De hygrometer: meten van de luchtvochtigheidsgraad

Misschien heb je het iemand ooit al eens horen zeggen: het is benauwd buiten. Wist je dan dat dat vaak komt doordat de luchtvochtigheidsgraad aan de hoge kant is? Of misschien juist wel precies het tegenovergestelde: dankzij de droge atmosfeer…

Je kunt dan raden dat de luchtvochtigheidsgraad aan de lage kant is.

Een moderne hygrometer. Fotograaf: B137 (via Wikipedia), licentie: CC BY-SA 4.0. Changes: no changes.

Maar wat is de luchtvochtigheidsgraad precies? Wat is het verschil tussen absolute luchtvochtigheid en relatieve luchtvochtigheid? En hoe kun je deze RH meten? Met een hygrometer? In dit artikel geven we antwoord op al deze vragen.

Let’s go 🙂

Wat is de luchtvochtigheidsgraad?

Als we willen weten wat de luchtvochtigheidsgraad is, moeten we het begrip splitsen in twee delen:

  • Lucht, en;
  • Vochtigheidsgraad.

In het artikel over barometers gaven we al aan wat lucht is:

Kort gezegd is dat een mengsel van gassen waardoor we op aarde kunnen leven. Het mengsel is vooral aanwezig – in ieder geval in de juiste verhoudingen – in de onderste lagen van de atmosfeer. Het bestaat voor circa 78% uit stikstofgas en voor 21% uit zuurstofgas. Dan is er nog één procent over: waterdamp (H₂O) en koolzuurgas (CO₂).

Met name de laatste zin is belangrijk: “dan is er nog één procent over: waterdamp (…)”.

Waterdamp.

Dat is water zoals we dat allemaal kennen, maar dan als gas. Het water is feitelijk in de rest van de atmosfeer opgelost. En dat is een heel normaal verschijnsel. 🙂

Hoeveelheid waterdamp niet constant

Maar hoeveel water er in de lucht is opgelost, dat is geen constante. Er zijn namelijk verschillende factoren die beïnvloeden hoeveel waterdamp er in de atmosfeer hangt.

Zo is de oorsprong van de lucht van groot belang voor wat betreft de luchtvochtigheid. Als de lucht van zee komt, en in het bijzonder de Atlantische Oceaan, dan zal deze redelijk wat waterdamp bevatten – de waterdamp die allemaal verdampt is boven zee.

Komt de lucht van het continent, iets dat we bij lange en droge zomers wel veel zien gebeuren, dan zit er amper vocht in de lucht.

Ook op het moment dat de temperatuur verschilt, verandert de hoeveelheid waterdamp die in de lucht kan worden opgelost. Warme lucht kan nu eenmaal meer waterdamp bevatten dan koudere lucht. Als de temperatuur zakt, neemt de luchtvochtigheid toe; neemt hij toe, dan neemt de vochtigheid af.

Aan zee is de lucht vaak vochtiger dan in het binnenland, maar dat hoeft niet altijd zo te zijn.

Absolute versus relatieve luchtvochtigheidsgraad

Dat verklaart meteen het verschil tussen absolute versus relatieve luchtvochtigheidsgraad.

De absolute luchtvochtigheidsgraad is de hoeveelheid deeltjes waterdamp per miljoen deeltjes lucht, de zogeheten ppm.

Kortom: de absolute luchtvochtigheidsgraad is 10% op het moment dat er 100.000 deeltjes waterdamp zijn op 1.000.000 deeltjes lucht.

Het is natuurlijk geen handige maat om te bepalen hoe vochtig de lucht nu echt is, want lucht kan zoals we schreven maar een bepaalde hoeveelheid waterdamp bevatten.

Als er relatief weinig waterdamp aanwezig kan zijn, is de absolute luchtvochtigheidsgraad van 10% natuurlijk een stuk ‘vochtiger’ dan bij een situatie waarin er veel waterdamp kan zijn.

Men heeft hiervoor de relatieve luchtvochtigheidsgraad bedacht.

Om deze te berekenen, bereken je eerst hoeveel waterdamp de lucht op dit moment – dus afhankelijk van o.a. temperatuur – kan bevatten. Vervolgens kijk je hoeveel waterdamp er momenteel in de lucht zit. De laatste deel je door de eerste, en het resultaat doe je keer honderd. Je hebt zo de relatieve luchtvochtigheidsgraad uitgerekend!

Condensatie op een waterflesje. Fotograaf: Acdx (via Wikipedia), licentie: CC BY-SA 3.0 unported. Changes: no changes.

Van droog naar benauwd naar condensatie

Een relatieve luchtvochtigheidsgraad van 30% zal door veel mensen als ‘droog’ worden ervaren. De was is bijvoorbeeld zo droog en zelfs bij hoge temperaturen van meer dan dertig graden voelt het niet benauwd aan.

Gaat de luchtvochtigheid naar de 70%, dan is het een ander verhaal. Zeker als de temperaturen hoog zijn hoor je veel mensen klagen over het benauwde weer.

De luchtvochtigheidsgraad heeft in die zin een grotere rol dan de temperatuur!

Stijgt de luchtvochtigheidsgraad nog verder, dan kan het voorkomen dat hij 100% wordt. De lucht bevat dan evenveel water als hij op dat moment maximaal kan bevatten.

Het gebeurt echter soms dat de temperatuur bijvoorbeeld daalt. De 100% kan dan simpelweg niet meer opgelost zijn, omdat koudere lucht minder water kan bevatten.

Het gevolg is dat er condensatie plaatsvindt. De overtollige waterdamp wordt vloeibaar water in de vorm van hele kleine waterdruppeltjes. In het weer zien wij dat op twee verschillende manieren terugkeren:

  • Als het vormen van een wolk;
  • Als het ontstaan van nevel en mist.

Nu we op de hoogte zijn over hoe de luchtvochtigheidsgraad precies werkt kunnen we kijken hoe we ‘m kunnen meten. Dat doen we met een hygrometer! 🙂

De hygrometer

Kort gezegd meet de hygrometer de luchtvochtigheidsgraad. Er bestaan verschillende hygrometers:

  • Hygrometers die werken op basis van metaal en papier;
  • De bekendere klassieke hygrometer die werkt met een menselijke of dierlijke haar – ja echt!
  • Een psychrometer, waarbij je twee thermometers hebt en er één nat moet houden;
  • Een spiegelhygrometer die werkt met condens op een spiegel;
  • En tot slot de moderne hygrometers die allemaal met elektriciteit en één der wetten van de natuurkunde werken.

Je kunt dus zeggen dat de weerwereld qua hygrometers een stukje minder spannend is geworden!

Laten we beginnen met de hygrometer op basis van metaal en papier.

Metaal en papier

Een redelijk goedkope hygrometer is de zogeheten metaal-en-papier-hygrometer. Bij dit soort hygrometers zie je een papiertje (dat geïmpregneerd is met zout) bevestigd zijn tegen een metalen plaatje. Het papiertje absorbeert vervolgens water – en natuurlijk meer als er meer vocht in de atmosfeer aanwezig is.

Vervolgens trekt door de absorptie van water het metaal een beetje krom. Deze verandering kan worden omgerekend naar de actuele luchtvochtigheidsgraad.

Dergelijke hygrometers hebben meestal wel een beperkte betrouwbaarheid. Afwijkingen van 5 tot 10% zijn mogelijk.

De haarhygrometer die gebruikt wordt op het weerstation in Roodeschool (Groningen). De atmosfeer is erg droog. Foto: Jannes Wiersema

Haarhygrometer

De meest bekende en voor wat betreft de ‘analoge’ hygrometers meest gebruikte soort hygrometer is de zogeheten haarhygrometer.

Er wordt een menselijke of dierlijke haar voor gebruikt die wordt strakgespannen!

Het principe is eigenlijk heel simpel. Een haar is ook wel hygroscopisch. Dat is een moeilijk woord voor het feit dat een haar graag waterdamp wil vasthouden.

Naarmate er meer of minder water in zit wordt de haar korter of langer. De spanning beweegt vervolgens een naald die weer naar de actuele luchtvochtigheidsgraad wijst.

Dergelijke hygrometers zijn best betrouwbaar. Door de ‘vettigheid’ uit het haar te verwijderen kan deze gevoeliger worden gemaakt voor waterdamp.

Een psychrometer. Duidelijk te zien zijn de twee thermometers en het waterreservoir. Fotograaf: CambridgeBayWeather, licentie: public domain.

Psychrometer

We kennen in het weer twee begrippen gerelateerd aan de temperatuur… de zogeheten natteboltemperatuur en de drogeboltemperatuur.

Vreemde lieden, die weermensen, zul je nu misschien denken 🙂

Hier een uitleg in twee bullet points:

  • De drogeboltemperatuur is hetzelfde als de temperatuur zoals wij hem kennen.
  • De natteboltemperatuur echter niet. Dan zit er een nat sokje om de thermometer heen dat continu natgehouden wordt. Bovendien wordt er een luchtstroom langs de thermometer opgezet.

Het water dat in het sokje zit en op de thermometer heeft de neiging om te verdampen. Daardoor koelt de lucht af. Als de luchtstroom op gang wordt gehouden en de thermometer goed vochtig wordt gehouden zal op den duur een ‘evenwicht’ ontstaan wat betreft deze afkoeling: deze kan maar met een bepaald ‘tempo’ gebeuren, waardoor op een bepaald moment de temperatuur stabiliseert.

Feitelijk is de natteboltemperatuur de temperatuur waarbij de luchtvochtigheidsgraad 100% zou zijn geweest.

De natteboltemperatuur is dan ook altijd lager dan de drogeboltemperatuur.

Het verschil tussen beiden zegt iets over de luchtvochtigheidgraad. Bij een hogere luchtvochtigheidsgraad zal het evenwicht sneller worden bereikt dan bij een lagere luchtvochtigheidsgraad. Het duurt immers langer om dan tot 100% te komen.

Na deze lange uitleg kunnen we eindelijk de psychrometer introduceren. Het is een hygrometer die gebruik maakt van het verschil tussen droge- en natteboltemperatuur bij het bepalen van de luchtvochtigheidsgraad.

Het is feitelijk een instrument dat twee thermometers bevat: één die de droge- en een ander die de natteboltemperatuur meet. Dankzij de omrekening die we hierboven kort geschetst hebben kan vervolgens de luchtvochtigheidsgraad worden berekend.

Het ziet er meestal vrij imposant uit, zo’n psychrometer, maar bij moderne weerstations komt ‘ie amper meer voor 🙂

Spiegelhygrometer

Eigenlijk een hele simpele: zet een spiegel neer en koel hem vervolgens af.

Je kunt je dan bedenken dat de lucht die direct rondom de spiegel zit ook mee afkoelt. Er vindt namelijk warmte-uitwisseling plaats tussen spiegel en lucht.

Dat op zijn beurt betekent weer dat de lucht direct rondom de spiegel minder vocht kan bevatten (wegens precies dezelfde regels als hierboven besproken).

Bereikt de temperatuur het dauwpunt, waarbij de luchtvochtigheidsgraad 100% zou zijn geweest, dan vindt er condensatie plaats.

En op dit moment stopt de afkoeling van de spiegel… en weten we de dauwpuntstemperatuur!

Die kunnen we vervolgens keurig omrekenen naar de luchtvochtigheidsgraad.

Op het moment dat de condens verdwijnt, springt het afkoelingsmechanisme weer aan om opnieuw de dauwpuntstemperatuur en luchtvochtigheid te bepalen.

Ook een vrij imposant instrument, maar tegenwoordig niet meer in gebruik.

Laten we doorgaan naar de wat saaiere hygrometers: de moderne… 😉

Een moderne hygrometer die werkt op basis van capacity. Fotograaf: Harke, licentie: public domain.

Moderne hygrometers: elektriciteit en de wetten der natuurkunde

Moderne hygrometers zijn vaak allemaal afhankelijk van het natuurkundige fenomeen dat wij elektriciteit noemen. Er wordt als het ware een soort spanninkje opgewekt. Verschillende manieren kunnen daarvoor gebruikt worden:

  • De capaciteit van een bepaalde stof bepalen en die uitzetten tegen de luchtvochtigheidsgraad;
  • De weerstand van een materiaal bepalen en ook die uitzetten;
  • De thermische geleiding van lucht bepalen. Deze verandert met de vochtigheidsgraad;
  • De massa van lucht vergeleken met die van eenzelfde hoeveelheid droge lucht.

De meeste moderne weerstations zijn uitgerust met een dergelijke hygrometer! 🙂

We hebben nu gezien wat de luchtvochtigheidsgraad is, hoe je die kunt bepalen, en hoe hij wordt gemeten. Heb je nog meer vragen? Schroom dan niet om contact met ons op te nemen. Dat kun je doen middels het formulier hieronder.

We reageren dan zo spoedig mogelijk! 🙂

Bedankt voor het delen

Wat vind je van dit artikel? Laat je reactie achter!

We nodigen je uit om de positieve en negatieve punten te noemen. Een onderdeel van onze partner Bliksemdetectie.nl