温湿度标准箱校准相关问题

胡健 徐标/广东省计量科学研究院

0 引言

近年来，各类温湿度计使用量越来越大，送检量也逐年增多，温湿度检定箱、湿度发生器作为温湿度计检定校准的主要配套设备，其需求量也增大[1-2]。科学、有效评估其性能非常重要。JJF 1564-2016《温湿度标准箱校准规范》于2016发布并实施已有近三年[3-4]，笔者做了一些温湿度标准箱的校准工作，并结合相关实验数据谈谈此规范在工作中运用的一些心得体会。

1 多种规程规范之间比较

JJF 1564-2016温湿度标准箱校准规范发布实施之前，评估温湿度箱性能的规范有JJF 1101-2003和JJG 205-2005机械式温湿度计检定规程附录D。两者的一些技术指标名称相同，如波动度、均匀度，但其测试方法和计算有差异。JJF 1101-2003中波动度是指30 min内中心点最大与最小值之差，而JJG 205-2005附录D是指30 min内所有测量点最大与最小值之差。JJF 1101-2003中均匀度指同一时刻所有点之差，30 min取其平均值。而JJG 205-2005附录D指中心点与其余点之差绝对值的最大值。并且在湿度测量点个数要求方面也不相同。JJF 1101-2003要求布置3个，而JJG 205-2005附录D则要求9个。从上述差异可知，虽然名称相近，但实际意义却大相径庭，且后者要比前者要求更高，更适合温湿度计量。

JJF 1564-2016温湿度标准箱校准规范发布和实施之前，对于大腔体的湿度发生器的性能评估方法并没有明确的规定。如果参照JJG 205-2005机械式温湿度计检定规程附录D进行评估，则存在以下问题，其一，湿度发生器腔体不适宜放置9个温湿度传感器；其二，被检阻容湿度传感器响应时间短，波动度是按30 min计算，不宜评估湿度发生器性能。针对上述问题，JJF 1564-2016增加了温度、湿度变化率指标，对不同容积箱体布点有了详细要求，更方便使用。

2 环境温湿度不满足条件时，对温湿度标准箱校准的影响

在 JJG 205-2005和 JJF 1564-2016规程规范中，环境温湿度的要求温度15～25 ℃及湿度≤75%RH。众多规程规范对环境温湿度的规定一般是基于计量标准器偏离规定环境要求时，计量性能可能发生变化。在JJF 1564-2016中，当环境温湿度偏离时，主要影响的是被检温湿度标准箱的工作状态。

目前温湿度标准箱工作原理主要是调温调湿法和双温法两种。调温调湿法指通过喷雾、蒸汽加湿和制冷、干燥剂进行除湿。当环境温度过高时，会影响压缩机制冷能力和散热效率，最终温度、湿度波动度受影响。此外当环境湿度过高，箱体湿度降速会变慢甚至无法降到目标湿度。环境温度过高还会影响箱体的保温性，导致温度、湿度均匀性变差[5-7]。笔者以某型双温法温湿度标准箱进行实验，结果如表1所示。

上述实验结果反映出环境温度偏离后，温度、湿度均匀度明显增大，以致于超出规范的要求。但环境温度偏离后，对于双温法温湿度标准箱其波动度和变化率影响较小。

3 风速不一致对修正值的影响

根据JJF 1564-2016的要求，标准器在使用前后须进行校准，依据各点误差值修正使用。但是所使用的湿度发生器与被检的温湿度标准箱内部风速有差异，其误差也不尽相同。在湿度发生器的测量误差去修正被检温湿度标准箱测量值时，以Rotronic生产的HC2型数字温湿度计为例，在不同风速下的湿度和温度误差，结果如表2，表3所示。

表1 环境温度偏离对校准结果影响

表2 不同风速对温度误差影响

表3 不同风速下对湿度误差影响

从上述结果可知，在不同风速下，湿度发生器标准器的修正值有差异，当对测量结果修正时应与被检状态一致，否则修正值不匹配。

4 湿度均匀性的问题

在校准温湿度标准箱时，湿度均匀性有普遍规律，湿度越高，湿度均匀性越大。笔者使用一台调温调湿法温湿度标准箱进行实验。根据结果将相对湿度换算成露点值，如表4、表5、表6所示。

表4 40%RH与中心点露点差

表5 60%RH与中心点露点差

表6 80%RH与中心点露点差

从表4、5、6结果可以发现以下特点：

1）40% RH～80% RH 虽然均匀度 0.3% RH 升至0.7% RH，但与中心露点之差都在0.1 ℃左右，没有增加；

2）湿度均匀度较大程度是由于温度不均匀造成的。根据相对湿度计算公式：

式中：e=e(Td)露点温度下饱和水汽压；

eW——当前温度下饱和水汽压

而饱和水汽压可根据马格纳斯经验方程简化描述：

式中：e0——0 ℃时饱和水汽压；

t——当前温度

从式（1）（2）中可知饱和水汽压变化率与温度成正比，因而当相对湿度低的时候，相对应的露点温度也低，其饱和水汽压变化率小，露点温度改变量对相对湿度影响量小；反之，在相对湿度高的时候，露点温度改变量对相对湿度影响量大。所以被检温湿度检定箱在不同相对湿度时其均匀度露点值相同，但均匀度转换成相对湿度表示后差异较大。

5 结语

温湿度标准箱技术要求非常高，特别是均匀度要求不大于1% RH，而测量不确定度一般都大于0.5% RH，要科学、可靠地判定温湿度标准箱的技术指标较为困难，因而须认清各项影响因素，并减小其影响。