關(guān)于圓柱形腔體的濕度均勻度校準(zhǔn)方法的探索與研究

徐志偉

摘要：在計(jì)量行業(yè)，常規(guī)溫濕度發(fā)生器（或溫濕度檢定箱）的腔體均為長方體形，其濕度均勻度的校準(zhǔn)方法有相應(yīng)參考依據(jù)，而對于腔體為圓柱體形的則無相關(guān)依據(jù)。作者根據(jù)被測對象的實(shí)際情況，構(gòu)思了新的布點(diǎn)方法并通過精密露點(diǎn)儀驗(yàn)證了該方法的正確性。

Abstract： In the metrology industry， the cavity of conventional temperature and humidity generator（ or temperature and humidity check box） is cuboid， the calibration method of its humidity evenness has the corresponding reference， but there is no orresponding reference for the cylindrical cavity. According to the actual situation of the tested object， the author conceives the new layout method， and the correctness of this method is verified by the precision dew point hygrometer.

關(guān)鍵詞：溫濕度發(fā)生器；圓柱形腔體；濕度均勻度

Key words： temperature and humidity generator；cylindrical cavity；humidity evenness

中圖分類號：TP216 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）09-0165-02

0 引言

濕度均勻度是考核溫濕度發(fā)生器、溫濕度檢定箱等環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的重要指標(biāo)。因此，需要有科學(xué)、合理的檢測方法來測量并計(jì)算濕度均勻度。

目前，大多數(shù)的試驗(yàn)腔體為長方體形，其測量及計(jì)算方法在JJG 205-2005 《機(jī)械式溫濕度計(jì)檢定規(guī)程》附錄D以及JJF 1101-2003《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)規(guī)范》中均有詳細(xì)描述，但若試驗(yàn)設(shè)備為圓柱形腔體則不能適用，也就無法用均勻度來評價設(shè)備的制造工藝及運(yùn)行工況，無法評定被測濕度產(chǎn)品量值的不確定度，因此找到一種合適的測試方法獲取濕度均勻度非常必要。而圓柱體形腔體在計(jì)量機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)中仍有較多使用，分析研究出合理的均勻度測量方法用以解決上述困難具有現(xiàn)實(shí)意義。

本文正是基于以上實(shí)際需求，在無現(xiàn)成測試方法的情況下，選擇一圓柱形腔體溫濕度發(fā)生器為研究對象，設(shè)計(jì)與之相適應(yīng)的布點(diǎn)方法，注重圍繞圓柱形腔體的形體特點(diǎn)，在橫向與縱向上兼顧布點(diǎn)，通過測試及計(jì)算求取濕度均勻度。

1 被測對象

HG2-S型（Rotronic公司產(chǎn)）便攜式溫濕度發(fā)生器，除了在實(shí)驗(yàn)室用于對溫濕度傳感器、數(shù)字溫濕度計(jì)的校準(zhǔn)，因其體型較小、快速、靈活便于攜帶的特點(diǎn)，也可用于現(xiàn)場校驗(yàn)，其試驗(yàn)腔體為臥式圓柱體形。

2 濕度傳感器的選擇及校準(zhǔn)

測量濕度均勻度應(yīng)選取若干精度較高的濕度傳感器，按一定的方位布點(diǎn)測量，通過均勻度的定義計(jì)算求取。

然而，選取高精度的濕度傳感器是不夠的。參照J(rèn)JG 205-2005，溫濕度發(fā)生器的濕度均勻度應(yīng)不超過1.0%RH。即便濕度傳感器具有很高的精度（±1.0%RH左右），直接用來測量，其精度仍不滿足要求。因此，需要通過校準(zhǔn)獲得每個濕度傳感器的修正值。為了盡量提高各傳感器加上修正值后的一致性，應(yīng)選取同一型號，并將之同時放入同一溫濕度檢定裝置中，由同一精密露點(diǎn)儀量傳，各傳感器應(yīng)緊靠放置并接近標(biāo)準(zhǔn)器以減少箱體不均勻性造成的不一致。

根據(jù)實(shí)際情況，本文選取6支HC2-S型高精度濕度傳感器，每支均通過USB連接到HUB，與PC軟件交互，可同時讀取各傳感器濕度示值。將各濕度傳感器緊靠放入溫濕度檢定裝置，并靠近標(biāo)準(zhǔn)器。將溫濕度檢定裝置設(shè)置為20℃，40%RH，經(jīng)過充分穩(wěn)定后讀數(shù)，計(jì)算修正值如表1所示。

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3 測試方法

3.1 測點(diǎn)布置

根據(jù)HG2-S型溫濕度發(fā)生器腔體尺寸，設(shè)計(jì)布點(diǎn)如圖1所示。

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腔體為圓柱體形，深18cm，截面直徑14cm，外端面有五個圓形開口插入5個濕度傳感器。1號傳感器經(jīng)任意一開口插入腔體后置于中心位置，2至6號穿過各自開口后沿軸向距離底面分別為2cm、5.5cm、9cm、12.5cm、16cm，等分軸向線。

3.2 布點(diǎn)分析

在考核均勻性時，腔體中心必然放置一點(diǎn)作為中心點(diǎn)。因腔體端面按圓周等距離開5孔，故沿軸向插入5支傳感器，插深不同，將腔體沿軸向均勻分割，這樣既考慮到了軸向的均勻性又考慮了截面的均勻性，考察的是軸向與橫向的綜合效果。

3.3 均勻度的測量

各濕度傳感器按圖1完成布點(diǎn)后，將溫濕度發(fā)生器設(shè)置為20℃，40%RH，經(jīng)過充分穩(wěn)定后開始讀取各點(diǎn)濕度示值，每隔2min讀一組，共計(jì)15組數(shù)據(jù)hi1～hi6（i=1，2，3，…，15），各點(diǎn)加上表1修正值后變?yōu)镠i1～Hi6（i=1，2，3，…，15）。每組數(shù)據(jù)中Hi2～Hi6與Hi1之差的絕對值的最大值為該組的ΔH，總共15組數(shù)據(jù)，則取最大的ΔH作為濕度均勻度。

比如第一組數(shù)據(jù)如表2所示，則第一組的ΔH應(yīng)為第6點(diǎn)與第1點(diǎn)的差值0.17%RH。

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15組數(shù)據(jù)的ΔH如表3所示，則濕度均勻度應(yīng)取15組中的最大值0.22%RH。

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4 方法驗(yàn)證

通過上述方法的分析與實(shí)踐，可以得出該溫濕度發(fā)生器在20℃，40%RH時的濕度均勻度為0.22%RH，遠(yuǎn)小于1.0%RH的指標(biāo)要求，說明該濕度發(fā)生器具有很小的濕度均勻度，用它進(jìn)行濕度傳感器的校準(zhǔn)將會大幅減小測量結(jié)果不確定度。

取精密露點(diǎn)儀MBW473的露點(diǎn)探頭置于點(diǎn)1，另一露點(diǎn)儀DEW PRIMEⅡ的探頭置于點(diǎn)6，經(jīng)充分穩(wěn)定后，讀取兩者露點(diǎn)溫度，在20℃下?lián)Q算成濕度，求取兩點(diǎn)的濕度差值，每隔2min記錄一次，共計(jì)15組，取最大差值，最終驗(yàn)證結(jié)果為0.20%RH，與0.22%RH非常接近。

5 結(jié)論

本文針對圓柱形腔體的溫濕度發(fā)生器，提出了與之形體相適應(yīng)的測量濕度均勻度的布點(diǎn)方法，并通過測量獲得均勻度為0.22%RH，這個數(shù)據(jù)達(dá)到了較高的水準(zhǔn)。

將該方法用于實(shí)際測量時，因?yàn)楦鱾€設(shè)備的腔體尺寸有所不同，應(yīng)加以變通。對于更小的圓柱形腔體，依實(shí)際情況適當(dāng)減少測試布點(diǎn)，而對于較大的設(shè)備，應(yīng)增加布點(diǎn)，增減的原則應(yīng)圍繞圓柱體的特點(diǎn)，在橫向按圓周均勻分布，而縱向按軸向均勻分布。希望通過本文能夠給同行帶來新的啟示。

參考文獻(xiàn)：

[1]JJG 205-2005，機(jī)械式溫濕度計(jì)檢定規(guī)程[S].國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.

[2]JJF 1101-2003，環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)規(guī)范[S].國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.

[3]萬滔，李曉川，姜勇.環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備相對濕度校準(zhǔn)方法探究[J].儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量，2014（05）.