關于圓柱形腔體的濕度均勻度校準方法的探索與研究

徐志偉

摘要：在計量行業，常規溫濕度發生器（或溫濕度檢定箱）的腔體均為長方體形，其濕度均勻度的校準方法有相應參考依據，而對于腔體為圓柱體形的則無相關依據。作者根據被測對象的實際情況，構思了新的布點方法并通過精密露點儀驗證了該方法的正確性。

Abstract： In the metrology industry， the cavity of conventional temperature and humidity generator（ or temperature and humidity check box） is cuboid， the calibration method of its humidity evenness has the corresponding reference， but there is no orresponding reference for the cylindrical cavity. According to the actual situation of the tested object， the author conceives the new layout method， and the correctness of this method is verified by the precision dew point hygrometer.

關鍵詞：溫濕度發生器；圓柱形腔體；濕度均勻度

Key words： temperature and humidity generator；cylindrical cavity；humidity evenness

中圖分類號：TP216 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）09-0165-02

0 引言

濕度均勻度是考核溫濕度發生器、溫濕度檢定箱等環境試驗設備的重要指標。因此，需要有科學、合理的檢測方法來測量并計算濕度均勻度。

目前，大多數的試驗腔體為長方體形，其測量及計算方法在JJG 205-2005 《機械式溫濕度計檢定規程》附錄D以及JJF 1101-2003《環境試驗設備溫度、濕度校準規范》中均有詳細描述，但若試驗設備為圓柱形腔體則不能適用，也就無法用均勻度來評價設備的制造工藝及運行工況，無法評定被測濕度產品量值的不確定度，因此找到一種合適的測試方法獲取濕度均勻度非常必要。而圓柱體形腔體在計量機構、生產企業中仍有較多使用，分析研究出合理的均勻度測量方法用以解決上述困難具有現實意義。

本文正是基于以上實際需求，在無現成測試方法的情況下，選擇一圓柱形腔體溫濕度發生器為研究對象，設計與之相適應的布點方法，注重圍繞圓柱形腔體的形體特點，在橫向與縱向上兼顧布點，通過測試及計算求取濕度均勻度。

1 被測對象

HG2-S型（Rotronic公司產）便攜式溫濕度發生器，除了在實驗室用于對溫濕度傳感器、數字溫濕度計的校準，因其體型較小、快速、靈活便于攜帶的特點，也可用于現場校驗，其試驗腔體為臥式圓柱體形。

2 濕度傳感器的選擇及校準

測量濕度均勻度應選取若干精度較高的濕度傳感器，按一定的方位布點測量，通過均勻度的定義計算求取。

然而，選取高精度的濕度傳感器是不夠的。參照JJG 205-2005，溫濕度發生器的濕度均勻度應不超過1.0%RH。即便濕度傳感器具有很高的精度（±1.0%RH左右），直接用來測量，其精度仍不滿足要求。因此，需要通過校準獲得每個濕度傳感器的修正值。為了盡量提高各傳感器加上修正值后的一致性，應選取同一型號，并將之同時放入同一溫濕度檢定裝置中，由同一精密露點儀量傳，各傳感器應緊靠放置并接近標準器以減少箱體不均勻性造成的不一致。

根據實際情況，本文選取6支HC2-S型高精度濕度傳感器，每支均通過USB連接到HUB，與PC軟件交互，可同時讀取各傳感器濕度示值。將各濕度傳感器緊靠放入溫濕度檢定裝置，并靠近標準器。將溫濕度檢定裝置設置為20℃，40%RH，經過充分穩定后讀數，計算修正值如表1所示。

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3 測試方法

3.1 測點布置

根據HG2-S型溫濕度發生器腔體尺寸，設計布點如圖1所示。

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腔體為圓柱體形，深18cm，截面直徑14cm，外端面有五個圓形開口插入5個濕度傳感器。1號傳感器經任意一開口插入腔體后置于中心位置，2至6號穿過各自開口后沿軸向距離底面分別為2cm、5.5cm、9cm、12.5cm、16cm，等分軸向線。

3.2 布點分析

在考核均勻性時，腔體中心必然放置一點作為中心點。因腔體端面按圓周等距離開5孔，故沿軸向插入5支傳感器，插深不同，將腔體沿軸向均勻分割，這樣既考慮到了軸向的均勻性又考慮了截面的均勻性，考察的是軸向與橫向的綜合效果。

3.3 均勻度的測量

各濕度傳感器按圖1完成布點后，將溫濕度發生器設置為20℃，40%RH，經過充分穩定后開始讀取各點濕度示值，每隔2min讀一組，共計15組數據hi1～hi6（i=1，2，3，…，15），各點加上表1修正值后變為Hi1～Hi6（i=1，2，3，…，15）。每組數據中Hi2～Hi6與Hi1之差的絕對值的最大值為該組的ΔH，總共15組數據，則取最大的ΔH作為濕度均勻度。

比如第一組數據如表2所示，則第一組的ΔH應為第6點與第1點的差值0.17%RH。

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15組數據的ΔH如表3所示，則濕度均勻度應取15組中的最大值0.22%RH。

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4 方法驗證

通過上述方法的分析與實踐，可以得出該溫濕度發生器在20℃，40%RH時的濕度均勻度為0.22%RH，遠小于1.0%RH的指標要求，說明該濕度發生器具有很小的濕度均勻度，用它進行濕度傳感器的校準將會大幅減小測量結果不確定度。

取精密露點儀MBW473的露點探頭置于點1，另一露點儀DEW PRIMEⅡ的探頭置于點6，經充分穩定后，讀取兩者露點溫度，在20℃下換算成濕度，求取兩點的濕度差值，每隔2min記錄一次，共計15組，取最大差值，最終驗證結果為0.20%RH，與0.22%RH非常接近。

5 結論

本文針對圓柱形腔體的溫濕度發生器，提出了與之形體相適應的測量濕度均勻度的布點方法，并通過測量獲得均勻度為0.22%RH，這個數據達到了較高的水準。

將該方法用于實際測量時，因為各個設備的腔體尺寸有所不同，應加以變通。對于更小的圓柱形腔體，依實際情況適當減少測試布點，而對于較大的設備，應增加布點，增減的原則應圍繞圓柱體的特點，在橫向按圓周均勻分布，而縱向按軸向均勻分布。希望通過本文能夠給同行帶來新的啟示。

參考文獻：

[1]JJG 205-2005，機械式溫濕度計檢定規程[S].國家質量監督檢驗檢疫總局.

[2]JJF 1101-2003，環境試驗設備溫度、濕度校準規范[S].國家質量監督檢驗檢疫總局.

[3]萬滔，李曉川，姜勇.環境試驗設備相對濕度校準方法探究[J].儀器儀表標準化與計量，2014（05）.