电动通风干湿表温度、湿度示值误差测量结果的 不确定度评定

刘鑫

【摘要】 电动通风干湿表一般常用于气象、农业、林业、生态、环境等学科领域，用于测量空气中的温度和湿度指标。虽然各种露点仪有逐渐替代电动通风干湿表的趋势，但目前，电动通风干湿表仍有价格便宜、便携，常用于小气候观测和野外考察观测等不可替代的优势。本文通过具体实例，详尽的对电动通风干湿表温度、湿度的测量示值误差进行不确定度分析。

【关键词】 电动通风干湿表;温度;湿度;不确定度

【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2020.05.012

The Evaluation of Measurement Uncertainty of Temperature and Humidity of the Electric Ventilation Psychrometer

LIU Xin

（Liaoning Institute of Measurement，Shenyang 110004，China）

Abstract： Electric ventilation psychrometer usually be used in meteorology、agriculture、forestry、ecology、environment and etcetera. Its used to survey the temperature and humidity in the air. Though，very different kinds of Dew Point meters come to replace the Electric ventilation psychrometer gradually， Electric ventilation psychrometer still has its own superiority： cheap and portable. Its usually used to observe the microclimate and fieldwork. In this article， it analyses the uncertainty of the temperature and humiditys measurement indication error in detail.

Key words： electric ventilation psychrometer;temperature;humidity;uncertainty

1 概述

1.1 测量依据

依据JJG 993-2018《电动通风干湿表检定规程》

1.2 环境条件

环境温度：（15～30） ℃，相对湿度：≤85%。

1.3 计量标准

主標准器：高精密数字温度计，U=0.015 ℃，k=2;便携冷镜式露点仪，符合一级;配套设备：恒温槽，U=0.008 ℃，k=2;恒温恒湿箱，湿度均匀性优于1.0%RH，湿度波动度小于±0.2%RH。

1.4 被测对象

测量范围在温度：（5～50） ℃，相对湿度：（20～95）%的工作级电动通风干湿表一台。

1.5 测量方法

标准恒温水槽为电动通风干湿表的计量提供一个稳定的温场。将其设定好一个固定的温度值，标准恒温水槽会自行恒温到该设定值。

数字测温仪表，用于连接标准铂电阻温度计，用于读取标准铂电阻温度计温度示数的专用仪表，在仪表中输入上一级计量溯源证书中相应的标准铂电阻的各个参数值后，可以精密的读取标准铂电阻温度计温度示值，发挥标准铂电阻温度计作为计量标准的作用。

将标准恒温水槽设定到一个固定的温度值，标准恒温水槽会自行恒温到该设定值。将标准铂电阻温度计和被检的电动通风干湿表都放置于其中，待各自读数稳定后，读取数值，从而进行通风干湿表的温度指标的计量检定工作。需要注意的是使用之前，要有标准铂电阻温度计的溯源证书，利用证书里的参数值，设置数字测温仪表，参数要设置正确。

待温度指标检定合格后，将电动通风干湿表放入由精密露点仪和恒温恒湿箱组成的专门用于检定湿度指标的标准装置中，待湿度恒定后，按照检定规程规定的读数方式，读取标准器精密露点仪上的相对湿度值和电动通风干湿表的相对湿度值。

2 电动通风干湿表温度示值误差测量结果的不确定度评定

2.1 建立数学模型，列出不确定度传播系数

2.1.1 数学模型

[ΔT=T-TB]

式中：[ΔT]——被检通风干湿表的温度示值误差，℃;

[T]——被检通风干湿表的温度示值，℃;

[TB]——标准铂电阻的温度示值，℃。

2.1.2 传播系数

[ uc2（ΔT）=（ΔTT）2u2（T）+（ΔTTB）2u2（TB）]

传播系数：[c1=ΔTT=1]，[c2=ΔTTB=-1]

2.2 标准不确定度的评定

2.2.1 标准铂电阻连同数字测温仪表一起引入的标准不确定度[uT1]

标准铂电阻连同数字测温仪表一起组成一个温度标准器系统，经校准，其不确定度为0.015 ℃，则：

[uT1=0.015/2]=0.0075 ℃

2.2.2 恒温槽温度波动引入的标准不确定度[uT2]

恒温槽经校准，温度波动最大不超过0.006 ℃，按均匀分布，则：

[uT2=0.006/3]=0.0035 ℃

2.2.3 恒温槽温度均匀性引入的标准不确定度[uT3]

恒温槽温度均匀性不超过0.007 ℃，按均匀分布，则：

[uT3=0.007/23=0.0021] ℃

2.2.4 被检通风干湿表重复性测量引入的标准不确定度[uT4]

被检通风干湿表中以温度分辩力为0.1 ℃的通风干湿表为例，以测量30 ℃点为例，重复测量10次，结果如下：

[次数 1 2 3 4 5 x 30.1 30.0 30.0 30.1 30.0 次数 6 7 8 9 10 x 30.0 30.1 30.0 30.0 30.0 ]

其示值的平均值：[x]=30.03 ℃

单次测量的实验标准差为：

[s（xi）=i=110xi-x210-1=0.05] ℃

具体测量时，重复测量6次，[m=6]，则平均值的实验标准差也即重复性测量带来的标准不确定度[uT4]为：

[uT4]=[s（xi）/6]=0.021 ℃

2.2.5 被檢通风干湿表分辨力带来的标准不确定度[uT5]

被检通风干湿表的温度示值分辨力为0.1 ℃，按均匀分布，则：

[uT5=0.1/23=0.029] ℃

2.3 合成标准不确定度

2.3.1 标准不确定度分量汇总表

2.3.2 合成标准不确定度的计算

以上各量互不相关， 故合成标准不确定度分别为：

[uc（T）=u2（T1）+u2（T2）+u2（T3）+u2（T4）+u2（T5）=0.04] ℃

在测量范围（5～50） ℃内，测量点为15 ℃、20 ℃（或23 ℃）、30 ℃三个点，不同测量点的合成标准不确定度如表2。

2.4 扩展不确定度的计算

以上各量互不相关， 且大小比较接近，故合成后被测量Y属于正态分布，取[k]=2，则扩展不确定度为：

[U=2×uc（T）=2×0.04=0.08] ℃

2.5 电动通风干湿表检定装置检定通风干湿表温度测量不确定度评定

在（0～50） ℃范围内，对于分辨力为0.1 ℃的通风干湿表的温度示值误差扩展不确定度为：[U]=0.08 ℃，[k]=2。

当被检定通风干湿表分度值不同时，不确定度分量中的[u（T4）]、[uT5]项将发生改变，其中测量点为15 ℃、20 ℃、30 ℃三个点，列出数据如表3。

3 电动通风干湿表湿度示值误差测量结果的不确定度评定

3.1 建立数学模型，列出不确定度传播系数

3.1.1 数学模型

[ΔH=H-HB]

式中：[ΔH]——被检通风干湿表的湿度示值误差，%RH;

[H]——被检通风干湿表的湿度示值，%RH;

[HB]——精密露点仪的湿度示值，%RH。

3.1.2 传播系数

[uc2（ΔH）=（ΔHH）2u2（H）+（ΔHHB）2u2（HB）]

传播系数[c1=ΔHH=1]，[c2=ΔHHB=-1]

3.2 标准不确定度的评定

3.2.1 精密露点仪引入的标准不确定度[uH1]

精密露点仪经检定符合一级精密露点仪。所引入的误差换算为湿度为≤±0.4%RH，取0.4%RH，服从均匀分布，则：

[uH1=0.4/3]=0.231%RH

3.2.2 温湿度箱湿度波动引入的标准不确定度[uH2]

温湿度箱经校准，其湿度波动最大不超过±0.2% RH，按均匀分布，则：

[uH2=0.2/3]=0.116% RH

3.2.3 温湿度箱湿度均匀性引入的标准不确定度[uH3]

温湿度箱湿度均匀性不超过1.0% RH，按均匀分布，则：

[uH3=1.0/23]=0.29% RH

3.2.4 被检通风干湿表重复性测量引入的标准不确定度[uH4]

被检通风干湿表中以湿度分辩力为0.01% RH的通风干湿表为例，以测量60.0% RH点为例，重复测量10次，结果如下：

[次数 1 2 3 4 5 x 59.98 59.98 60.00 59.99 60.01 次数 6 7 8 9 10 x 59.99 60.01 60.00 59.99 60.01 ]

其示值的平均值：[x]=59.996% RH。

单次测量的实验标准差为：

[s（xi）=i=110xi-x210-1=0.012%] RH

具体测量时，重复测量6次，[m=6]，则平均值的实验标准差也即重复性测量带来的标准不确定度[uH4]为：

[uH4]=[s（xi）/6]=0.005% RH

3.2.5 被检通风干湿表分辨力引入的标准不确定度[uH5]

被检通风干湿表的湿度示值分辨力为0.01% RH，按均匀分布，则：

[uH5=0.01/23=0.0029% RH≈0.003% RH]

3.3 合成标准不确定度

3.3.1 标准不确定度分量汇总表

3.3.2 合成标准不确定度的计算

以上各量互不相关，故合成后被测量Y属于正态分布，因此合成标准不确定度为：

[uc（H）=u2（H1）+u2（H2）+u2（H3）+u2（H4）+u2（H5）=0.389% RH]

在测量范围（20～95）% RH内，测量点为30% RH、40% RH、60% RH、80% RH、90% RH五个点，不同测量点的合成标准不确定度如表5。

3.4 扩展不确定度的计算

综合上表所列数据，取[k]=2，扩展不确定度为：

[U=2×uc（H）]=2×0.389≈0.78% RH

3.5 电动通风干湿表检定装置检定电动通风干湿表湿度测量不确定度评定

在（20～95）% RH范围内，对于分辨力为0.01% RH的通风干湿表的湿度示值误差扩展不确定度为：[U]=0.78% RH，[k]=2。当被检通风干湿表分度值不同时，不确定度分量中的[uH4]、[uH5]将发生改变，按照测量点为30% RH、40% RH、60% RH、80% RH、90% RH五个点，列出数据如表6。

4 结论

通过上述分析，可以看出，该标准装置检定工作级电动通风干湿表时，电动通风干湿表的温度、湿度指标在不同分辨力下的不确定度评定结果，其最佳不确定度分别为：温度：[U]=0.02 ℃，[k]=2，湿度：[U]=0.78% RH，[k]=2。

【参考文献】

[1] 电动通风干湿表检定规程：JJG 993-2018[S].

[2] 测量不确定度评定与表示：JJF 1059.1-2012[S].

【作者简介】