溫濕度標準箱校準相關問題

胡健 徐標/廣東省計量科學研究院

0 引言

近年來，各類溫濕度計使用量越來越大，送檢量也逐年增多，溫濕度檢定箱、濕度發生器作為溫濕度計檢定校準的主要配套設備，其需求量也增大[1-2]?？茖W、有效評估其性能非常重要。JJF 1564-2016《溫濕度標準箱校準規范》于2016發布并實施已有近三年[3-4]，筆者做了一些溫濕度標準箱的校準工作，并結合相關實驗數據談談此規范在工作中運用的一些心得體會。

1 多種規程規范之間比較

JJF 1564-2016溫濕度標準箱校準規范發布實施之前，評估溫濕度箱性能的規范有JJF 1101-2003和JJG 205-2005機械式溫濕度計檢定規程附錄D。兩者的一些技術指標名稱相同，如波動度、均勻度，但其測試方法和計算有差異。JJF 1101-2003中波動度是指30 min內中心點最大與最小值之差，而JJG 205-2005附錄D是指30 min內所有測量點最大與最小值之差。JJF 1101-2003中均勻度指同一時刻所有點之差，30 min取其平均值。而JJG 205-2005附錄D指中心點與其余點之差絕對值的最大值。并且在濕度測量點個數要求方面也不相同。JJF 1101-2003要求布置3個，而JJG 205-2005附錄D則要求9個。從上述差異可知，雖然名稱相近，但實際意義卻大相徑庭，且后者要比前者要求更高，更適合溫濕度計量。

JJF 1564-2016溫濕度標準箱校準規范發布和實施之前，對于大腔體的濕度發生器的性能評估方法并沒有明確的規定。如果參照JJG 205-2005機械式溫濕度計檢定規程附錄D進行評估，則存在以下問題，其一，濕度發生器腔體不適宜放置9個溫濕度傳感器；其二，被檢阻容濕度傳感器響應時間短，波動度是按30 min計算，不宜評估濕度發生器性能。針對上述問題，JJF 1564-2016增加了溫度、濕度變化率指標，對不同容積箱體布點有了詳細要求，更方便使用。

2 環境溫濕度不滿足條件時，對溫濕度標準箱校準的影響

在 JJG 205-2005和 JJF 1564-2016規程規范中，環境溫濕度的要求溫度15～25 ℃及濕度≤75%RH。眾多規程規范對環境溫濕度的規定一般是基于計量標準器偏離規定環境要求時，計量性能可能發生變化。在JJF 1564-2016中，當環境溫濕度偏離時，主要影響的是被檢溫濕度標準箱的工作狀態。

目前溫濕度標準箱工作原理主要是調溫調濕法和雙溫法兩種。調溫調濕法指通過噴霧、蒸汽加濕和制冷、干燥劑進行除濕。當環境溫度過高時，會影響壓縮機制冷能力和散熱效率，最終溫度、濕度波動度受影響。此外當環境濕度過高，箱體濕度降速會變慢甚至無法降到目標濕度。環境溫度過高還會影響箱體的保溫性，導致溫度、濕度均勻性變差[5-7]。筆者以某型雙溫法溫濕度標準箱進行實驗，結果如表1所示。

上述實驗結果反映出環境溫度偏離后，溫度、濕度均勻度明顯增大，以致于超出規范的要求。但環境溫度偏離后，對于雙溫法溫濕度標準箱其波動度和變化率影響較小。

3 風速不一致對修正值的影響

根據JJF 1564-2016的要求，標準器在使用前后須進行校準，依據各點誤差值修正使用。但是所使用的濕度發生器與被檢的溫濕度標準箱內部風速有差異，其誤差也不盡相同。在濕度發生器的測量誤差去修正被檢溫濕度標準箱測量值時，以Rotronic生產的HC2型數字溫濕度計為例，在不同風速下的濕度和溫度誤差，結果如表2，表3所示。

表1 環境溫度偏離對校準結果影響

表2 不同風速對溫度誤差影響

表3 不同風速下對濕度誤差影響

從上述結果可知，在不同風速下，濕度發生器標準器的修正值有差異，當對測量結果修正時應與被檢狀態一致，否則修正值不匹配。

4 濕度均勻性的問題

在校準溫濕度標準箱時，濕度均勻性有普遍規律，濕度越高，濕度均勻性越大。筆者使用一臺調溫調濕法溫濕度標準箱進行實驗。根據結果將相對濕度換算成露點值，如表4、表5、表6所示。

表4 40%RH與中心點露點差

表5 60%RH與中心點露點差

表6 80%RH與中心點露點差

從表4、5、6結果可以發現以下特點：

1）40% RH～80% RH 雖然均勻度 0.3% RH 升至0.7% RH，但與中心露點之差都在0.1 ℃左右，沒有增加；

2）濕度均勻度較大程度是由于溫度不均勻造成的。根據相對濕度計算公式：

式中：e=e(Td)露點溫度下飽和水汽壓；

eW——當前溫度下飽和水汽壓

而飽和水汽壓可根據馬格納斯經驗方程簡化描述：

式中：e0——0 ℃時飽和水汽壓；

t——當前溫度

從式（1）（2）中可知飽和水汽壓變化率與溫度成正比，因而當相對濕度低的時候，相對應的露點溫度也低，其飽和水汽壓變化率小，露點溫度改變量對相對濕度影響量??；反之，在相對濕度高的時候，露點溫度改變量對相對濕度影響量大。所以被檢溫濕度檢定箱在不同相對濕度時其均勻度露點值相同，但均勻度轉換成相對濕度表示后差異較大。

5 結語

溫濕度標準箱技術要求非常高，特別是均勻度要求不大于1% RH，而測量不確定度一般都大于0.5% RH，要科學、可靠地判定溫濕度標準箱的技術指標較為困難，因而須認清各項影響因素，并減小其影響。