关于圆柱形腔体的湿度均匀度校准方法的探索与研究

2016-10-21徐志伟

价值工程 2016年9期

徐志伟

摘要：在计量行业，常规温湿度发生器（或温湿度检定箱）的腔体均为长方体形，其湿度均匀度的校准方法有相应参考依据，而对于腔体为圆柱体形的则无相关依据。作者根据被测对象的实际情况，构思了新的布点方法并通过精密露点仪验证了该方法的正确性。

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.

关键词：温湿度发生器；圆柱形腔体；湿度均匀度

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

中图分类号：TP216 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）09-0165-02

0 引言

湿度均匀度是考核温湿度发生器、温湿度检定箱等环境试验设备的重要指标。因此，需要有科学、合理的检测方法来测量并计算湿度均匀度。

目前，大多数的试验腔体为长方体形，其测量及计算方法在JJG 205-2005 《机械式温湿度计检定规程》附录D以及JJF 1101-2003《环境试验设备温度、湿度校准规范》中均有详细描述，但若试验设备为圆柱形腔体则不能适用，也就无法用均匀度来评价设备的制造工艺及运行工况，无法评定被测湿度产品量值的不确定度，因此找到一种合适的测试方法获取湿度均匀度非常必要。而圆柱体形腔体在计量机构、生产企业中仍有较多使用，分析研究出合理的均匀度测量方法用以解决上述困难具有现实意义。

本文正是基于以上实际需求，在无现成测试方法的情况下，选择一圆柱形腔体温湿度发生器为研究对象，设计与之相适应的布点方法，注重围绕圆柱形腔体的形体特点，在横向与纵向上兼顾布点，通过测试及计算求取湿度均匀度。

1 被测对象

HG2-S型（Rotronic公司产）便携式温湿度发生器，除了在实验室用于对温湿度传感器、数字温湿度计的校准，因其体型较小、快速、灵活便于携带的特点，也可用于现场校验，其试验腔体为卧式圆柱体形。

2 湿度传感器的选择及校准

测量湿度均匀度应选取若干精度较高的湿度传感器，按一定的方位布点测量，通过均匀度的定义计算求取。

然而，选取高精度的湿度传感器是不够的。参照JJG 205-2005，温湿度发生器的湿度均匀度应不超过1.0%RH。即便湿度传感器具有很高的精度（±1.0%RH左右），直接用来测量，其精度仍不满足要求。因此，需要通过校准获得每个湿度传感器的修正值。为了尽量提高各传感器加上修正值后的一致性，应选取同一型号，并将之同时放入同一温湿度检定装置中，由同一精密露点仪量传，各传感器应紧靠放置并接近标准器以减少箱体不均匀性造成的不一致。

根据实际情况，本文选取6支HC2-S型高精度湿度传感器，每支均通过USB连接到HUB，与PC软件交互，可同时读取各传感器湿度示值。将各湿度传感器紧靠放入温湿度检定装置，并靠近标准器。将温湿度检定装置设置为20℃，40%RH，经过充分稳定后读数，计算修正值如表1所示。

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3 测试方法

3.1 测点布置

根据HG2-S型温湿度发生器腔体尺寸，设计布点如图1所示。

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腔体为圆柱体形，深18cm，截面直径14cm，外端面有五个圆形开口插入5个湿度传感器。1号传感器经任意一开口插入腔体后置于中心位置，2至6号穿过各自开口后沿轴向距离底面分别为2cm、5.5cm、9cm、12.5cm、16cm，等分轴向线。

3.2 布点分析

在考核均匀性时，腔体中心必然放置一点作为中心点。因腔体端面按圆周等距离开5孔，故沿轴向插入5支传感器，插深不同，将腔体沿轴向均匀分割，这样既考虑到了轴向的均匀性又考虑了截面的均匀性，考察的是轴向与横向的综合效果。

3.3 均匀度的测量

各湿度传感器按图1完成布点后，将温湿度发生器设置为20℃，40%RH，经过充分稳定后开始读取各点湿度示值，每隔2min读一组，共计15组数据hi1～hi6（i=1，2，3，…，15），各点加上表1修正值后变为Hi1～Hi6（i=1，2，3，…，15）。每组数据中Hi2～Hi6与Hi1之差的绝对值的最大值为该组的ΔH，总共15组数据，则取最大的ΔH作为湿度均匀度。

比如第一组数据如表2所示，则第一组的ΔH应为第6点与第1点的差值0.17%RH。

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15组数据的ΔH如表3所示，则湿度均匀度应取15组中的最大值0.22%RH。

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4 方法验证

通过上述方法的分析与实践，可以得出该温湿度发生器在20℃，40%RH时的湿度均匀度为0.22%RH，远小于1.0%RH的指标要求，说明该湿度发生器具有很小的湿度均匀度，用它进行湿度传感器的校准将会大幅减小测量结果不确定度。

取精密露点仪MBW473的露点探头置于点1，另一露点仪DEW PRIMEⅡ的探头置于点6，经充分稳定后，读取两者露点温度，在20℃下换算成湿度，求取两点的湿度差值，每隔2min记录一次，共计15组，取最大差值，最终验证结果为0.20%RH，与0.22%RH非常接近。

5 结论

本文针对圆柱形腔体的温湿度发生器，提出了与之形体相适应的测量湿度均匀度的布点方法，并通过测量获得均匀度为0.22%RH，这个数据达到了较高的水准。

将该方法用于实际测量时，因为各个设备的腔体尺寸有所不同，应加以变通。对于更小的圆柱形腔体，依实际情况适当减少测试布点，而对于较大的设备，应增加布点，增减的原则应围绕圆柱体的特点，在横向按圆周均匀分布，而纵向按轴向均匀分布。希望通过本文能够给同行带来新的启示。

参考文献：

[1]JJG 205-2005，机械式温湿度计检定规程[S].国家质量监督检验检疫总局.