DHC2型湿度传感器检定若干注意事项

王生鹏，安力珺，马 军，张晓平，郑 明

（1.青海省大气探测技术保障中心，青海 西宁810000；2.格尔木市气象局，青海 格尔木816000；3.青海省气象服务中心，青海 西宁810000）

1 引言

湿度传感器作为测量环境湿度参数的一种重要设备，被广泛应用于自动气象站。现今科研、农业、水利、交通、航空航天、电力、医疗等部门，对环境湿度的监测和控制已成为较为普遍的技术条件之一。对于许多生产生活及工艺，湿度是一个基本、重要的参数。在安全生产、工农业的生产中，湿度也会产生至关重要的影响[1]。但在常规的气象环境参数中，湿度量受温度、风速、大气压强等多重因素的影响，是一个复杂、较难准确测量的量。

笔者们将结合近年来的日常业务工作，探讨青海省自动气象台站普遍使用的DHC2型湿度传感器检定工作中注意的几点问题，以便选取性能、观测质量好的湿度传感器，更好地服务社会和人民。

2 结构与原理

2.1 外形结构

DHC2型湿度传感器的外形结构如图1所示，输出的M12插头如图2所示。

2.2 工作原理

当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，湿敏电容通过LC振荡电路后，输出变化的频率信号，频率信号随着湿敏电容的容量变化而变化。

通过CPU测量、计算、补偿、修正后，再通过D/A转换后进行输出。然后通过线性放大器将相对湿度输出信号调整为0～1 V，对应相对湿度为0%RH～100%RH。信号处理电路组成如图3所示[2]。

3 检定方法

3.1 检定条件

调温调湿箱的湿度范围保持在10%RH～95%RH之间，温度保持在-30～+50℃之间，波动度为1.5%RH（-10以上），均匀度为1.5%RH。实验环境的室内温度保持在18～22℃之间，室内湿度保持在26%RH～34%RH之间。

图1 DHC2型湿度传感器的外形结构图

图2 输出M12插头示意图

图3 信号处理电路组成框图

3.2 检定前的准备工作

按照精密露点仪的使用说明要求，将标准传感器与露点仪相连；将被检DHC2型湿度传感器按照检定规程的要求，和扫描开关、数据采集器相连接；检定工作开始前，在调温调湿箱中水平放置被检湿度传感器和标准器。打开电源开关，将所有设备仪器预热稳定30 min后再开始检定。分别读取记录传感器检定开始前和结束后实验环境参数，用读取的始末两次环境参数的平均值作为检定时的环境参数，并填写到检定记录表中[3]。

4 检定中的若干注意事项

为了确保测量结果的准确性，减少不确定度来源。检定工作开始前进行如下工作：①检查被检传感器外型、结构是否完好，表面不应有明显的凹迹、划痕、变形、裂缝等，表面涂层不应有龟裂、脱落、起泡等现象，金属器件不应有大面积锈蚀及机械损伤[2]。②检查检定装置的水箱，水位是否达到箱体正常工作的刻度要求。否则蒸汽发生器不升温、高湿点湿度值达不到箱体设定的要求。③在实际工作中发现，靠近湿度检定箱中心点位置的湿度传感器的测量示值误差越小，湿度检定箱四周边缘的传感器的测量示值误差相对偏大。主要是因为传感器的摆放位置超出了其工作有效区间[4]。④注意在检定过程中将气泵的气管和标准器的探头水平放置在温湿度检定箱的中心位置，并且保证标准器的探头与所有传感器头部的摆放位置同高并互不相碰影响。标准器与被检仪器置于温湿度检定箱工作区的有效位置内，放置的传感器不宜过多，防止影响检定箱体内的空气循环。检定箱的工作室应保证一定的气密性，且不得放置潮湿或强吸湿性材料。打开电源开关30 min后再开始检定[5]。⑤在检定过程中切勿为了提升工作效率，一次性放置过多的传感器，影响箱内的空气循环，进而影响传感器测量示值的准确性。⑥确保检定时的环境达到要求，工作温度保持在-40～60℃之间，相对湿度保持在-10%RH～100%RH之间，大气压强保持在450～1 060 hPa之间，减少因为环境造成的误差，保证检定、校准结果可靠。⑦结合自动气象站湿度传感器检定规程的要求，湿度传感器的检定点选择顺序为30%RH、40%RH、55%RH、75%RH、95%RH、95%RH、75%RH、55%RH、40%RH、30%RH。

5 数据采集及数据处理

5.1 传感器稳定时间与测试次数

在检定湿度传感器时，如果过程稳定的时间太长，则整个检定过程所需的时间较长，且由于检定箱湿度场不稳定性的存在，即使稳定的时间再长，也会出现个别的数值超出最大允许误差范围的情况。

所以，在规定的条件下，达到相对稳定的状态，传感器可进行读数，其读取测得值时依据自动气象站湿度传感器检定规程进行。

5.2 数据采集方法

先根据实验要求设定温湿度检定箱的温度值，达到设定值并稳定后，按选定的检定点设置检定箱的湿度值并进行湿度传感器的检定，湿度示值设置为先低湿点逐步升到高湿点，再从高湿点降至低湿点。调整检定箱湿度值过程中，必须保持其湿度变化一样的趋势。即在检定降湿的过程中，不能有升湿的现象和趋势。同样，在检定升湿的过程中，不能有降湿的现象和趋势[3]。

当检定调温调湿箱湿度值达到设定示值，波动值不超过±1.5%RH时，传感器的检定工作开始，按一定的时间间隔采集一次标准器的示值和被检湿度传感器示值，等间隔时在每个检定点读取3次数据。其后每个检定点的数据读取方法及稳定时间和上一个检定点相同，每检定完一个点，调到下一个检定点。

5.3 测量数据的处理与分析

5.3.1 误差计算

用3次被检湿度传感器输出值的平均值，作为检定点的测量值，用3次精密露点仪测量值的平均值加上修正值作为标准值。测量值减去标准值，得出被检湿度传感器的示值误差，计算公式为[2]：

式（1）中：ΔHi为测量误差，%RH；为被测值；为标准值。

传感器的修正值公式为：

式（2）中：C为被检传感器的修正值；－ΔHi为被检湿度传感器在检定点上的测量误差的相反数，%RH。

已修正的测得值公式为：Xc=ΔHi+C。

5.3.2 结果处理

在正、反行程各检定点上被检湿度传感器的示值误差都满足规范中技术规定时，视为检定结果合格，其中小于等于80%RH时，最大允许误差为±4%RH；大于80%RH时，最大允许误差为±8%RH。在检定过程中一点或多点检定点示值误差不能满足规范技术规定时，此传感器视为不合格。检定不合格的传感器，需要进行微调或是修整，经过调整、修理后的传感器需重新按照规程的要求进行检定，检定后仍不合格的做不合格处理[5]。

6 结束语

文章对DHC2型湿度传感器的工作原理以及检定过程中需要注意到的问题进行了说明。DHC2型湿度传感器是目前青海省自动气象台站普遍使用的湿度传感器设备，今后在开展计量检定的工作时，要认真负责，将实际工作与相关技术规范相结合，准确、科学地操作，确保检定结论的正确性，在实际工作中提供更精确的数值。