DHC2型濕度傳感器檢定若干注意事項

王生鵬，安力珺，馬 軍，張曉平，鄭 明

（1.青海省大氣探測技術保障中心，青海 西寧810000；2.格爾木市氣象局，青海 格爾木816000；3.青海省氣象服務中心，青海 西寧810000）

1 引言

濕度傳感器作為測量環境濕度參數的一種重要設備，被廣泛應用于自動氣象站。現今科研、農業、水利、交通、航空航天、電力、醫療等部門，對環境濕度的監測和控制已成為較為普遍的技術條件之一。對于許多生產生活及工藝，濕度是一個基本、重要的參數。在安全生產、工農業的生產中，濕度也會產生至關重要的影響[1]。但在常規的氣象環境參數中，濕度量受溫度、風速、大氣壓強等多重因素的影響，是一個復雜、較難準確測量的量。

筆者們將結合近年來的日常業務工作，探討青海省自動氣象臺站普遍使用的DHC2型濕度傳感器檢定工作中注意的幾點問題，以便選取性能、觀測質量好的濕度傳感器，更好地服務社會和人民。

2 結構與原理

2.1 外形結構

DHC2型濕度傳感器的外形結構如圖1所示，輸出的M12插頭如圖2所示。

2.2 工作原理

當環境濕度發生改變時，濕敏電容的介電常數發生變化，使其電容量也發生變化，濕敏電容通過LC振蕩電路后，輸出變化的頻率信號，頻率信號隨著濕敏電容的容量變化而變化。

通過CPU測量、計算、補償、修正后，再通過D/A轉換后進行輸出。然后通過線性放大器將相對濕度輸出信號調整為0～1 V，對應相對濕度為0%RH～100%RH。信號處理電路組成如圖3所示[2]。

3 檢定方法

3.1 檢定條件

調溫調濕箱的濕度范圍保持在10%RH～95%RH之間，溫度保持在-30～+50℃之間，波動度為1.5%RH（-10以上），均勻度為1.5%RH。實驗環境的室內溫度保持在18～22℃之間，室內濕度保持在26%RH～34%RH之間。

圖1 DHC2型濕度傳感器的外形結構圖

圖2 輸出M12插頭示意圖

圖3 信號處理電路組成框圖

3.2 檢定前的準備工作

按照精密露點儀的使用說明要求，將標準傳感器與露點儀相連；將被檢DHC2型濕度傳感器按照檢定規程的要求，和掃描開關、數據采集器相連接；檢定工作開始前，在調溫調濕箱中水平放置被檢濕度傳感器和標準器。打開電源開關，將所有設備儀器預熱穩定30 min后再開始檢定。分別讀取記錄傳感器檢定開始前和結束后實驗環境參數，用讀取的始末兩次環境參數的平均值作為檢定時的環境參數，并填寫到檢定記錄表中[3]。

4 檢定中的若干注意事項

為了確保測量結果的準確性，減少不確定度來源。檢定工作開始前進行如下工作：①檢查被檢傳感器外型、結構是否完好，表面不應有明顯的凹跡、劃痕、變形、裂縫等，表面涂層不應有龜裂、脫落、起泡等現象，金屬器件不應有大面積銹蝕及機械損傷[2]。②檢查檢定裝置的水箱，水位是否達到箱體正常工作的刻度要求。否則蒸汽發生器不升溫、高濕點濕度值達不到箱體設定的要求。③在實際工作中發現，靠近濕度檢定箱中心點位置的濕度傳感器的測量示值誤差越小，濕度檢定箱四周邊緣的傳感器的測量示值誤差相對偏大。主要是因為傳感器的擺放位置超出了其工作有效區間[4]。④注意在檢定過程中將氣泵的氣管和標準器的探頭水平放置在溫濕度檢定箱的中心位置，并且保證標準器的探頭與所有傳感器頭部的擺放位置同高并互不相碰影響。標準器與被檢儀器置于溫濕度檢定箱工作區的有效位置內，放置的傳感器不宜過多，防止影響檢定箱體內的空氣循環。檢定箱的工作室應保證一定的氣密性，且不得放置潮濕或強吸濕性材料。打開電源開關30 min后再開始檢定[5]。⑤在檢定過程中切勿為了提升工作效率，一次性放置過多的傳感器，影響箱內的空氣循環，進而影響傳感器測量示值的準確性。⑥確保檢定時的環境達到要求，工作溫度保持在-40～60℃之間，相對濕度保持在-10%RH～100%RH之間，大氣壓強保持在450～1 060 hPa之間，減少因為環境造成的誤差，保證檢定、校準結果可靠。⑦結合自動氣象站濕度傳感器檢定規程的要求，濕度傳感器的檢定點選擇順序為30%RH、40%RH、55%RH、75%RH、95%RH、95%RH、75%RH、55%RH、40%RH、30%RH。

5 數據采集及數據處理

5.1 傳感器穩定時間與測試次數

在檢定濕度傳感器時，如果過程穩定的時間太長，則整個檢定過程所需的時間較長，且由于檢定箱濕度場不穩定性的存在，即使穩定的時間再長，也會出現個別的數值超出最大允許誤差范圍的情況。

所以，在規定的條件下，達到相對穩定的狀態，傳感器可進行讀數，其讀取測得值時依據自動氣象站濕度傳感器檢定規程進行。

5.2 數據采集方法

先根據實驗要求設定溫濕度檢定箱的溫度值，達到設定值并穩定后，按選定的檢定點設置檢定箱的濕度值并進行濕度傳感器的檢定，濕度示值設置為先低濕點逐步升到高濕點，再從高濕點降至低濕點。調整檢定箱濕度值過程中，必須保持其濕度變化一樣的趨勢。即在檢定降濕的過程中，不能有升濕的現象和趨勢。同樣，在檢定升濕的過程中，不能有降濕的現象和趨勢[3]。

當檢定調溫調濕箱濕度值達到設定示值，波動值不超過±1.5%RH時，傳感器的檢定工作開始，按一定的時間間隔采集一次標準器的示值和被檢濕度傳感器示值，等間隔時在每個檢定點讀取3次數據。其后每個檢定點的數據讀取方法及穩定時間和上一個檢定點相同，每檢定完一個點，調到下一個檢定點。

5.3 測量數據的處理與分析

5.3.1 誤差計算

用3次被檢濕度傳感器輸出值的平均值，作為檢定點的測量值，用3次精密露點儀測量值的平均值加上修正值作為標準值。測量值減去標準值，得出被檢濕度傳感器的示值誤差，計算公式為[2]：

式（1）中：ΔHi為測量誤差，%RH；為被測值；為標準值。

傳感器的修正值公式為：

式（2）中：C為被檢傳感器的修正值；－ΔHi為被檢濕度傳感器在檢定點上的測量誤差的相反數，%RH。

已修正的測得值公式為：Xc=ΔHi+C。

5.3.2 結果處理

在正、反行程各檢定點上被檢濕度傳感器的示值誤差都滿足規范中技術規定時，視為檢定結果合格，其中小于等于80%RH時，最大允許誤差為±4%RH；大于80%RH時，最大允許誤差為±8%RH。在檢定過程中一點或多點檢定點示值誤差不能滿足規范技術規定時，此傳感器視為不合格。檢定不合格的傳感器，需要進行微調或是修整，經過調整、修理后的傳感器需重新按照規程的要求進行檢定，檢定后仍不合格的做不合格處理[5]。

6 結束語

文章對DHC2型濕度傳感器的工作原理以及檢定過程中需要注意到的問題進行了說明。DHC2型濕度傳感器是目前青海省自動氣象臺站普遍使用的濕度傳感器設備，今后在開展計量檢定的工作時，要認真負責，將實際工作與相關技術規范相結合，準確、科學地操作，確保檢定結論的正確性，在實際工作中提供更精確的數值。