安力珺，徐澤東，馬 軍，廖 鑫，王生鵬

(1.青海省大氣探測技術(shù)保障中心，青海 西寧 810000；2.格爾木市氣象局，青海 格爾木 816000)

為了確保傳感器的測量準(zhǔn)確度和可信度，計量檢定部門需按規(guī)程定期對使用中的傳感進(jìn)行檢定校準(zhǔn)。目前實驗室配備的濕度傳感器的檢定裝置有中環(huán)天儀（天津）氣象儀器有限公司生產(chǎn)的LF-300X型溫濕度檢定箱、中環(huán)天儀（天津）氣象儀器有限公司生產(chǎn)的L-PRH2 型精密濕度發(fā)生器、偉思富奇環(huán)境試驗儀器（太倉）有限公司研制的C340/70 型調(diào)溫調(diào)濕箱。三種檢定裝置均可進(jìn)行DHC2 型濕度傳感器的檢定。面對配備的眾多濕度檢定裝置，哪種裝置的性能佳、校準(zhǔn)質(zhì)量好，是計量檢定工作人員較為關(guān)心的問題。針對這個問題，利用實驗室現(xiàn)有的三種常用的濕度檢定裝置進(jìn)行大量的對比實驗，分析檢定裝置校準(zhǔn)DHC2 型濕度傳感器的質(zhì)量差異，為計量工作者提供參考依據(jù)。

1 對比的檢定裝置

LF-300X 型溫濕度檢定箱有著精確的溫度和濕度控制系統(tǒng)，采用制冷壓縮機(jī)、箱體加熱、循環(huán)風(fēng)機(jī)等的調(diào)節(jié)達(dá)到濕度調(diào)節(jié)的作用。用戶只需設(shè)定要求的溫度和濕度，輔助參數(shù)控制器自動修正，直觀的實時顯示當(dāng)前的實測數(shù)據(jù)。

L-PRH2 型精密濕度發(fā)生器使用雙溫雙壓原理，根據(jù)道爾頓分壓定律設(shè)計出來的高準(zhǔn)確度濕度發(fā)生裝置，它是在穩(wěn)定的高壓狀態(tài)下先使干燥氣體飽和，然后使之在相同的溫度條件下膨脹降壓，至穩(wěn)定的測試室低壓狀態(tài)，即可得到恒濕氣源，其濕度值可根據(jù)飽和室溫度、飽和室壓力和測試室壓力而精準(zhǔn)測定。改變飽和室壓力或改變測試室壓力，就可以得到所測的環(huán)境濕度［1］。

C340/70 型調(diào)溫調(diào)濕箱利用獨(dú)立式可調(diào)式溫度、濕度控制系統(tǒng)，溫度控制使空氣處理室高精度地調(diào)節(jié)空氣狀態(tài)，在最短的時間內(nèi)達(dá)到設(shè)定的期望值。濕度控制可在加濕和除濕的過程中實現(xiàn)整齊快速均勻控制，保證在長時間運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)精確性，可完成室內(nèi)多路濕度傳感器的檢定工作［2］。

為了使研究結(jié)果用于常規(guī)濕度傳感器檢定工作，采用廣泛應(yīng)用于青海省國家新型自動氣象站普遍使用的DHC2 型濕度傳感器，減少由于不同濕度傳感器對濕度變化敏感程度的不同對研究結(jié)果產(chǎn)生的影響［3］。

2 濕度均勻度與波動度的測試

2.1 試驗方法

文章提出了一種新的測試方法，將同種型號、規(guī)格的濕度傳感器放在濕度傳感器檢定裝置中同時進(jìn)行校準(zhǔn)，以抵消傳因感器的修正值引入的不確定度，從而大幅度的降低、減小均勻度和波動度的測量不確定度。

實驗選取6 支DHC2 型濕度傳感器，根據(jù)實驗室JJG（氣象）003-2011《自動氣象站濕度傳感器檢定規(guī)程》進(jìn)行，選取30%RH、55%RH、95%RH 三個濕度點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)［4］。

圖1 為LF-300X 型溫濕度檢定箱和C340/70型調(diào)溫調(diào)濕箱中傳感器的布點(diǎn)圖。將兩支濕度傳感器布置在箱內(nèi)工作區(qū)的中心位置（如圖1 的5、6 點(diǎn)位置）。四支濕度傳感器布置在箱體工作區(qū)的中間層，且均距檢定箱內(nèi)壁5cm 的位置，分別標(biāo)記為1、2、3、4 號。圖2 為L-PRH2 型精密濕度發(fā)生器中傳感器的布點(diǎn)。將兩支傳感器布置在箱內(nèi)工作區(qū)的中心位置（如圖2 的5、6 點(diǎn)位置）。其余四支傳感器均勻的分布在中心點(diǎn)位置（5、6 點(diǎn)）的四周，分別標(biāo)記為點(diǎn)1、2、3、4。

圖1 LF-300X、C340/70 試驗布點(diǎn)

圖2 L-PRH2 試驗布點(diǎn)位置

在試驗中將溫度的校準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置為20℃，接近實驗環(huán)境溫度。在溫濕度達(dá)到設(shè)定值后，再穩(wěn)定30min，然后開始記錄1-6 位置的相對濕度，每隔2min 記錄一組數(shù)據(jù)，共記錄15 組數(shù)據(jù)（i=1,2,…，15）。

2.2 試驗數(shù)據(jù)處理

2.2.1 測量誤差

測量誤差：被檢的6 支DHC2 型濕度傳感器的示值與濕度標(biāo)準(zhǔn)器的差值，用表示，可用公式（1）計算［4］，

式中，

△H——被檢傳感器的測量誤差；

Hi——每支被檢傳感器在測試的濕度點(diǎn)上讀取的15 組數(shù)據(jù)，求取平均值，作為其測量示值；

HB——標(biāo)準(zhǔn)器在測試的濕度點(diǎn)上讀取的15 組數(shù)據(jù)，求取平均值，作為其標(biāo)準(zhǔn)器的示值。得到的每支被檢傳感器的測量誤差見表1。

表1 濕度傳感器在三種檢定裝置中的濕度平均測量誤差

對比數(shù)據(jù)分析得出，三種檢定裝置檢定6 支傳感器時，測量誤差中的多支傳感器差值均值分別為-1.32%RH、-0.91%RH、-2.06%RH。三種檢定裝置濕度檢定結(jié)果的準(zhǔn)確度和可信度都符合規(guī)定，均可進(jìn)行濕度傳感器的檢定工作。

2.2.2 濕度均勻度

濕度均勻度：在某一時刻，中心點(diǎn)位置與其他布點(diǎn)位置的濕度之差的絕對值最大值△Hu 可用公式（2）計算，

式中：

△Hu——第i 時刻中心點(diǎn)位置與其他布點(diǎn)位置的傳感器濕度之差的絕對值最大值；

Hi1—第i 時刻中心點(diǎn)位置的傳感器濕度值；實驗中將傳感器5、6 號傳感器的平均值作為中心點(diǎn)位置的濕度測試值。于是，試驗箱濕度均勻度為各濕度試驗點(diǎn)的濕度均勻度△Hu 中的最大值。

表2 三種檢定裝置均勻度匯總表

對比數(shù)據(jù)分析得出，實驗室三種濕度傳感器檢定裝置中，L-PRH2 型精密濕度發(fā)生器的均勻度最小，C340/70 型調(diào)溫調(diào)濕箱的均勻度最大。綜合檢定裝置的結(jié)構(gòu)特性，L-PRH2 型精密濕度發(fā)生器的測試室艙體較小，可提供可靠均勻的濕氣環(huán)境，實驗數(shù)據(jù)可得該校準(zhǔn)裝置的均勻度最小，更適合于高要求、高精度傳感器的檢定。LF-300X 型溫濕度檢定箱的均勻度介于波動度最大和最小之間，但又接近L-PRH2 型精密濕度發(fā)生器，操作簡單快捷、濕度均勻度較小，可適用于批量的傳感器檢定和校準(zhǔn)。

2.2.3 濕度波動度

濕度波動度：在濕度穩(wěn)定后，給定任意時間間隔內(nèi)，工作空間內(nèi)任一點(diǎn)的最高和最低濕度之差△Hf可用公式（3）計算：

式中：

△Hf——該濕度點(diǎn)上的濕度波動度；

△Hi1——第i 時刻中心點(diǎn)位置的傳感器濕度值；實驗中將傳感器5、6 號傳感器的平均值作為中心點(diǎn)位置的濕度測試值。檢定裝置的濕度波動度為中心點(diǎn)濕度測量結(jié)果的最大值與最小值之差。

表3 三種檢定裝置波動度匯總表

對比數(shù)據(jù)分析得出，實驗室三種濕度傳感器檢定裝置中，L-PRH2 型精密濕度發(fā)生器在低濕和高濕點(diǎn)的波動度都最小，C340/70 型調(diào)溫調(diào)濕箱在各個測試點(diǎn)上的波動度最大。綜合檢定裝置的結(jié)構(gòu)特性，L-PRH2 型精密濕度發(fā)生器的測試室艙體較小，可提供均勻穩(wěn)定的濕氣環(huán)境，實驗數(shù)據(jù)可得該校準(zhǔn)裝置的波動度最小，更適合于高要求、高精度傳感器的檢定。LF-300X 型溫濕度檢定箱的波動度介于波動度最大和最小之間，但又接近L-PRH2 型精密濕度發(fā)生器，操作簡便、濕度波動度較小，可適用于批量的傳感器檢定和校準(zhǔn)。

3 結(jié)語

從三種濕度傳感器檢定裝置對比實驗分析來看，均可進(jìn)行DHC2 型濕度傳感器的檢定。但C340/70 型調(diào)溫調(diào)濕箱所需的穩(wěn)定時間較長，均勻度及波動度較大，實驗箱工作效率不高。LF-300X 型溫濕度檢定箱和L-PRH2 型精密濕度發(fā)生器具備操作簡便、傳感器校準(zhǔn)的精度高、濕度均勻度和波動度小等特點(diǎn)，更適合在實驗室內(nèi)進(jìn)行高精度傳感器的檢定和校準(zhǔn)工作。