双温法温湿度标准箱温度及湿度的均匀度

邬昕 蒋厚庸 庄炜杰 / 上海市计量测试技术研究院

0 引言

温湿度标准箱是温湿度计、通风干湿表、烟气含湿量测量仪、热指数仪等仪器温湿度检定或校准的发生装置。目前，国内温湿度计计量校准需求日益增加，温湿度标准箱的生产数量呈爆发式增长。不同工作原理的温湿度标准箱主要包括双温法温湿度标准箱、调温调湿法温湿度标准箱、干湿分离法温湿度标准箱。JJF 1564—2016《温湿度标准箱校准规范》规定了温湿度标准箱温度、湿度参数在均匀性、波动度、每分钟变化率等方面的技术要求。温湿度标准箱涉及温度、湿度、通风、制冷及控制等多方面因素，箱体内温度场、湿度场较为复杂。本文通过试验，将温湿度探头放置在双温法温湿度标准箱的不同位置，对箱体内温度场、湿度场的均匀度进行研究。

1 工作原理与校准方法

1.1 双温法温湿度标准箱的工作原理

双温法温湿度标准箱有两个温度，分别是水箱温度和箱体内的空气温度[1]。箱体内空气温度高于水箱温度，借助水箱内相对低温的风吹出，形成湿气。因相对湿度、水箱温度及箱体内空气温度三者呈函数关系，通过制冷或加热水箱温度、箱体内的空气温度，使得水箱温度和箱体内的空气温度分别达到设定值，实现调控标准箱内相对湿度的目的。加湿过程和温度调控过程交替进行，周而复始，使得标准箱内温度、湿度恒定在设定值[2]。

双温法温湿度标准箱温湿度技术成熟，箱体工作区域内没有通风盲区，气流稳定、均匀，风速小于0.15 m/s，保证了良好的均匀性和稳定性。在操作孔进行操作时，也能保证箱体内温湿度稳定[3]。

1.2 校准方法

JJF 1564-2016[4]规定了温湿度标准箱在校准过程中，选取底层和中间层两个面进行布点，除中心点外每个点距离箱体角落的长度和宽度均为8 cm。在20 ℃下校准湿度为40%RH、60%RH 和80%RH；温度校准点一般为15 ℃、20 ℃、30 ℃，校准时温度和湿度都按从低到高的顺序进行，标准箱达到稳定后等待30 min 开始记录数据，每间隔20 s 记录一组数据，每个数据点记录90 组数据[5]。温湿度标准箱波动度、均匀度、每分钟变化率的技术要求如表1所示。温湿度标准箱校准探头布点如图1 所示[6]。

表1 温湿度标准箱的技术要求

2 试验与结果分析

2.1 试验设计与参数选择

根据JJF 1564—2016，温度均匀度、湿度均匀度的计算方法可用式（1）（2）计算：

式中： ΔTn—— 第n时刻中心位置与其他布点位置的温度之差的最大值，℃；

Tn0—— 第n时刻中心位置的温度值，℃；

Tnj—— 第n时刻，第j位置的温度值，℃

式中：ΔHn—— 第n时刻中心位置与其他布点位置的湿度之差的最大值，%RH；

Hn0—— 第n时刻中心位置的湿度值，%RH；

Hnj—— 第n时刻，第j位置的湿度值，%RH

本文拟选用某厂家某型号温湿度标准箱，进行多次试验研究，研究箱体内温度、湿度的均匀性。选用的温湿度标准箱，送风、回风口均位于箱体两侧，不处在温湿度测量探头的摆放位置上。理想状态下，箱体内温度场、湿度场稳定，空气流通且无送风死角，均匀度应趋近于0。实际工作中，箱体内各点温度、湿度均不一致，有一定的均匀度。拟研究箱体内不同位置温度、湿度的均匀度变化规律，分别为距离角落8 cm×8 cm、10 cm×10 cm、15 cm×15 cm、20 cm×20 cm。分别在15 ℃、20 ℃和30 ℃三个温度测量点，以及20 ℃条件下40%RH、60%RH 和80%RH 三个湿度点进行多次试验，找出箱体内不同位置温度、湿度的均匀度的变化规律。

2.2 试验结果

温湿度标准箱的均匀度本身存在不同，本文所有试验结果仅限于双温法温湿度标准箱，且送风、回风口均位于箱体两侧，不处在温湿度测量探头的摆放位置上。列举两台温湿度标准箱在不同温度测试点布点位置温度均匀度的试验数据（从左至右分别是15 ℃、20 ℃和30 ℃），如表2 所示。

20 ℃条件下不同湿度测试点，布点位置湿度均匀度的试验数据（从左至右分别是40%RH、60%RH和80%RH），如表3 所示。

选用不同厂家其他型号的温湿度标准箱进行多次试验，结合表2、表3 数据可知，当温湿度探头不放置在出风口且温度、湿度的均匀度数值较大时，探头离箱体角落的距离是校准规范距离的2 倍，温湿度箱的温度均匀度提升不超过0.01 ℃，相对温度均匀度的最大允许值0.3 ℃仅占3%；温湿度箱的湿度均匀度提升不超过0.1%RH，相对湿度均匀度的最大允许值1.0%RH 仅占10%，但有效使用面积仅为标准规范距离的64%。当温度、湿度的均匀度数值较小时，均匀度数值几乎不随着探头离箱体角落的距离增大而改变。

3 结语

通过上述实验可知：双温法温湿度标准箱温度均匀度、湿度均匀度较为恒定，均匀度数值较小时，其数值几乎不随着探头离箱体角落的距离增大而改变；均匀度数值较大时，减小温湿度标准箱36%的使用面积，温度、湿度的均匀度数值减小有限；调温调湿法、干湿分离法等其他类型的温湿度标准箱，温度、湿度的均匀度仍然有待研究。