分流式标准湿度发生器在湿度计检测中的应用

陈　杰　彭琦龙　马善泉　张　军

(1.淄博市计量测试所，淄博 255000；2.武汉武船计量实验有限公司，武汉 430000；3.泰安哈特仪器仪表有限公司，泰安 271000)

0　引言

湿度被定义为水蒸气的含量，是一项重要的环境参数。随着社会的发展和人们生活水平的提高，人们对湿度测控的要求也变得的愈加迫切。在湿度量值传递过程中，湿度发生器作为标准源，是不可缺少的关键设备，它能提供已知的恒湿气体，用来校准和检定各类湿度计，以保证湿度测量的准确性。

标准湿度发生器是在一定的温度，压力下产生恒定湿气，然后用来校准湿度计的设备。根据标准湿气的产生方法不同，湿度发生器主要有饱和盐湿度发生器、双温法湿度发生器、双压法湿度发生器以及分流法湿度发生器等。 而分流式湿度发生器以其操作简单，能够迅速连续地改变湿度量值、使用范围广、造价低廉等特点而成为最受欢迎的湿度标准源。

1　湿度发生器工作原理

分流式湿度发生器是一种可以产生已知湿度的自动控制系统，可提供连续准确的湿气。其工作原理是把压缩空气经稳压调节通入气体干燥装置，形成干气，然后用2台或3台质量流量控制器将这股干气按不同比例准确的分为两股，其中一股(流量为QW)经换热后通过饱和器使之与水(或冰)呈热力学相平衡状态(即达到饱和)，其相对湿度为100%RH，另一股(流量为QD)经换热后(仍为干气)其相对湿度为0%RH，与上一股饱和湿气混合均匀后进入测试腔，通过调节温度及QW和QD的比例关系，可获得相对湿度恒定的标准湿气。其结构原理如图1所示：

图1　分流式湿度发生器工作原理框图

测试腔内的相对湿度为：

U=100×F/[1-(1-F)es/p]，%RH

式中，F为分流系数：F=QW/(QW+QD)；es为湿度发生器工作温度下水的饱和蒸汽压，Pa；p为大气压力，Pa。

2　标准湿度发生器性能检测

根据国家计量检定规程JJG 826—93中对标准分流法湿度发生器的要求，对湿度发生器进行性能检测，测试结果如下文表述。

2.1　准确度测试

试验选择5℃和20℃温度点，每个温度条件下做10%、30%、50%、70%、90%RH，每个点每隔2min 读取一组数据，总共读取15组，取15次标准测量值的平均值作为标准湿气的湿度值，实验结果见表1。

试验表明，该湿度发生器具有非常好的的相对湿度准确度，都在±1.5%RH以内。

2.2　波动度测试

试验选择20℃30%RH和70%RH点，每隔2min读取一组数据，共读取10组，进行波动度分析，结果见表2。

表1

5℃湿度发生器设定值10%30%50%70%90%标准器读数9　629　449　268　888　520℃湿度发生器设定值10%30%50%70%90%标准器读数9　829　649　569　188　7

表2

1234567891030%RH29　429　429　529　429　529　529　629　629　729　870%RH69　169　169　269　369　269　369　469　469　469　5

试验可以看出，该湿度发生器的湿度波动度≤±0.2%RH。

3　湿度计准确度测试

本文选取三只瑞士罗卓尼克温湿度计进行温湿度性能测试，依据JJF 1076—2001《湿度传感器校准规范》，将校准湿度传感器放入湿度发射器测试腔内，同时放入精密露点仪的露点传感器，连接好被校准湿度传感器的电源和二次仪表，盖好湿度发生器的测试室盖子。

校准时，设定湿度发生器的温度值为25℃，待温度稳定后，调节设定相对湿度，待湿度达到设定值稳定10min后，每隔2min读取精密露点仪和湿度传感器的相对湿度值15次，取其平均值，结果如表3所示。

表3

10%RH30%RH50%RH70%RH90%RH标准器9　829　649　569　188　7被检110　729　949　268　788　1被检210　529　748　868　587　8被检310　229　548　668　287　5

4　湿度计测量不确定度

4.1　数学模型

ΔV=V示-V标

式中，ΔV为湿度传感器的示值误差；V标为精密露点仪显示的相对湿度；V示为被检湿度传感器的显示值。

4.2　不确定度分析

以20℃的80%RH点为例，进行不确定度分析。

4.2.1标准露点仪的不确定度分量

1)分辨力的不确定度分量

仪器分辨力为0.01%RH，区间半宽0.005%RH，均匀分布，则

2)测量误差的不确定度分量

经国家标物中心标定，标准露点仪在露点-70～20℃的范围内，误差≤±0.15℃。参照GB 11605—89得出露点和相对湿度的换算。对应的相对湿度误差按0.8%RH计算，在±0.8%RH的范围内均匀分布，标准不确定度分量：

4.2.2湿度发生器的标准不确定度分量

湿度发生器经过均匀性测试，确定其工作室内的湿度均匀性≤0.5%RH,均匀分布，湿度发生器的均匀不确定度为：

4.2.3被检湿度传感器标准不确定度分量

该项不确定度主要有被检湿度传感器的示值显示分辨力引起的不确定度分量和由示值重复性误差引起的不确定度分量。

由于仪器分辨力为0.1%RH，则不确定度区间半宽为0.05%RH，按均匀分布，因分辨力引起的不确定度：

每次试验在相同条件下重复测量10次，相同的试验重复进行3次，则由示值重复性误差引起的不确定度：

u(V示2)=0.07%RH

4.2.4合成标准不确定度

uC=0.55%RH

4.2.5扩展不确定度

取k=2，扩展不确定度为：U=kuC=0.55×2=1.1%RH

5　结束语

综上所述，分流式湿度发生器，作为二级标准湿度发生器，可以用于对湿度计的校准，其操作简单，能够迅速连续地改变湿度量值、使用范围广、造价低廉等特点，是湿度计校准工作中的首选仪器。

[1]JJF 1076—2001,《湿度传感器校准规范》[S]

[2]JJG826—1993，《二级标准分流式湿度发生器检定规程》[S]

[3]JJF1059—1999,《测量不确定度评定与表示》[S]

[4]江鲜明.湿度传感器校准示值误差的测量结果不确定度分析[J].商品与质量，2012(6)