雙溫法溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱溫度及濕度的均勻度

鄔昕 蔣厚庸 莊煒杰 / 上海市計量測試技術(shù)研究院

0 引言

溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱是溫濕度計、通風(fēng)干濕表、煙氣含濕量測量儀、熱指數(shù)儀等儀器溫濕度檢定或校準(zhǔn)的發(fā)生裝置。目前，國內(nèi)溫濕度計計量校準(zhǔn)需求日益增加，溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱的生產(chǎn)數(shù)量呈爆發(fā)式增長。不同工作原理的溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱主要包括雙溫法溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱、調(diào)溫調(diào)濕法溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱、干濕分離法溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱。JJF 1564—2016《溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱校準(zhǔn)規(guī)范》規(guī)定了溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱溫度、濕度參數(shù)在均勻性、波動度、每分鐘變化率等方面的技術(shù)要求。溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱涉及溫度、濕度、通風(fēng)、制冷及控制等多方面因素，箱體內(nèi)溫度場、濕度場較為復(fù)雜。本文通過試驗，將溫濕度探頭放置在雙溫法溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱的不同位置，對箱體內(nèi)溫度場、濕度場的均勻度進(jìn)行研究。

1 工作原理與校準(zhǔn)方法

1.1 雙溫法溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱的工作原理

雙溫法溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱有兩個溫度，分別是水箱溫度和箱體內(nèi)的空氣溫度[1]。箱體內(nèi)空氣溫度高于水箱溫度，借助水箱內(nèi)相對低溫的風(fēng)吹出，形成濕氣。因相對濕度、水箱溫度及箱體內(nèi)空氣溫度三者呈函數(shù)關(guān)系，通過制冷或加熱水箱溫度、箱體內(nèi)的空氣溫度，使得水箱溫度和箱體內(nèi)的空氣溫度分別達(dá)到設(shè)定值，實現(xiàn)調(diào)控標(biāo)準(zhǔn)箱內(nèi)相對濕度的目的。加濕過程和溫度調(diào)控過程交替進(jìn)行，周而復(fù)始，使得標(biāo)準(zhǔn)箱內(nèi)溫度、濕度恒定在設(shè)定值[2]。

雙溫法溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱溫濕度技術(shù)成熟，箱體工作區(qū)域內(nèi)沒有通風(fēng)盲區(qū)，氣流穩(wěn)定、均勻，風(fēng)速小于0.15 m/s，保證了良好的均勻性和穩(wěn)定性。在操作孔進(jìn)行操作時，也能保證箱體內(nèi)溫濕度穩(wěn)定[3]。

1.2 校準(zhǔn)方法

JJF 1564-2016[4]規(guī)定了溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱在校準(zhǔn)過程中，選取底層和中間層兩個面進(jìn)行布點，除中心點外每個點距離箱體角落的長度和寬度均為8 cm。在20 ℃下校準(zhǔn)濕度為40%RH、60%RH 和80%RH；溫度校準(zhǔn)點一般為15 ℃、20 ℃、30 ℃，校準(zhǔn)時溫度和濕度都按從低到高的順序進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)箱達(dá)到穩(wěn)定后等待30 min 開始記錄數(shù)據(jù)，每間隔20 s 記錄一組數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)點記錄90 組數(shù)據(jù)[5]。溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱波動度、均勻度、每分鐘變化率的技術(shù)要求如表1所示。溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱校準(zhǔn)探頭布點如圖1 所示[6]。

表1 溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱的技術(shù)要求

2 試驗與結(jié)果分析

2.1 試驗設(shè)計與參數(shù)選擇

根據(jù)JJF 1564—2016，溫度均勻度、濕度均勻度的計算方法可用式（1）（2）計算：

式中： ΔTn—— 第n時刻中心位置與其他布點位置的溫度之差的最大值，℃；

Tn0—— 第n時刻中心位置的溫度值，℃；

Tnj—— 第n時刻，第j位置的溫度值，℃

式中：ΔHn—— 第n時刻中心位置與其他布點位置的濕度之差的最大值，%RH；

Hn0—— 第n時刻中心位置的濕度值，%RH；

Hnj—— 第n時刻，第j位置的濕度值，%RH

本文擬選用某廠家某型號溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱，進(jìn)行多次試驗研究，研究箱體內(nèi)溫度、濕度的均勻性。選用的溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱，送風(fēng)、回風(fēng)口均位于箱體兩側(cè)，不處在溫濕度測量探頭的擺放位置上。理想狀態(tài)下，箱體內(nèi)溫度場、濕度場穩(wěn)定，空氣流通且無送風(fēng)死角，均勻度應(yīng)趨近于0。實際工作中，箱體內(nèi)各點溫度、濕度均不一致，有一定的均勻度。擬研究箱體內(nèi)不同位置溫度、濕度的均勻度變化規(guī)律，分別為距離角落8 cm×8 cm、10 cm×10 cm、15 cm×15 cm、20 cm×20 cm。分別在15 ℃、20 ℃和30 ℃三個溫度測量點，以及20 ℃條件下40%RH、60%RH 和80%RH 三個濕度點進(jìn)行多次試驗，找出箱體內(nèi)不同位置溫度、濕度的均勻度的變化規(guī)律。

2.2 試驗結(jié)果

溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱的均勻度本身存在不同，本文所有試驗結(jié)果僅限于雙溫法溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱，且送風(fēng)、回風(fēng)口均位于箱體兩側(cè)，不處在溫濕度測量探頭的擺放位置上。列舉兩臺溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱在不同溫度測試點布點位置溫度均勻度的試驗數(shù)據(jù)（從左至右分別是15 ℃、20 ℃和30 ℃），如表2 所示。

20 ℃條件下不同濕度測試點，布點位置濕度均勻度的試驗數(shù)據(jù)（從左至右分別是40%RH、60%RH和80%RH），如表3 所示。

選用不同廠家其他型號的溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱進(jìn)行多次試驗，結(jié)合表2、表3 數(shù)據(jù)可知，當(dāng)溫濕度探頭不放置在出風(fēng)口且溫度、濕度的均勻度數(shù)值較大時，探頭離箱體角落的距離是校準(zhǔn)規(guī)范距離的2 倍，溫濕度箱的溫度均勻度提升不超過0.01 ℃，相對溫度均勻度的最大允許值0.3 ℃僅占3%；溫濕度箱的濕度均勻度提升不超過0.1%RH，相對濕度均勻度的最大允許值1.0%RH 僅占10%，但有效使用面積僅為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范距離的64%。當(dāng)溫度、濕度的均勻度數(shù)值較小時，均勻度數(shù)值幾乎不隨著探頭離箱體角落的距離增大而改變。

3 結(jié)語

通過上述實驗可知：雙溫法溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱溫度均勻度、濕度均勻度較為恒定，均勻度數(shù)值較小時，其數(shù)值幾乎不隨著探頭離箱體角落的距離增大而改變；均勻度數(shù)值較大時，減小溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱36%的使用面積，溫度、濕度的均勻度數(shù)值減小有限；調(diào)溫調(diào)濕法、干濕分離法等其他類型的溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱，溫度、濕度的均勻度仍然有待研究。