環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備校準(zhǔn)中的有關(guān)問題

何金芳 朱海東/.上海市奉賢區(qū)計(jì)量檢定所；.上海市金山區(qū)計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)所

0 引言

環(huán)境實(shí)驗(yàn)設(shè)備泛指各種培養(yǎng)箱、干燥箱和恒溫恒濕箱等設(shè)備，是用于做特定的溫度、濕度環(huán)境試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。通過對(duì)溫、濕度儀表的控制，在一定的工作空間內(nèi)，將規(guī)定的試驗(yàn)條件保持在要求規(guī)定的偏差范圍之內(nèi)，廣泛應(yīng)用于食品、藥品、化妝品和工業(yè)企業(yè)等行業(yè)；對(duì)這些設(shè)備校準(zhǔn)的依據(jù)是JJF 1101-2003《環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)規(guī)范》等技術(shù)規(guī)范，給出其溫濕度的偏差、均勻度和波動(dòng)度，客觀地反映設(shè)備的運(yùn)行情況，給予用戶在使用和操作上的正確指導(dǎo)，故設(shè)備的校準(zhǔn)工作非常重要。但在計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核和校準(zhǔn)過程中發(fā)現(xiàn)存在一些問題，針對(duì)這些問題提出了建議，供大家參考討論。

1 存在的問題

1.1 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)器的準(zhǔn)確度等級(jí)技術(shù)規(guī)范沒有明確的要求

目前計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)（以下簡(jiǎn)稱機(jī)構(gòu)）所配置的標(biāo)準(zhǔn)器一般由溫、濕度傳感器與數(shù)據(jù)采集器組成的多點(diǎn)溫濕度測(cè)試儀或溫濕度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。不同的廠家生產(chǎn)的溫濕度測(cè)試儀或溫濕度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，配置的傳感器型號(hào)規(guī)格和準(zhǔn)確度也不相同。對(duì)于溫度傳感器，有的機(jī)構(gòu)配置鉑電阻，有的機(jī)構(gòu)配置熱電偶；對(duì)于濕度傳感器，有的機(jī)構(gòu)濕度測(cè)試系統(tǒng)的最大允許誤差為±2%RH，有的機(jī)構(gòu)濕度測(cè)試系統(tǒng)的最大允許誤差為±5%RH。

按照J(rèn)JF 1101-2003的要求，在5.2條款“溫度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)”描述：溫度測(cè)量由溫度傳感器（通常用四線制鉑熱電阻）和顯示儀表組成，時(shí)間常數(shù)應(yīng)小于15 s；“濕度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)”描述：1）數(shù)字通風(fēng)干濕表和氣壓表（通風(fēng)速度應(yīng)大于2.5 m/s）；2）數(shù)字濕度計(jì)（僅在濕度場(chǎng)不發(fā)生交變的情況下使用） ；3）干、濕球溫度計(jì)（在風(fēng)速均勻情況下，適用于相對(duì)濕度均勻度的測(cè)量）。從技術(shù)規(guī)范的要求看，對(duì)于測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的描述過于簡(jiǎn)單，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)器的準(zhǔn)確度等級(jí)或最大允許誤差沒有明確的要求，其勢(shì)必造成測(cè)量結(jié)果也不同，這將導(dǎo)致機(jī)構(gòu)在標(biāo)準(zhǔn)器的選用上產(chǎn)生困惑。

1.2 量值溯源點(diǎn)是否覆蓋測(cè)量范圍

濕度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)由一次儀表和二次儀表組成，量值溯源是一體溯源，不單獨(dú)對(duì)濕度傳感器和巡回檢測(cè)儀進(jìn)行分開溯源。就以表1濕度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的溯源證書來說：若濕度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的校準(zhǔn)證書上就給出20 ℃時(shí)40%RH、60%RH和80%RH三個(gè)點(diǎn)的校準(zhǔn)示值誤差，且不是線性關(guān)系，計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核時(shí)能否給出計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量范圍是（40%RH～80%RH）還是只給這三個(gè)點(diǎn)？若濕度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)三個(gè)探頭的示值誤差偏大，那么是否滿足作為標(biāo)準(zhǔn)器的使用要求？若三個(gè)探頭之間的示值相差較大，三個(gè)探頭的隨機(jī)布點(diǎn)會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來哪些影響？

表1 三個(gè)點(diǎn)的校準(zhǔn)示值誤差

1.3 對(duì)環(huán)境實(shí)驗(yàn)設(shè)備測(cè)試的數(shù)據(jù)是否按標(biāo)準(zhǔn)器量值溯源證書上的數(shù)據(jù)需要修正

以濕度60%RH為例，探頭1、2、3分別對(duì)應(yīng)甲、乙、丙；按JJF 1101-2003校準(zhǔn)規(guī)范，恒溫恒濕試驗(yàn)設(shè)備（容積小于2 m3）在穩(wěn)定的狀態(tài)下，對(duì)濕度60% RH點(diǎn)進(jìn)行半個(gè)小時(shí)的測(cè)量，每兩分鐘采集一次數(shù)據(jù)，共15遍。測(cè)得試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

1）相對(duì)濕度偏差的計(jì)算：

式中：Δhd——濕度的偏差，%RH；

hd——中心點(diǎn)n次測(cè)量的平均值，%RH；

h0——設(shè)備顯示濕度平均值，%RH

2）相對(duì)濕度均勻度的計(jì)算：

式中：Δhu——濕度的均勻度，%RH；

himax——各校準(zhǔn)點(diǎn)在第i次測(cè)量中的最高濕度，%RH；

himin——各校準(zhǔn)點(diǎn)在第i次測(cè)量中的最低濕度，%RH；

n——測(cè)量次數(shù)

3）相對(duì)濕度波動(dòng)度的計(jì)算：

式中：Δhf——濕度的波動(dòng)度，%RH；

h0max——中心點(diǎn)n次測(cè)量中濕度的最高值，%RH；

h0min——中心點(diǎn)n次測(cè)量中濕度的最低值，%RH

按式（1）（2）（3）進(jìn)行濕度偏差、濕度均勻度和濕度波動(dòng)度的計(jì)算：

在濕度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)示值不修正的情況下數(shù)據(jù)處理結(jié)果：

濕度偏差：-6.1%RH；濕度波動(dòng)度：±1.6%RH；濕度均勻度 ：6.1%RH。

在濕度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)示值修正（按表1的數(shù)據(jù)）的情況下數(shù)據(jù)處理結(jié)果：

濕度偏差：-2.6%RH；濕度波動(dòng)度：±1.6 %RH；濕度均勻度：5.6%RH。

通過上述試驗(yàn)可以看出，在校準(zhǔn)和數(shù)據(jù)處理過程中，標(biāo)準(zhǔn)器的示值誤差是否修正，可能會(huì)影響到各校準(zhǔn)點(diǎn)在第i次測(cè)量中的最高濕度和最低濕度的判斷，導(dǎo)致濕度偏差和濕度均勻度不同。

2 建議

2.1 明確標(biāo)準(zhǔn)器的技術(shù)要求

隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，高性能的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備日新月異，對(duì)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的校準(zhǔn)會(huì)提出更高的要求。而現(xiàn)行JJF 1101-2003雖然發(fā)布很長時(shí)間，但后續(xù)也一直沒有改進(jìn)的版本，存在著對(duì)標(biāo)準(zhǔn)器的準(zhǔn)確度或最大允許誤差、測(cè)量范圍等技術(shù)要求不明確等問題。為了讓所選設(shè)備的計(jì)量特性能，能滿足作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的需求，在選擇標(biāo)準(zhǔn)器時(shí)可參照其他檢驗(yàn)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的方法。如GB/T 5170.2-2017環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備檢驗(yàn)方法（溫度試驗(yàn)設(shè)備），對(duì)檢驗(yàn)用的儀器提出了具體的技術(shù)要求，規(guī)定：1）t≤100 ℃時(shí)，最大允許誤差一般不超過±0.3 ℃；2）100 ℃＜t≤200 ℃時(shí)，最大允許誤差一般不超過±0.5 ℃；3）200 ℃ ＜t≤ 300 ℃時(shí)，最大允許誤差一般不超過±1.0 ℃。在GB/T 5170.5-2016環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備檢驗(yàn)方法（濕熱試驗(yàn)設(shè)備）中規(guī)定：濕度測(cè)試系統(tǒng)的最大允許誤差一般不超過±2%RH。這些新的國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的性能提出了具體的數(shù)據(jù)，可操作性強(qiáng)。除此之外，在實(shí)際的使用中，由于不同型號(hào)、不同測(cè)量范圍的設(shè)備其技術(shù)指標(biāo)不盡相同，有的出廠說明書上的技術(shù)指標(biāo)高于規(guī)范要求，有的低于規(guī)范要求，不能以規(guī)范的要求作為唯一的依據(jù)?？砂凑樟恐邓菰大w系的要求，標(biāo)準(zhǔn)器的誤差應(yīng)至少小于被檢設(shè)備允許誤差的1/3，對(duì)于濕度傳感器的誤差應(yīng)至少小于被檢設(shè)備允許誤差的1/2，以此來作為選擇標(biāo)準(zhǔn)器的技術(shù)依據(jù)。

另外在實(shí)際的校準(zhǔn)過程中，要特別注意：溫濕度測(cè)試設(shè)備所配鉑電阻溫度傳感器的耐溫性能，雖然大多數(shù)溫濕度測(cè)試設(shè)備所配的鉑電阻溫度傳感器的測(cè)溫范圍可達(dá)到300 ℃，但在實(shí)際使用中，一般達(dá)到100 ℃～150 ℃（最高到200 ℃）時(shí)鉑電阻傳感器的密封膠就會(huì)融化，可能會(huì)出現(xiàn)一些問題，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，建議100 ℃以上時(shí)使用熱電偶作傳感器。對(duì)于濕度校準(zhǔn)部分，由于目前使用的濕度傳感器是利用濕度與敏感物質(zhì)的電性質(zhì)（如電阻、電容）之間存在一定的關(guān)系進(jìn)行測(cè)量，濕度傳感器上的濕敏元件處于高溫高濕的情況下，濕滯增加將導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)器上濕度的示數(shù)偏大，從而影響校準(zhǔn)結(jié)果，因此從目前的技術(shù)條件來看，不適宜在高溫高濕的環(huán)境下校準(zhǔn)。

2.2 增加量值溯源點(diǎn)

在JJF 1101-2003中規(guī)定,校準(zhǔn)溫濕度點(diǎn)一般應(yīng)選擇設(shè)備使用范圍的下限、上限及中間點(diǎn)，也可根據(jù)用戶需要選擇實(shí)際常用的溫濕度點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)室在實(shí)際的工作中，一般是根據(jù)用戶需要選擇實(shí)際常用的溫濕度點(diǎn)，從表1可知，對(duì)于準(zhǔn)確度為±5%RH的濕度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，若濕度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的校準(zhǔn)證書上就給出20 ℃時(shí)40%RH、60%RH和80%RH三個(gè)點(diǎn)的校準(zhǔn)示值誤差，且不是線性關(guān)系，那么其他非40%RH、60%RH和80%RH點(diǎn)的校準(zhǔn)示值誤差就無法獲得，也就無法準(zhǔn)確反映校準(zhǔn)結(jié)果。因此計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核時(shí)也不能給出計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量范圍是40%RH～80%RH，只能給這三個(gè)點(diǎn)。如要給出范圍，那只能增加量值溯源點(diǎn)。另外若濕度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)三個(gè)探頭的示值誤差偏大，或者三個(gè)探頭之間的示值相差較大，則通過量值溯源得到示值誤差進(jìn)行修正，從而滿足作為標(biāo)準(zhǔn)器的使用要求，減少對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。針對(duì)這些情況，標(biāo)準(zhǔn)器送檢時(shí)，建議從低濕10%RH到高濕90%RH，每間隔10%RH的點(diǎn)進(jìn)行量值溯源。

2.3 正確處理數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)試的數(shù)據(jù)要進(jìn)行修正

在計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核和實(shí)驗(yàn)室比對(duì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室在濕度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理過程中對(duì)標(biāo)準(zhǔn)器的示值進(jìn)行修正，有的實(shí)驗(yàn)室沒有修正。通過上面案例可以看出，對(duì)于準(zhǔn)確度為±5%RH配置的濕度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)器的準(zhǔn)確度低，其誤差偏大，三個(gè)探頭的示值誤差不修正的話，將影響最大值和最小值的判斷。示值誤差是否修正，校準(zhǔn)結(jié)果濕度偏差和濕度均勻度也是不同的，濕度偏差值兩者相差高達(dá)3.5%RH，主要是由標(biāo)準(zhǔn)器自身誤差大給測(cè)量結(jié)果帶來的影響。減小系統(tǒng)誤差采用修正的方法，因此建議在數(shù)據(jù)處理時(shí)，先要根據(jù)每年的溯源證書信息對(duì)其示值誤差進(jìn)行修正，再進(jìn)行偏差和均勻性的計(jì)算。對(duì)于準(zhǔn)確度為±2%RH配置的濕度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，雖然其誤差相對(duì)來說要小很多，但不同傳感器之間的示值誤差不一致性存在。另外濕度傳感器使用時(shí)間一長，容易老化，從而降低準(zhǔn)確度，所以對(duì)其示值誤差進(jìn)行修正也是很有必要的。

3 結(jié)語

本文介紹了環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備在計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核和校準(zhǔn)過程中存在的一些問題。對(duì)于這些問題，通過合理地選擇標(biāo)準(zhǔn)器，適當(dāng)增加量值溯源點(diǎn)和正確處理數(shù)據(jù)等方法，來保證其校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性，從而使環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備更好地發(fā)揮作用。