精密露點(diǎn)儀標(biāo)準(zhǔn)裝置的性能測(cè)試及計(jì)量軟件設(shè)計(jì)

賈軍偉，李紹飛，柴昊，張書(shū)鋒，劉展，盧茂

(北京東方計(jì)量測(cè)試研究所，北京100086)

0 引言

濕度在國(guó)防科技工業(yè)系統(tǒng)的航天器研制、生產(chǎn)和儲(chǔ)存等方面是一個(gè)非常重要的參數(shù)［1-3］。在型號(hào)任務(wù)上，航天器整星、單機(jī)產(chǎn)品的科研生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)濕度的要求極為嚴(yán)格。另外，載人航天、長(zhǎng)期在軌空間站在濕度控制方面的研究也越來(lái)越受到人們的關(guān)注。隨著大量精密濕度測(cè)量?jī)x器在航天產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用，這些設(shè)備的檢定測(cè)試任務(wù)顯得尤為重要。

濕度標(biāo)準(zhǔn)裝置主要包括濕度發(fā)生器、濕度主標(biāo)準(zhǔn)器及作為配套裝置的核查標(biāo)準(zhǔn)。目前，濕度發(fā)生器主要分為雙溫雙壓法濕度發(fā)生器、雙壓法濕度發(fā)生器、雙溫法濕度發(fā)生器、分流法濕度發(fā)生器、連續(xù)型飽和鹽法濕度發(fā)生器、滲透管標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器等［2，4-7］。濕度標(biāo)準(zhǔn)以冷鏡式精密露點(diǎn)儀為代表，具有準(zhǔn)確度等級(jí)高、穩(wěn)定性好、操作方便的特點(diǎn)。作者所在實(shí)驗(yàn)室以2500 型雙壓法濕度發(fā)生器配以373 型冷鏡式精密露點(diǎn)儀作為濕度標(biāo)準(zhǔn)，具有良好的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。

1 標(biāo)準(zhǔn)裝置的構(gòu)成

露點(diǎn)儀標(biāo)準(zhǔn)裝置采用直接比較法完成對(duì)精密露點(diǎn)儀、數(shù)字式溫濕度傳感器/變送器、機(jī)械式/數(shù)字式溫濕度計(jì)以及其他濕度測(cè)量器具的檢定和校準(zhǔn)。將標(biāo)準(zhǔn)露點(diǎn)儀和被檢濕度儀器儀表放置在濕度發(fā)生器測(cè)試室的有效工作區(qū)域內(nèi)，由濕度發(fā)生器提供所需恒定的樣氣，分別由標(biāo)準(zhǔn)露點(diǎn)儀和被檢濕度儀器儀表測(cè)量樣氣的溫濕度值，將所得數(shù)值進(jìn)行比較。該裝置主要包括作為主標(biāo)準(zhǔn)的373 型冷鏡式精密露點(diǎn)儀、作為濕度發(fā)生器的2500 型雙壓法濕度發(fā)生器及作為核查標(biāo)準(zhǔn)的M4 冷鏡式精密露點(diǎn)儀。

圖1 精密露點(diǎn)儀原理圖

冷鏡式精密露點(diǎn)儀原理框圖如圖1所示。露點(diǎn)儀由制冷系統(tǒng)、露(霜)點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)和溫度測(cè)量與跟蹤系統(tǒng)三部分組成。用等壓冷卻的方法使被測(cè)樣氣中的水蒸氣開(kāi)始出現(xiàn)結(jié)露(霜)時(shí)的溫度，即為該樣氣的露(霜)點(diǎn)溫度。再通過(guò)一支精密溫度計(jì)準(zhǔn)確測(cè)量該樣氣的溫度，即可算出樣氣的相對(duì)濕度值。

2 標(biāo)準(zhǔn)裝置的性能測(cè)試

2.1 重復(fù)性實(shí)驗(yàn)

選擇溫度為20℃、濕度為50%RH 的典型點(diǎn)作為實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，由2500 型濕度發(fā)生器提供的穩(wěn)定的溫濕度環(huán)境，以373 型精密露點(diǎn)儀作為主標(biāo)準(zhǔn)，以M4/1311 型精密露點(diǎn)儀作為核查標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行n 次(n=10)重復(fù)性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示，以實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差(公式(1))對(duì)其重復(fù)性進(jìn)行考評(píng)。結(jié)果表明溫度重復(fù)性實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.00℃;相對(duì)濕度重復(fù)性實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.07%RH;露點(diǎn)溫度重復(fù)性實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.01℃。

表1 標(biāo)準(zhǔn)裝置重復(fù)性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2 穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

選擇溫度為20℃，濕度為50%RH 的典型點(diǎn)作為實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，由2500 型濕度發(fā)生器提供的穩(wěn)定的溫濕度環(huán)境，以373 型精密露點(diǎn)儀作為主標(biāo)準(zhǔn)，每隔三個(gè)月進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)，一共進(jìn)行m 次(m=4)實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)記錄n 組(n=10)數(shù)據(jù)，其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 標(biāo)準(zhǔn)裝置穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

每組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值按照式(2)進(jìn)行計(jì)算:

各組實(shí)驗(yàn)平均值的均值按照式(3)進(jìn)行計(jì)算:

各參數(shù)的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)依據(jù)式(4)進(jìn)行計(jì)算:

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果表明:溫度穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.02℃;相對(duì)濕度穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.33% RH;露點(diǎn)溫度穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.066℃。

3 軟件設(shè)計(jì)

基于Labview 軟件平臺(tái)［8-10］開(kāi)發(fā)了濕度計(jì)量軟件。該軟件可應(yīng)用于溫濕度表，濕度傳感器等溫濕度儀器儀表的計(jì)量工作。程序主要由被檢儀表信息輸入模塊、溫濕度表計(jì)量模塊、濕度傳感器計(jì)量模塊和報(bào)告生成模塊部分構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了多塊被檢儀表并行檢定、并將常用被檢儀表的信息以庫(kù)的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，方便檢定時(shí)調(diào)用，避免重復(fù)勞動(dòng)。結(jié)合”LabVIEW Report Generation Toolkit for Microsoft Office”及word 中書(shū)簽和域的使用，能應(yīng)用于各類(lèi)溫濕度儀表的計(jì)量，實(shí)現(xiàn)多個(gè)被檢溫濕度儀表的批量計(jì)量，數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理、原始記錄和證書(shū)的自動(dòng)生成。程序設(shè)計(jì)的流程圖如圖2所示。

圖2 溫濕度儀表計(jì)量程序流程圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)以373 型精密露點(diǎn)儀為主標(biāo)準(zhǔn)器的濕度標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行了性能研究。結(jié)果表明溫度重復(fù)性實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.00℃，相對(duì)濕度重復(fù)性實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.07%RH，露點(diǎn)溫度重復(fù)性實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.01℃。溫度穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.02℃，相對(duì)濕度穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.33%RH，露點(diǎn)溫度穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.066℃。并基于美國(guó)NI 公司的Labview 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，結(jié)合日常濕度計(jì)量需求，開(kāi)發(fā)了濕度儀器儀表計(jì)量軟件依托程序框架和其中較通用的模塊，可以較方便擴(kuò)展到其他計(jì)量專(zhuān)業(yè)的自動(dòng)化檢定/校準(zhǔn)中。

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