分流式標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器在濕度計(jì)檢測中的應(yīng)用

陳　杰　彭琦龍　馬善泉　張　軍

(1.淄博市計(jì)量測試所，淄博 255000；2.武漢武船計(jì)量實(shí)驗(yàn)有限公司，武漢 430000；3.泰安哈特儀器儀表有限公司，泰安 271000)

0　引言

濕度被定義為水蒸氣的含量，是一項(xiàng)重要的環(huán)境參數(shù)。隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)濕度測控的要求也變得的愈加迫切。在濕度量值傳遞過程中，濕度發(fā)生器作為標(biāo)準(zhǔn)源，是不可缺少的關(guān)鍵設(shè)備，它能提供已知的恒濕氣體，用來校準(zhǔn)和檢定各類濕度計(jì)，以保證濕度測量的準(zhǔn)確性。

標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器是在一定的溫度，壓力下產(chǎn)生恒定濕氣，然后用來校準(zhǔn)濕度計(jì)的設(shè)備。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)濕氣的產(chǎn)生方法不同，濕度發(fā)生器主要有飽和鹽濕度發(fā)生器、雙溫法濕度發(fā)生器、雙壓法濕度發(fā)生器以及分流法濕度發(fā)生器等。 而分流式濕度發(fā)生器以其操作簡單，能夠迅速連續(xù)地改變濕度量值、使用范圍廣、造價(jià)低廉等特點(diǎn)而成為最受歡迎的濕度標(biāo)準(zhǔn)源。

1　濕度發(fā)生器工作原理

分流式濕度發(fā)生器是一種可以產(chǎn)生已知濕度的自動(dòng)控制系統(tǒng)，可提供連續(xù)準(zhǔn)確的濕氣。其工作原理是把壓縮空氣經(jīng)穩(wěn)壓調(diào)節(jié)通入氣體干燥裝置，形成干氣，然后用2臺(tái)或3臺(tái)質(zhì)量流量控制器將這股干氣按不同比例準(zhǔn)確的分為兩股，其中一股(流量為QW)經(jīng)換熱后通過飽和器使之與水(或冰)呈熱力學(xué)相平衡狀態(tài)(即達(dá)到飽和)，其相對(duì)濕度為100%RH，另一股(流量為QD)經(jīng)換熱后(仍為干氣)其相對(duì)濕度為0%RH，與上一股飽和濕氣混合均勻后進(jìn)入測試腔，通過調(diào)節(jié)溫度及QW和QD的比例關(guān)系，可獲得相對(duì)濕度恒定的標(biāo)準(zhǔn)濕氣。其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示：

圖1　分流式濕度發(fā)生器工作原理框圖

測試腔內(nèi)的相對(duì)濕度為：

U=100×F/[1-(1-F)es/p]，%RH

式中，F(xiàn)為分流系數(shù)：F=QW/(QW+QD)；es為濕度發(fā)生器工作溫度下水的飽和蒸汽壓，Pa；p為大氣壓力，Pa。

2　標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器性能檢測

根據(jù)國家計(jì)量檢定規(guī)程JJG 826—93中對(duì)標(biāo)準(zhǔn)分流法濕度發(fā)生器的要求，對(duì)濕度發(fā)生器進(jìn)行性能檢測，測試結(jié)果如下文表述。

2.1　準(zhǔn)確度測試

試驗(yàn)選擇5℃和20℃溫度點(diǎn)，每個(gè)溫度條件下做10%、30%、50%、70%、90%RH，每個(gè)點(diǎn)每隔2min 讀取一組數(shù)據(jù)，總共讀取15組，取15次標(biāo)準(zhǔn)測量值的平均值作為標(biāo)準(zhǔn)濕氣的濕度值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

試驗(yàn)表明，該濕度發(fā)生器具有非常好的的相對(duì)濕度準(zhǔn)確度，都在±1.5%RH以內(nèi)。

2.2　波動(dòng)度測試

試驗(yàn)選擇20℃30%RH和70%RH點(diǎn)，每隔2min讀取一組數(shù)據(jù)，共讀取10組，進(jìn)行波動(dòng)度分析，結(jié)果見表2。

表1

5℃濕度發(fā)生器設(shè)定值10%30%50%70%90%標(biāo)準(zhǔn)器讀數(shù)9　629　449　268　888　520℃濕度發(fā)生器設(shè)定值10%30%50%70%90%標(biāo)準(zhǔn)器讀數(shù)9　829　649　569　188　7

表2

1234567891030%RH29　429　429　529　429　529　529　629　629　729　870%RH69　169　169　269　369　269　369　469　469　469　5

試驗(yàn)可以看出，該濕度發(fā)生器的濕度波動(dòng)度≤±0.2%RH。

3　濕度計(jì)準(zhǔn)確度測試

本文選取三只瑞士羅卓尼克溫濕度計(jì)進(jìn)行溫濕度性能測試，依據(jù)JJF 1076—2001《濕度傳感器校準(zhǔn)規(guī)范》，將校準(zhǔn)濕度傳感器放入濕度發(fā)射器測試腔內(nèi)，同時(shí)放入精密露點(diǎn)儀的露點(diǎn)傳感器，連接好被校準(zhǔn)濕度傳感器的電源和二次儀表，蓋好濕度發(fā)生器的測試室蓋子。

校準(zhǔn)時(shí)，設(shè)定濕度發(fā)生器的溫度值為25℃，待溫度穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)設(shè)定相對(duì)濕度，待濕度達(dá)到設(shè)定值穩(wěn)定10min后，每隔2min讀取精密露點(diǎn)儀和濕度傳感器的相對(duì)濕度值15次，取其平均值，結(jié)果如表3所示。

表3

10%RH30%RH50%RH70%RH90%RH標(biāo)準(zhǔn)器9　829　649　569　188　7被檢110　729　949　268　788　1被檢210　529　748　868　587　8被檢310　229　548　668　287　5

4　濕度計(jì)測量不確定度

4.1　數(shù)學(xué)模型

ΔV=V示-V標(biāo)

式中，ΔV為濕度傳感器的示值誤差；V標(biāo)為精密露點(diǎn)儀顯示的相對(duì)濕度；V示為被檢濕度傳感器的顯示值。

4.2　不確定度分析

以20℃的80%RH點(diǎn)為例，進(jìn)行不確定度分析。

4.2.1標(biāo)準(zhǔn)露點(diǎn)儀的不確定度分量

1)分辨力的不確定度分量

儀器分辨力為0.01%RH，區(qū)間半寬0.005%RH，均勻分布，則

2)測量誤差的不確定度分量

經(jīng)國家標(biāo)物中心標(biāo)定，標(biāo)準(zhǔn)露點(diǎn)儀在露點(diǎn)-70～20℃的范圍內(nèi)，誤差≤±0.15℃。參照GB 11605—89得出露點(diǎn)和相對(duì)濕度的換算。對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度誤差按0.8%RH計(jì)算，在±0.8%RH的范圍內(nèi)均勻分布，標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量：

4.2.2濕度發(fā)生器的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

濕度發(fā)生器經(jīng)過均勻性測試，確定其工作室內(nèi)的濕度均勻性≤0.5%RH,均勻分布，濕度發(fā)生器的均勻不確定度為：

4.2.3被檢濕度傳感器標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

該項(xiàng)不確定度主要有被檢濕度傳感器的示值顯示分辨力引起的不確定度分量和由示值重復(fù)性誤差引起的不確定度分量。

由于儀器分辨力為0.1%RH，則不確定度區(qū)間半寬為0.05%RH，按均勻分布，因分辨力引起的不確定度：

每次試驗(yàn)在相同條件下重復(fù)測量10次，相同的試驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行3次，則由示值重復(fù)性誤差引起的不確定度：

u(V示2)=0.07%RH

4.2.4合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

uC=0.55%RH

4.2.5擴(kuò)展不確定度

取k=2，擴(kuò)展不確定度為：U=kuC=0.55×2=1.1%RH

5　結(jié)束語

綜上所述，分流式濕度發(fā)生器，作為二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器，可以用于對(duì)濕度計(jì)的校準(zhǔn)，其操作簡單，能夠迅速連續(xù)地改變濕度量值、使用范圍廣、造價(jià)低廉等特點(diǎn)，是濕度計(jì)校準(zhǔn)工作中的首選儀器。

[1]JJF 1076—2001,《濕度傳感器校準(zhǔn)規(guī)范》[S]

[2]JJG826—1993，《二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分流式濕度發(fā)生器檢定規(guī)程》[S]

[3]JJF1059—1999,《測量不確定度評(píng)定與表示》[S]

[4]江鮮明.濕度傳感器校準(zhǔn)示值誤差的測量結(jié)果不確定度分析[J].商品與質(zhì)量，2012(6)