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关于温湿度检定箱的湿度均匀度与波动度的测试方法探析

作者: 发布时间:2019-11-24 14:37:47 阅读: 80 次

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关于温湿度检定箱的湿度均匀度与波动度的测试方法探析

 

摘要:温湿度检定箱,其功能主要是对均匀、恒定的温湿度场加以产生,在传感器内置式温湿度仪器、机械式温湿度计等设备的校准和检定中,发挥着重要的作用,而湿度均匀度和波动度,是其重要的性能指标,因此,对于温湿度计的校准和检定结果,湿度均匀对和波动度具有重要的意义。在温湿度检定箱湿度均匀度和波动度的测试当中,基于当前温湿度传感器的准确度对要求难以满足的现状,可以在同一台湿度标准装置中,校准相同型号规格的湿度传感器,同时加修正值使用。这种测量方法使测量不确定度大大降低,对湿度均匀度和波动度测量要求能加以满足。利用精密露点仪的测量结果,对该方法有效性加以验证。

关键词:温湿度检定箱;湿度均匀度;波动度;测试方法

 

前言:基于相关标准对温湿度检定箱均匀度、波动度的测试方法要求,湿度均匀度需要控制在1.0%RH以下,波动度需要控制在每30分钟±0.8%RH的水平。实际上,湿度均匀度、波动度,都是两个测量值的差值,对于这一差值测量的不确定度,为了满足要求,必须控制在0.5%RH以下。当前的湿度传感器,只有±1.0%RH左右的更高准确度,如果直接使用,对上述要求自然不能满足。而对加修正值使用的方法加以利用,对于单支湿度传感器来说,修正值引入不确定度也在1.0%RH左右[1]。在忽略测量结果相关性的情况下,两支传感器差值不确定度,应当是二者各自不确定度的叠加,数值也要在0.5%RH以上,因此测量结果将没有意义。基于此,采取新的测量方法,在同一套湿度标准装置中,同时型号规格相同的湿度传感器,将修正值带来的不确定度抵消,进而使均匀度、波动度测量不确定度降低。

1 均匀度与波动度的测试方法

相对湿度均匀度指的是,在湿度箱达到稳定状态后,在任意瞬间,箱中的中心点和四周各点之间的湿度差值。相对湿度波动度指的是,在温湿度箱达到稳定状态后,在30分钟之内,箱内湿度的极差,使用符号“±”表示,取值为极差的二分之一。在研究当中,使用了多通道温湿度仪作为湿度测量设备,其准确度是±1.5%RH,测量范围是10%-95%RH。在相同的湿度标准装置中,同时对每路湿度传感器进行校准,对各自修正值进行获取,选择XLS-Ⅲ型温湿度检定箱作为被测对象[2]。在实际测试当中,根据相关标准规范,设置湿度布点位置。在温湿度箱当中,分别取2个水平面,其中1个水平面是中层,即箱体工作室中间水平面;另1个水平面是下层,即与工作室地面相距3厘米的位置。中层水平面各个布点位置为中心点和四个角,下层各个布点位置为四个角。在每个布点位置和温湿度箱工作室内壁之间,保持8厘米的距离。湿度测量点,选择20℃时的40%、60%、80%RH。

使用数学模型计算相对湿度均匀度,公式为:

△Hu=丨HiH1△丨=丨hiδhi-(h1δh1)+△丨=丨(hih1)+(δhiδh1)+△丨。

其中,△Hu代表相对湿度均匀度测量结果,单位是%RH;hi代表没有进行修正的四周任一点相对湿度记录值,单位是%RH;Hi代表修正之后的四周任一点相对湿度值,单位是%RH;h1代表没有进行修正的中心点相对湿度记录值,单位是%RH;H1代表修正之后的中心点相对湿度值,单位是%RH;△代表湿度传感器短期稳定性、自热效应等带来的误差值,单位是%RH;δhiδh1均代表湿度修正值,单位是%RH。

根据公式能够得出,湿度传感器重复性带来的不确定度,分别是u(hi)和u(h1)。进行多次重复测试,得到的标准偏差为s(hi)、s(h1),均为0.1%RH。所以,能够得出,u(h1)和s(h1)相同,为0.1%RH;u(hi)和s(hi)相同,也是0.1%RH。湿度传感器短期稳定性、自热效应等带来的标准不确定度,记为u(△),以相关经验分析,在HC2-S传感器中,具有约为±0.2%RH的自热效应值,因此,对B类不确定度评定方法加以应用,同时对均匀分布加以服从。修正值带来的不确定度,分别为u(δhi)、u(δh1),如果对常规溯源校准的方法加以使用,则在两路传感器中,修正值分别带来了1.0%RH左右的不确定度,而在后续计算与合成过程中,或逐渐叠加,进而得到超过温湿度检定箱均匀度值的不确定度评定结果,最终造成没有实用意义的测量结果[3]。针对此类问题,在同一套湿度标准装置当中,同时对型号、规格相同的多路湿度传感器进行校准,因此在各路湿度探头修正值之间,有较强的相关性存在,相关性系数r=1。所以得出公式:

u(δhiδh1)=u(δhi)-u(δh1)。

在型号规格相同、湿度点也相同的湿度探头中,一般具有相近的修正值不确定度,也就是说u(δhi)和u(δh1)相等,因此u(δhiδh1)=0。通过这种方式,就能够抵消修正值带来的不确定度问题。在相关研究中,采用这一方法进行处理,最终得出结果为,扩展不确定度水平是0.4%RH,和均匀度1.0%RH相比,结果为40%。这一标准对于温湿度检定箱湿度均匀度测量要求,基本能够满足。

在相对湿度波动度的测量中,公式为:

△Hf±1/2(HmaxHmin2)=±1/2[(hmaxδh)-(hminδh)+△2]=±1/2[(hmaxhmin)+2]。

其中,hmax代表没有修正之前的中心点湿度记录值测量更大值,单位是%RH;Hmax代表修正之后中心点湿度测量值更大值,单位是%RH;hmin代表没有修正之前的中心点湿度记录值最小值,单位是%RH;Hmin代表修正之后中心点湿度测量值最小值,单位是%RH。△2代表湿度传感器短期稳定性带来的误差,单位是%RH;δh代表湿度修正值,单位是%RH。相对湿度波动度中,对不确定度的测量和评定过程,和均匀度基本相同,利用这一方法测量,最终得出结果是0.1%RH,比波动度每30分钟±1.0%RH的要求更低,因此对湿度波动度测试要求也能够满足[4]

2 均匀度与波动度的测试方法验证

    采用湿度计量标准精密露点仪,通过传递比较的策略,验证测试方法的结果。使用2台精密露点仪,以及1台四通道标准温度仪,配备了2支二等标准的铂电阻温度计。在相同的位置,放置湿度传感器探头、标准温度仪探头、露点仪探头,对比湿度传感器和精密露点仪的测量结果,进而对湿度传感器测量结果有效性加以验证[5]。在温湿度检定箱的1号位置放置多通道温湿度仪一路湿度传感器、标准温度探头、露点仪探头,在4号位置放置多通道温湿度仪另一路湿度传感器、标准温度探头、露点仪探头,在40%、60%、80%RH湿度测量点下同时试验。各个测点保证最够长的稳定时间,对各个位置的湿度传感器湿度值、温度值、露点值等分别获取和记录,通过换算温度值、露点值,对相对湿度值结果进行获取。

3 结论

    在本文的研究当中,探讨了温湿度检定箱的湿度均匀度与波动度的测试方法,得出的结论为,在同一台湿度标准装置中,同时对相同型号、相同规格的温湿度传感器进行校准,然后采用修正值使用的测试方法进行测试,能够有效的减小湿度均匀度和波动度的测量不确定度,分别达到0.4%RH和0.1RH,对温湿度检定箱测试要求能够很好的满足。另外,使用了精密露点仪对本文提出测试方法的有效性加以验证,证明了本文采取的方法具有良好的有效性。

参考文献:

[1]张军明, 姚兴圣, 孙小杰. JJF 1101—2003《环境试验设备温度、湿度校准规范》的建议[J]. 工业计量, 2017(4):115-118.

[2]赵云鹏, 韩崧, 谢海滨,等. 温湿度标准箱温度均匀度测量值的不确定度评定[J]. 计量与测试技术, 2017(8):84-85.

[3]赵本义, 陈钦碧, 曾庆祥,等. 温湿度计检定箱温度量检定方法探讨[J]. 计测技术, 2017, 37(4):40-44.

[4]徐志伟. 关于圆柱形腔体的湿度均匀度校准方法的探索与研究[J]. 价值工程, 2016, 35(9):165-166.

[5]王文光, 胡爱军. 关于温湿度检定箱校准参数的探讨[J]. 电子产品可靠性与环境试验, 2017, 35(1):62-66.