温湿度标准箱校准相关问题分析

及 毅

（沧州市计量测试所，河北 沧州 061000）

过去温湿度检定箱缺少确定技术规范，导致此类设备计量报告非常混乱，而计量检定员在工作时也缺少统一依据。在此背景下，国家质检总局在2016年6月27日发布了JJF1564-2016《温湿度标准箱校准规范》，此规范实施时间为同年9月27日，对温湿度标准箱校准工作问题的研究具有重要现实意义。

1 对各种规程规范进行比对

文章研究的《温湿度标准箱校准规范》是在2016年发布并实施的，标号是JJF1564-2016，此规范能够起到评断温湿度箱功能作用，就标号为JJG105-2005的检定规程而言，此规程的附录D同样可以用在相关评估工作中，2003年发布规范与2005年发布规范的少数技术指标在名称方面没有区别，但是测试方法与计算方法存在明显差别，相同名称包括波动度与均匀度。

而市场监管总局于2019年发布新的规范JJF1102-2019《环境试验设备温度、湿度参数校准规范》。其中波动度计算方法较之前的规范有所调整，温度波动度指的是在环境中的实验设备足够稳定情况下，所有测量点实际测得最大温度值和最小温度值差值的50%，将校准结果设定成所有测量点改变量的最高值，测量时间为30 min，间隔时间是2 min。湿度波动度指的是在环境里的实验设备十分稳定基础上，全部测量点实际测得最大湿度值和最小湿度值差值的50%，将校准结果设置为测量点改变量的最高值，测量时间、间隔时间和温度波动度标准相同。

对JJG-2005《机械式温湿度计检定规程》附录D而言，波动度即30 min内中心点最大值与最小值之差。就JJF1101-2019《环境试验设备温度、湿度参数校准规范》来说，其均匀度指的是所有测量点所有实测最大数值和最小数值差的平均数值，测量时间和每一次测试的间隔时间同上。就JJG205-2005《机械式温湿度计检定规程》附录D来说，均匀度指的是箱体达到在规定的温、湿度设定值并稳定30 min后，中心点与各检测点之差的绝对值最大值（每隔2 min记录一组数据，共记录15组）。而且二者在湿度测量点个数方面具有不同的要求。JJF1101-2019《环境试验设备温度、湿度参数校准规范》需要布置3～4个湿度测量点，JJG205-2005《机械式温湿度计检定规程》附录D需要布置9个湿度测量点。依据以上差异能够发现，虽然2019年发布的校准规范和2005年发布的检定规程附录D存在技术指标名称相近情况，但是实际意义存在显著区别，JJG205-2005《机械式温湿度计检定规程》附录D的要求高于JJF101-2019《环境试验设备温度、湿度校准规范》，可在温湿度计量方面发挥出重要作用。

如果标号为JJF1564-2016的校准规范没有被发布并实施，则湿度发生器在功能评价方面将缺少确切规定。假如在评估其性能时依照上文所提附录D，将有不少不利情况。就湿度发生器来说，其腔体不应把温湿度传感器的个数设定成9。对阻容式湿度传感器而言，它在响应时间方面不够长，不适合对湿度发生器的性能进行评估。JJF1564-2016《温湿度标准箱校准规范》基于JJG205-2005《机械式温湿度计检定规程》附录D与大量试验数据，不断细化附录D内容，提升其可操作性，而且增加温湿度计具体测量时非常重要的技术内容，包括温度变化率指标、湿度变化率指标、温湿度稳定时间限定以及温湿度波动速率，在箱体布点方面的标准比附录D更加具体，降低工作人员运用此规范的难度。

2 环境温湿度没能和标准相符，此时校准工作受到的限制

根据2005年发布的相关检定规程和2016年发布的相关校准规范，环境温度不仅应该超过15 ℃，还需要小于25 ℃，而环境湿度不可比75%RH大。在所有规程和规范中，环境温度和环境湿度需要负责计量工作的标准器和要求的环境标准发生偏离，此情况的标准器计量水平有所变动。就JJF1564-2016《温湿度标准箱校准规范》而言，在环境温湿度偏离情况下，温湿度标准箱在工作时的情况将受限制。

就温湿度标准箱来说，其在工作时的原理除双温法外，还有调温与调湿方法。

在调温调湿方法中，为达到除湿目的，除会利用喷雾和制冷外，还会使用蒸汽加湿和干燥剂，在环境温度太高情况下，不但压缩机在制冷方面的能力受到限制，还会制约它在散热方面的效率，导致温度与湿度方面的波动度有所变化。在太高的环境湿度条件下，箱体湿度的下降速度逐渐放缓，发生箱体湿度不能降至目标湿度情况。假如环境温度太高，箱体保温性能同样会受到一定影响，最终影响温度均匀性和湿度均匀性。所以文章使用某型双温法温湿度标准箱开展相关实验，环境温度偏离给校准结果造成的影响如下：

在环境温度为30 ℃情况下，设定点为20 ℃、40%RH时，湿度均匀度、湿度波动度、湿度变化率出现变化，其数值分别为0.57%RH、0.13%RH、0.11，对温度均匀度、温度波动度、温度变化率没有影响；设定点为20 ℃、60%RH时，湿度均匀度数值是1.04%RH，湿度波动度数值为0.09%RH，湿度变化率的数值达到0.20，温度均匀度的数值为0.44 ℃，温度波动度的数值是0.03 ℃，而温度变化率的数值达到了0.04；设定点为20 ℃、80%RH时，湿度均匀度、湿度波动度和湿度变化率受到影响，其数值分别为1.90%RH、0.08%RH、0.12，温度均匀度、温度波动度、温度变化率没有受影响；设定点为15℃时，温度均匀度、温度波动度、温度变化率受到影响，其数值分别为0.65 ℃、0.06 ℃、0.04，湿度均匀度、湿度波动度、湿度变化率没有出现变化；设定点为30 ℃时，温度均匀度、温度波动度、温度变化率受到影响，其数值分别为0.48 ℃、0.02 ℃、0.04，湿度均匀度、湿度波动度、湿度变化率没有发生改变。在环境温度为23 ℃情况下，设定点为20 ℃、40%RH时，对湿度均匀度有所影响，数值是0.56%RH，对湿度波动度有影响，达到0.06%RH，湿度变化率受到影响，其数值为0.05；设定点为20 ℃、60%RH时，湿度均匀度受到影响，影响数值为0.81%RH，湿度波动度发生改变，改变数值是0.06%RH，湿度变化率有所变化，变化数值达到0.06，对温度均匀度与温度波动度有所影响，数值分别是0.13 ℃与0.05 ℃，且温度变化率能够达到0.03；设定点为20 ℃、80%RH时，温度均匀度、温度波动度、温度变化率未出现变化，湿度均匀度、湿度波动度、湿度变化率有所改变，其数值分别为0.94%RH、0.06%RH、0.09；设定点为15 ℃时，温度均匀度、温度波动度、温度变化率出现变化，其数值分别为0.26 ℃、0.03 ℃、0.02，湿度均匀度、湿度波动度、湿度变化率未受影响；设定点为30℃时，温度均匀度、温度波动度、温度变化率有所改变，其数值分别为0.32 ℃、0.03 ℃、0.05，湿度均匀度、湿度波动度、湿度变化率没有变化。

按照上文描述，如果环境温度有所偏离，此时温度方面与湿度方面的均匀程度会出现大幅增加现象，此状况会导致温度与湿度均匀程度不能和规范标准相符。在双温法条件下，假如环境温度存在偏离情况，不仅波动度不会受到严重限制，而且变化率也不会发生明显改变。

3 修正值在风速不同情况下发生的变化

工作人员不但应该在利用标准器前完成校准工作，而且需要在用完标准器后再次校准，参照所有点误差数值做好修正工作。假如湿度发生器和温湿度标准箱在风速方面不一致，此时误差不会完全一样。若湿度发生器存在测量方面的误差，温湿度标准箱的相关工作人员在此种情况下修正其测量值，文章借助了HC2数字温湿度计，得到风速不同情况下的温度误差与湿度误差，结果如下：

在风速误差小于0.3 m/s时，15 ℃时温度误差为+0.40 ℃，20 ℃时温度误差是+0.28 ℃，30 ℃时温度误差是+0.03 ℃；40%RH时湿度误差是-0.4%RH，60%RH时湿度误差是-1.5%RH，80%RH时湿度误差是-1.1%RH。

在风速误差大于1 m/s时，15 ℃时温度误差是+0.41 ℃，20 ℃时温度误差是+0.12 ℃，30 ℃时温度误差是+0.15 ℃；40%RH时湿度误差为-0.1RH，60%RH时湿度误差为-0.2RH，80%RH时湿度误差为-0.5RH。

结果说明在多种风速基础上，湿度发生器标准器在修正值方面存在差异，为避免发生修正值无法匹配问题，修正测量结果需要和被检状态保持一致。

4 湿度均匀性

湿度均匀性和湿度之间具有正比关系，湿度均匀性会伴随湿度的提升而增加。文章进行了相关试验，通过换算的方式，让相对湿度变成了露点值。过程如下：

选择位置1、位置2、位置3、位置4、中间位置，分别记录40%RH湿度点和中心点露点差、60%RH和中心点露点差、80%RH和中心点露点差。其中位置1位置4存在与中心露点差，中间位置不存在与中心露点差。

在40%RH情况下，位置1的温度是20.02 ℃，湿度为40.0RH，露点为6.02 ℃，和中心露点差是-0.02 ℃。位置2的温度是20.16 ℃，湿度为39.7RH，露点为6.04 ℃，和中心露点差是0.00 ℃。位置3的温度是20.08 ℃，湿度是39.7RH，露点为5.97℃，和中心露点差是-0.07 ℃。位置4的温度是20.17 ℃，湿度为39.9 RH，露点是6.12 ℃，和中心露点差为+0.08 ℃。中间位置的温度是20.16 ℃，湿度是39.7 RH，露点是6.04 ℃。

在60%RH情况下，位置1的温度是19.97 ℃，湿度为60.9 RH，露点是12.21℃，和中心露点差是+0.02 ℃。位置2的温度为20.07 ℃，湿度是60.5RH，露点为12.20 ℃，和中心露点差是+0.01 ℃。位置3的温度是19.98 ℃，湿度为60.8 RH，露点是12.19 ℃，和中心露点差是0.00 ℃。位置4的温度为20.1 ℃，湿度是60.8 RH，露点为12.30 ℃，和中心露点差是+0.11 ℃。中间位置的温度是20.09 ℃，湿度为60.4 RH，露点是12.19 ℃。

在80%RH情况下，位置1 的温度是19.92 ℃，湿度为81.4 RH，露点为16.64 ℃，和中心露点差是-0.09 ℃。位置2的温度为20.02 ℃，湿度是81.2 RH，露点是16.70 ℃，和中心露点差为-0.03 ℃。位置3的温度是19.91 ℃，湿度为81.8RH，露点为16.71 ℃，和中心露点差是-0.02。位置4的温度为20.05 ℃，湿度是81.5 RH，露点为16.79 ℃，和中心露点差是+0.06 ℃。中间位置的温度为20.05 ℃，湿度为81.2RH，露点是16.73 ℃。检位点位置示意图如图1所示。

图1 检位点位置示意图

在分析结果后，可得以下结论：

第一，在40%RH、60%RH、80%RH情况下，纵使均匀度由0.3%RH升高到0.7%RH，但是和中心露点的差值基本没有增加，约为0.1 ℃。

第二，对饱和水汽压来说，它的变化率及温度的关系为正比。如果相对湿度的数值比较小，相对露点温度数值比较小，在饱和水汽压中，其变化率不大，露点温度变化量不会明显制约相对湿度。如果相对湿度数值很大，相对露点温度的数值很大，饱和水汽压在变化率方面很大，露点温度的变化量会严重限制相对湿度。

露点值的均匀度在各种相对湿度中并无二致，但是在转变为相对湿度之后，均匀度具有明显差异。

5 结束语

总而言之，温湿度标准箱具有很高的技术标准，尤其均匀度标准不能超过1%RH。通常来说，测量不确定度均超过均匀度标准的一半。就温湿度标准箱来说，无法对其技术指标进行科学评断。相关工作人员应该对所有影响因素有清晰的认识，需要减少影响因素对判定结果的影响。