安力珺，徐澤東，馬 軍，廖 鑫，王生鵬

(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)

為了確保傳感器的測量準確度和可信度，計量檢定部門需按規(guī)程定期對使用中的傳感進行檢定校準。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 型調溫調濕箱。三種檢定裝置均可進行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、校準質量好，是計量檢定工作人員較為關心的問題。針對這個問題，利用實驗室現有的三種常用的濕度檢定裝置進行大量的對比實驗，分析檢定裝置校準DHC2 型濕度傳感器的質量差異，為計量工作者提供參考依據。

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，采用制冷壓縮機、箱體加熱、循環(huán)風機等的調節(jié)達到濕度調節(jié)的作用。用戶只需設定要求的溫度和濕度，輔助參數控制器自動修正，直觀的實時顯示當前的實測數據。

L-PRH2 型精密濕度發(fā)生器使用雙溫雙壓原理，根據道爾頓分壓定律設計出來的高準確度濕度發(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，其濕度值可根據飽和室溫度、飽和室壓力和測試室壓力而精準測定。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 型調溫調濕箱利用獨立式可調式溫度、濕度控制系統，溫度控制使空氣處理室高精度地調節(jié)空氣狀態(tài)，在最短的時間內達到設定的期望值。濕度控制可在加濕和除濕的過程中實現整齊快速均勻控制，保證在長時間運行過程中的數據精確性，可完成室內多路濕度傳感器的檢定工作［2］。

為了使研究結果用于常規(guī)濕度傳感器檢定工作，采用廣泛應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果產生的影響［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行校準，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，根據實驗室JJG（氣象）003-2011《自動氣象站濕度傳感器檢定規(guī)程》進行，選取30%RH、55%RH、95%RH 三個濕度點進行校準［4］。

圖1 為LF-300X 型溫濕度檢定箱和C340/70型調溫調濕箱中傳感器的布點圖。將兩支濕度傳感器布置在箱內工作區(qū)的中心位置（如圖1 的5、6 點位置）。四支濕度傳感器布置在箱體工作區(qū)的中間層，且均距檢定箱內壁5cm 的位置，分別標記為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。將兩支傳感器布置在箱內工作區(qū)的中心位置（如圖2 的5、6 點位置）。其余四支傳感器均勻的分布在中心點位置（5、6 點）的四周，分別標記為點1、2、3、4。

圖1 LF-300X、C340/70 試驗布點

圖2 L-PRH2 試驗布點位置

在試驗中將溫度的校準點設置為20℃，接近實驗環(huán)境溫度。在溫濕度達到設定值后，再穩(wěn)定30min，然后開始記錄1-6 位置的相對濕度，每隔2min 記錄一組數據，共記錄15 組數據（i=1,2,…，15）。

2.2 試驗數據處理

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準器的差值，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上讀取的15 組數據，求取平均值，作為其測量示值；

HB——標準器在測試的濕度點上讀取的15 組數據，求取平均值，作為其標準器的示值。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

對比數據分析得出，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果的準確度和可信度都符合規(guī)定，均可進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，中心點位置與其他布點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 時刻中心點位置與其他布點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

對比數據分析得出，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 型調溫調濕箱的均勻度最大。綜合檢定裝置的結構特性，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，實驗數據可得該校準裝置的均勻度最小，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。

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，工作空間內任一點的最高和最低濕度之差△Hf可用公式（3）計算：

式中：

△Hf——該濕度點上的濕度波動度；

△Hi1——第i 時刻中心點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位置的濕度測試值。檢定裝置的濕度波動度為中心點濕度測量結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

對比數據分析得出，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的波動度都最小，C340/70 型調溫調濕箱在各個測試點上的波動度最大。綜合檢定裝置的結構特性，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，實驗數據可得該校準裝置的波動度最小，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。

3 結語

從三種濕度傳感器檢定裝置對比實驗分析來看，均可進行DHC2 型濕度傳感器的檢定。但C340/70 型調溫調濕箱所需的穩(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、傳感器校準的精度高、濕度均勻度和波動度小等特點，更適合在實驗室內進行高精度傳感器的檢定和校準工作。