포화염으로 습도계를 점검할 때 알아야 할 온도별 습도값
포화염 습도계 점검은 밀폐 용기 속 포화 염 용액이 만드는 정해진 상대습도를 기준으로, 현장 습도계가 얼마나 벗어났는지 확인하는 방법입니다. 염 종류와 온도만 정해지면 기준 습도값이 정해지므로, 교정 기관에 보내기 전에 현장에서 먼저 확인해 볼 수 있습니다. 다만 점검의 정확도는 결국 온도를 얼마나 잘 맞추느냐에 달려 있습니다. 공식 자료의 온도별 습도값과 준비 순서, 그리고 이 방법이 교정을 대신하지 못하는 이유를 차례로 정리했습니다.
원리
포화염 용액은 어떻게 습도를 일정하게 유지할까요?
녹지 않은 염이 남아 있는 포화 용액을 밀폐 용기에 두면, 용기 안 공기는 염 종류와 온도로 정해지는 상대습도에 평형을 이룹니다. 온도가 정해지면 포화 용액의 농도도 고정되기 때문에, 1977년 미국 국립표준국(현 NIST) 보고서는 농도를 따로 잴 필요가 없다는 점을 이 방법의 장점으로 꼽았습니다. 공기 중 수분이 조금 드나들어도 바닥의 여분 염이 녹거나 다시 석출되면서 포화 상태가 유지되니, 염이 남아 있는 한 용액 위 공간은 같은 습도로 되돌아오는 일종의 기준점이 됩니다.
온도별 기준값
포화염별 온도에 따른 습도값
아래 값은 NIST 연구 보고서(Greenspan, 1977) Table 2에서 옮긴 평형 상대습도와 불확도입니다. 염화나트륨은 15~30 °C에서 75.1~75.6 %RH로 거의 변하지 않지만, 질산마그네슘은 같은 구간에서 55.9 %RH에서 51.4 %RH로 크게 내려갑니다. 그래서 현장 점검 때는 용기 안 온도를 같이 재고, 그 온도에 해당하는 값과 비교해야 합니다.
| 포화염 | 15 °C | 20 °C | 25 °C | 30 °C |
|---|---|---|---|---|
| 염화리튬(LiCl) | 11.30 ± 0.35 | 11.31 ± 0.31 | 11.30 ± 0.27 | 11.28 ± 0.24 |
| 염화마그네슘(MgCl₂) | 33.30 ± 0.21 | 33.07 ± 0.18 | 32.78 ± 0.16 | 32.44 ± 0.14 |
| 탄산칼륨(K₂CO₃) | 43.15 ± 0.33 | 43.16 ± 0.33 | 43.16 ± 0.39 | 43.17 ± 0.50 |
| 질산마그네슘(Mg(NO₃)₂) | 55.87 ± 0.27 | 54.38 ± 0.23 | 52.89 ± 0.22 | 51.40 ± 0.24 |
| 염화나트륨(NaCl) | 75.61 ± 0.18 | 75.47 ± 0.14 | 75.29 ± 0.12 | 75.09 ± 0.11 |
표에서 계산하면 질산마그네슘은 1 °C마다 약 0.3 %RH씩 변하고, 염화나트륨은 약 0.035 %RH, 염화마그네슘은 약 0.06 %RH씩 변합니다. 온도를 기록하기 어려운 상황이라면 온도 의존성이 작은 염화나트륨, 염화리튬, 탄산칼륨을 고르는 편이 오차를 줄입니다.
점검할 습도 구간에 맞는 염 고르기
습도계를 실제로 쓰는 구간을 사이에 두는 두 염을 고르면, 낮은 쪽과 높은 쪽 오차를 함께 확인할 수 있습니다. Vaisala HMK15 사용 설명서는 염화리튬으로 건조한 쪽을 먼저 맞추고 염화나트륨으로 습한 쪽을 맞추는 순서를 안내하며, 90~100 %RH에서 오래 측정하는 프로브라면 염화나트륨 대신 황산칼륨(K₂SO₄)을 높은 쪽 기준으로 쓰라고 권합니다. 예를 들어 40~60 %RH로 관리하는 창고라면 염화마그네슘(약 33 %RH)과 염화나트륨(약 75 %RH) 두 점으로 관리 구간 양쪽을 점검하면 됩니다.
용액 준비와 안정화, 하루는 잡으세요
HMK15 설명서 기준으로, 염과 물을 섞은 용액은 사용 전 약 24시간 안정화가 필요합니다. 프로브를 넣은 뒤에도 판독이 안정될 때까지 10~30분은 기다려야 합니다.
용액은 이온교환수에 염을 조금씩 넣고 저어 가며 만들고, 녹지 않은 염이 60~90 %, 액체가 10~40 % 정도가 되도록 맞춥니다. 녹지 않은 염이 넉넉해야 수분이 드나들어도 포화 상태가 유지되므로, 바닥에 젖은 염이 깔린 질척한 반죽 정도가 알맞습니다. 준비 날짜는 스티커에 적어 용기에 붙여 두라고 설명서는 안내합니다.
염화리튬은 녹을 때 열이 나므로 식은 다음에 써야 합니다. ASTM E104는 포화염 용액이 부식성이 매우 강하니 준비와 취급에 주의하라고 경고합니다. 고습 쪽에서는 판독 안정 시간도 20~40분으로 길어집니다.
온도 1 °C 차이가 만드는 4 %RH 오차
센서가 용액보다 1 °C만 따뜻해도 염화나트륨 용기에서 습도계는 75.3 %RH가 아니라 약 71.0 %RH를 가리킵니다. 용기 안 수증기량은 용액 온도로 정해지는데, 습도계가 표시하는 상대습도는 센서 자리 온도의 포화 수증기압으로 나눈 값이기 때문입니다. Magnus 식으로 25 °C와 26 °C의 포화 수증기압 비를 계산하면 차이가 약 4.3 %RH이고, 0.5 °C 차이만으로도 약 2 %RH가 벗어납니다.
손으로 쥐었던 프로브나 햇빛을 받은 용기는 이 정도 온도 차이를 쉽게 만듭니다. HMK15 설명서가 교정기와 프로브를 현장에 최소 30분 두어 실온에 맞추라고 하는 것도 이 때문입니다.
포화염 현장 점검 순서
흐름은 간단합니다. 용기 안 온도를 맞추고, 낮은 쪽에서 높은 쪽 순서로 두 점을 잰 뒤, 같은 온도의 기준값과 비교해 기록합니다.
- 용기와 습도계를 점검 장소에 30분 이상 두어 온도를 일치시킵니다.
- 용액에 녹지 않은 염이 충분히 남아 있는지, 준비 날짜가 표시돼 있는지 확인합니다.
- 낮은 습도 염(염화리튬 또는 염화마그네슘)에 프로브를 넣고 판독이 안정될 때까지 기다립니다.
- 용기 안 온도를 함께 적고, 표에서 해당 온도의 값과 비교합니다.
- 높은 습도 염(염화나트륨)으로 같은 과정을 반복합니다.
- 두 점의 편차를 허용 기준과 비교하고, 벗어나면 교정을 의뢰합니다.
포화염 점검이 교정을 대신할 수 없는 이유
포화염 점검은 습도계가 크게 벗어났는지 확인하는 중간 점검입니다. 교정은 국가 표준까지 이어지는 기준기와 비교해 측정값의 보정값과 불확도를 문서로 남기는 일이라 목적부터 다릅니다. 품질 기록에서 습도계 정확도를 근거로 내세워야 한다면 공인 교정 기관의 교정 성적서가 있어야 합니다. 포화염 점검은 교정과 교정 사이에 센서가 드리프트(시간에 따라 값이 서서히 벗어나는 현상)했는지 빨리 알아내는 용도로 쓸 때 제값을 합니다.
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자주 묻는 질문
염화나트륨 포화 용액은 몇 %RH를 만드나요?
25 °C에서 75.29 %RH(불확도 ±0.12 %RH)입니다. NIST 보고서 기준으로 15~30 °C에서 75.1~75.6 %RH 사이라 온도에 따른 변화가 작습니다.
포화염 점검으로 습도계 교정을 대신할 수 있나요?
대신할 수 없습니다. 포화염 점검은 습도계가 크게 벗어났는지 보는 중간 점검이고, 보정값과 불확도가 필요한 품질 기록에는 공인 교정 기관의 교정 성적서가 필요합니다.
포화염 용액은 만들자마자 써도 되나요?
약 24시간 안정화가 필요합니다. Vaisala HMK15 설명서는 프로브를 넣은 뒤에도 판독이 안정될 때까지 10~30분, 고습에서는 20~40분을 기다리라고 안내합니다.
포화염 점검 값이 기준보다 4 %RH 낮으면 습도계 불량인가요?
그렇게 단정할 수는 없습니다. 센서가 용액보다 1 °C 따뜻하면 염화나트륨에서 약 4 %RH 낮게 나옵니다. 용기와 프로브 온도부터 맞춘 뒤 다시 재 보세요.
염화마그네슘 포화 용액은 몇 %RH를 만드나요?
25 °C에서 32.78 %RH(±0.16 %RH)입니다. 15 °C에서는 33.30 %RH, 30 °C에서는 32.44 %RH로, 온도가 오르면 조금씩 낮아집니다.
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기술 상담 신청참고 자료
- Greenspan, L., Humidity Fixed Points of Binary Saturated Aqueous Solutions, J. Res. NBS 81A(1), 1977 (NIST)
- ASTM International, ASTM E104-20a Standard Practice for Maintaining Constant Relative Humidity by Means of Aqueous Solutions, 2020 (공개 요약)
- Vaisala, HMK15 Humidity Calibrator User Guide M210185EN-E
