的长度亦随温度而变化（其变化特性与湿度相关），但在温度不太低时，其热膨胀系数小，这是毛发可以在相当宽的温度范围使用的原因之一，这个问题下面还要详细讨论。
除毛发外，还可以用其它材料如肠衣和人造纤维（尼仑）作为伸缩法湿度计的感湿元件。肠衣中对湿度具有敏感作用的是蛋白物质的吸湿性基因和纤维结构中的微孔，它的感湿原理和毛发相似，具有滞后性质，其最大滞差可达10%左右，并且随着温度的降低，灵敏度降低。尼仑和毛发相比，灵敏度高，滞后特性小，可以克服毛发湿度计校准曲线的漂移现象，以及膨胀率随温度变化而变化的趋势。
二、Gregory的毛发理论
毛发和肠衣都是由蛋白物质组成，并存在着微孔结构。显微照片表明，毛发表面有许多微孔，这些微孔或充满色素或充满空气和水，或两者兼而有之。未经处理的毛发表面覆盖着一层油脂，必须去掉这层油脂才能使微孔与外界环境相通，并使孔壁对水具有润湿性，这就是为什么毛发湿度计的毛发一定要进行脱脂处理的缘故。理论结构模型如图3所示。当空气中的水汽未到达饱和状态时，微孔吸附空气中的水汽并使之凝结，在表面张力的作用下，孔中的水形成一个弯月面；当空气中的水汽达到饱和时，微孔中水的弯月面就变成平面，即曲率半径趋于无穷大。液面的曲率随液体表面上的饱和水汽压而变，饱和水汽压越低，液面的曲率半径越小，曲率的改变将引起微孔弹性壁的形变。如果空气中的水汽压力低于饱和压力时，则一部分水从微孔中蒸发，孔中的弯月面就呈凹形，于是弯月面a弯曲时孔的横截面AB距离就会缩小，因而毛发的长度随之缩短。假设毛发组织遵守胡克定律，那末由此出发就可以找到毛发的长度变化与周围空气相对湿度之间的函数关系。
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三、毛发长度随湿度变化的特性
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在毛发湿度计的应用中，实际上还存在着许多严重的缺点：除了毛发长度的非线性变化外，还有对湿度响应的滞后，以及受温度的影响等。为了改善毛发的特性，人们除了对天然毛发进行最基本的脱脂处理外，还采用其它加工方法，克服以上缺点，以求得更为满意的结果。
（一）毛发长度对湿度快速变化响应的滞后
当毛发湿度计用于要求快速反应的测量时（如高空探测），可能会产生很大的误差，而在低温下这种情况就更为严重，这是由于湿度迅速变化而毛发响应缓慢所造成的。由于毛发的滞后特性，它的干燥曲线和增湿曲线不重合，形成一个滞后环，如图4所示。对于同一湿度两者的示差称为滞差。
人们对这种影响进行了十分详细的研究，主要包括湿度变化时毛发的瞬时状态以及伸缩特性等问题。研究表明，环境温度、通风速度和毛发所受的张力对毛发的滞后特性都有影响。定性地说，低温下的滞后现象比高温时严重，例如在15℃下的瞬变系数比-20℃时高五倍，而比-30℃则大十倍以上。随着毛发张力的增大，可以提高毛发湿度计的响应速度，但同时也要考虑由于张力增大，毛发接近弹性极限状态下的校准是不能维持很久的。
为了改进天然毛发的测湿特性，人们采用各种各样的方法来处理毛发。例如，苏联用碳酸氢钠，英国用乙醚，美国用滚压，我国用浓硫酸，并且于六十年代开始进行高温处理毛发试验。
[attach]21707[/attach]（二）毛发伸长的温度系数
关于毛发伸长的温度系数，各研究者之间得到的结果很不一致。
1908年Kleinschmid观察到毛发的温度系数为34×10-6℃-1，如果装在铜或铝的支架上，温度系数可减小到15×10-6℃-1。但Griffichs和Pfeiffer分别于1922年和1933年发现温度系数是负的。Iles等人则认为，低于1.5℃时温度系数为正，在1.5℃～20℃之间温度系数为负。所幸当一般毛发湿度计应用的温度范围不是很宽时，由此引起的变化可以忽略不计。
四、毛发湿度计
以毛发作感湿元件的湿度计主要有两种形式，一种为指针型的结构比较简单的毛发湿度表，另一种是记录型的毛发湿度计。
由于用乙醚、硫酸处理的毛发的非线性特性，相应的标尺采用对数刻度时，可以使机械结构简单化，反之若采用均匀刻度，则必须通过较复杂的机械结构来实现。但是，对于具有线性关系的滚发和高温处理的毛发来说则不存在这个问题。