溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱校準(zhǔn)相關(guān)問題

胡健 徐標(biāo)/廣東省計量科學(xué)研究院

0 引言

近年來，各類溫濕度計使用量越來越大，送檢量也逐年增多，溫濕度檢定箱、濕度發(fā)生器作為溫濕度計檢定校準(zhǔn)的主要配套設(shè)備，其需求量也增大[1-2]?？茖W(xué)、有效評估其性能非常重要。JJF 1564-2016《溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱校準(zhǔn)規(guī)范》于2016發(fā)布并實施已有近三年[3-4]，筆者做了一些溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱的校準(zhǔn)工作，并結(jié)合相關(guān)實驗數(shù)據(jù)談?wù)劥艘?guī)范在工作中運用的一些心得體會。

1 多種規(guī)程規(guī)范之間比較

JJF 1564-2016溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱校準(zhǔn)規(guī)范發(fā)布實施之前，評估溫濕度箱性能的規(guī)范有JJF 1101-2003和JJG 205-2005機械式溫濕度計檢定規(guī)程附錄D。兩者的一些技術(shù)指標(biāo)名稱相同，如波動度、均勻度，但其測試方法和計算有差異。JJF 1101-2003中波動度是指30 min內(nèi)中心點最大與最小值之差，而JJG 205-2005附錄D是指30 min內(nèi)所有測量點最大與最小值之差。JJF 1101-2003中均勻度指同一時刻所有點之差，30 min取其平均值。而JJG 205-2005附錄D指中心點與其余點之差絕對值的最大值。并且在濕度測量點個數(shù)要求方面也不相同。JJF 1101-2003要求布置3個，而JJG 205-2005附錄D則要求9個。從上述差異可知，雖然名稱相近，但實際意義卻大相徑庭，且后者要比前者要求更高，更適合溫濕度計量。

JJF 1564-2016溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱校準(zhǔn)規(guī)范發(fā)布和實施之前，對于大腔體的濕度發(fā)生器的性能評估方法并沒有明確的規(guī)定。如果參照J(rèn)JG 205-2005機械式溫濕度計檢定規(guī)程附錄D進行評估，則存在以下問題，其一，濕度發(fā)生器腔體不適宜放置9個溫濕度傳感器；其二，被檢阻容濕度傳感器響應(yīng)時間短，波動度是按30 min計算，不宜評估濕度發(fā)生器性能。針對上述問題，JJF 1564-2016增加了溫度、濕度變化率指標(biāo)，對不同容積箱體布點有了詳細要求，更方便使用。

2 環(huán)境溫濕度不滿足條件時，對溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱校準(zhǔn)的影響

在 JJG 205-2005和 JJF 1564-2016規(guī)程規(guī)范中，環(huán)境溫濕度的要求溫度15～25 ℃及濕度≤75%RH。眾多規(guī)程規(guī)范對環(huán)境溫濕度的規(guī)定一般是基于計量標(biāo)準(zhǔn)器偏離規(guī)定環(huán)境要求時，計量性能可能發(fā)生變化。在JJF 1564-2016中，當(dāng)環(huán)境溫濕度偏離時，主要影響的是被檢溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱的工作狀態(tài)。

目前溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱工作原理主要是調(diào)溫調(diào)濕法和雙溫法兩種。調(diào)溫調(diào)濕法指通過噴霧、蒸汽加濕和制冷、干燥劑進行除濕。當(dāng)環(huán)境溫度過高時，會影響壓縮機制冷能力和散熱效率，最終溫度、濕度波動度受影響。此外當(dāng)環(huán)境濕度過高，箱體濕度降速會變慢甚至無法降到目標(biāo)濕度。環(huán)境溫度過高還會影響箱體的保溫性，導(dǎo)致溫度、濕度均勻性變差[5-7]。筆者以某型雙溫法溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱進行實驗，結(jié)果如表1所示。

上述實驗結(jié)果反映出環(huán)境溫度偏離后，溫度、濕度均勻度明顯增大，以致于超出規(guī)范的要求。但環(huán)境溫度偏離后，對于雙溫法溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱其波動度和變化率影響較小。

3 風(fēng)速不一致對修正值的影響

根據(jù)JJF 1564-2016的要求，標(biāo)準(zhǔn)器在使用前后須進行校準(zhǔn)，依據(jù)各點誤差值修正使用。但是所使用的濕度發(fā)生器與被檢的溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱內(nèi)部風(fēng)速有差異，其誤差也不盡相同。在濕度發(fā)生器的測量誤差去修正被檢溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱測量值時，以Rotronic生產(chǎn)的HC2型數(shù)字溫濕度計為例，在不同風(fēng)速下的濕度和溫度誤差，結(jié)果如表2，表3所示。

表1 環(huán)境溫度偏離對校準(zhǔn)結(jié)果影響

表2 不同風(fēng)速對溫度誤差影響

表3 不同風(fēng)速下對濕度誤差影響

從上述結(jié)果可知，在不同風(fēng)速下，濕度發(fā)生器標(biāo)準(zhǔn)器的修正值有差異，當(dāng)對測量結(jié)果修正時應(yīng)與被檢狀態(tài)一致，否則修正值不匹配。

4 濕度均勻性的問題

在校準(zhǔn)溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱時，濕度均勻性有普遍規(guī)律，濕度越高，濕度均勻性越大。筆者使用一臺調(diào)溫調(diào)濕法溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱進行實驗。根據(jù)結(jié)果將相對濕度換算成露點值，如表4、表5、表6所示。

表4 40%RH與中心點露點差

表5 60%RH與中心點露點差

表6 80%RH與中心點露點差

從表4、5、6結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)以下特點：

1）40% RH～80% RH 雖然均勻度 0.3% RH 升至0.7% RH，但與中心露點之差都在0.1 ℃左右，沒有增加；

2）濕度均勻度較大程度是由于溫度不均勻造成的。根據(jù)相對濕度計算公式：

式中：e=e(Td)露點溫度下飽和水汽壓；

eW——當(dāng)前溫度下飽和水汽壓

而飽和水汽壓可根據(jù)馬格納斯經(jīng)驗方程簡化描述：

式中：e0——0 ℃時飽和水汽壓；

t——當(dāng)前溫度

從式（1）（2）中可知飽和水汽壓變化率與溫度成正比，因而當(dāng)相對濕度低的時候，相對應(yīng)的露點溫度也低，其飽和水汽壓變化率小，露點溫度改變量對相對濕度影響量??；反之，在相對濕度高的時候，露點溫度改變量對相對濕度影響量大。所以被檢溫濕度檢定箱在不同相對濕度時其均勻度露點值相同，但均勻度轉(zhuǎn)換成相對濕度表示后差異較大。

5 結(jié)語

溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱技術(shù)要求非常高，特別是均勻度要求不大于1% RH，而測量不確定度一般都大于0.5% RH，要科學(xué)、可靠地判定溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱的技術(shù)指標(biāo)較為困難，因而須認(rèn)清各項影響因素，并減小其影響。