研究题目：

Hair Hygrometer A simple hygrometer can be built using human hair. Investigate its accuracy and response time as a function of relevant parameters.

中文表述：头发湿度计（也是西方经典科学问题） 我们用头发就能制作一个简单的湿度计。分析那些参数影响它的精确程度，以及反应时间。

题目资料：

头发湿度计的基本原理是毛发孔隙吸附水蒸气而引起毛发长度的变化，毛发孔隙及其孔隙表面对水蒸气分子的吸附情况决定其特性好坏。人的毛发经脱脂处理后，表面贯穿着许多微孔，这些微孔吸附了周围环境中的水蒸气，在微孔中形成弯月面并产生表面张力。当空气中的水汽达到饱和时，弯月面表面张力达到最大

，毛发伸长到最大位置；随着空气中水蒸气的蒸发，相对湿度降低，一部分水从毛孔中蒸发，毛孔中的弯月面变成凹形， 表面张力纵向分力减少，毛发就收缩。空气湿度的变化

引起微孔弹性壁的形变，形成毛发长度的变化。毛发湿度计就是利用毛发的长度随相对湿度的改变而变化来测定空气的相对湿度。

毛发湿度计以毛发为湿度感应元件，利用其随空气相对湿度高低而改变其长度的特性，通过传动放大机构，带动记录笔尖在记录纸上作出相对湿度的记录曲线；仪器的传动放大机构系利用杠杆原理，其中有弧片形的传动系统可将原为非线性的位移量，转变为线性的位移量，使记录笔尖记录时能适应等分分格的记录纸，传动放大机构中有调节放大倍数的螺钉，在仪器的支架上有调节笔尖基点位置的螺套。

根据毛发测湿法的测湿原理可知 毛发湿度计结构简单，功能可靠，可实时测量和记录，可 广泛适用于各种工况企业的实验室，特别适用于环境差， 湿度高的实验室，比如建材检测机构的混凝土养护室等 高湿实验室。但由于毛发湿度计的测湿准确度不高，所 以对测湿精度要求高的实验室不适合使用。

实验猜想：

根据毛发湿度计工作原理，猜想影响毛发湿度计精确度的因素主要分为三个方面：

1.仪器本身因素的影响：主要是毛发性能（毛发孔隙及其孔隙表面对 水蒸气分子的吸附情况决定其特性好坏），毛发脏污，仪器机械部分摩擦过力等等。

2毛发湿度计校准过程中.干湿球本身误差与测量查算值误差。

3.环境条件( 如温度、湿度、气压等 ) 发生变化而影响 。

毛发湿度计精确程度及反应时间的测量的实验设定：

一、仪器自身因素：

1、头发清洁度：准备刚清洁过的头发、未清洁的头发，和使用过一段时间的头发作为材料，分别测量三种情况下的头发湿度计的精确程度和反应时间，并与理论结果相对照。

理论分析：毛发表面当附着一层灰尘或油脂时, 阻碍空气与毛发的接触, 使得毛发无法很好的吸附水蒸气，致使毛发的滞后性变大(湿度小时, 表现尤为明显)。 毛发的伸缩量不能随空气湿度的变化而准确地反映出来, 将直接影响记录的准确性

结论：实验结果与理论分析相符合，特别是未清洁的头发，由于其表面油脂的存在，仪器的精确程度特别差，反应时间也远远落后于实际空气湿度的变化。

2、发质：准备不同发质的头发：油性发质、干性发质、中性发质，首先进行脱脂处理，然后分别测量其精确程度及反应时间。

理论分析：由于不同发质的头发，其每一根圆周不同，单位面积上的毛囊数量及皮脂腺数量不同，油性发质的毛囊数量及孔隙数量最多，故理论分析其测量精度最高。干性发质最差。

结论：实验结果与发现发质影响毛发湿度计的精确度与反应时间，但由于影响程度有限，且头发湿度计本身的精确度不高，故无法判断是否与理论分析结果一致。

3、仪器机械部分的摩擦力：

二、校准过程的所使用的标准仪器精确度的影响：

分别用不同精度通风干湿计作为校准的标准仪器，测量校准后毛发湿度计的精确程度。

实验发现，校准过程使用的干湿计精度越高，毛发湿度计的精确程度越高，但并不影响反映时间。

三、环境条件改变对器差变化的影响对仪器的准确度的影响。

环境条件有温度（气温）、湿度、气压、风速、重力、电场、磁场等。这些条件的变化都可能将引起仪器结构参数发生变化,从而引起其器差的变化。我小组仅就气温T、相对湿度U、气压P的变化的情况下, 避开清洗毛发非稳定期进行精确程度及反应时间进行了实验及理论分析。

结论如下：一般仪器随湿度的增大、精确程度也随之降低,。精确程度受湿度的变化量没有温度的大。同时,也可求出在一定温湿条件下精确程度随气压的升高而降低,随气压的下降而升高的变化规律。也就是说,气压的升降影响了毛发毛细管中水的表面引力, 即影响了毛发的膨胀系数, 从而引起精确程度的变化(资料略)。精确程度受 气压的变化量也没有温度的大。

毛发感应湿度变化的滞后性即反应时间随温度的降低、湿度的减小而增大。当毛发在相对湿度