精密露点仪标准装置的性能测试及计量软件设计

贾军伟，李绍飞，柴昊，张书锋，刘展，卢茂

(北京东方计量测试研究所，北京100086)

0 引言

湿度在国防科技工业系统的航天器研制、生产和储存等方面是一个非常重要的参数［1-3］。在型号任务上，航天器整星、单机产品的科研生产作业现场对湿度的要求极为严格。另外，载人航天、长期在轨空间站在湿度控制方面的研究也越来越受到人们的关注。随着大量精密湿度测量仪器在航天产业上的应用，这些设备的检定测试任务显得尤为重要。

湿度标准装置主要包括湿度发生器、湿度主标准器及作为配套装置的核查标准。目前，湿度发生器主要分为双温双压法湿度发生器、双压法湿度发生器、双温法湿度发生器、分流法湿度发生器、连续型饱和盐法湿度发生器、渗透管标准湿度发生器等［2，4-7］。湿度标准以冷镜式精密露点仪为代表，具有准确度等级高、稳定性好、操作方便的特点。作者所在实验室以2500 型双压法湿度发生器配以373 型冷镜式精密露点仪作为湿度标准，具有良好的稳定性和准确度。

1 标准装置的构成

露点仪标准装置采用直接比较法完成对精密露点仪、数字式温湿度传感器/变送器、机械式/数字式温湿度计以及其他湿度测量器具的检定和校准。将标准露点仪和被检湿度仪器仪表放置在湿度发生器测试室的有效工作区域内，由湿度发生器提供所需恒定的样气，分别由标准露点仪和被检湿度仪器仪表测量样气的温湿度值，将所得数值进行比较。该装置主要包括作为主标准的373 型冷镜式精密露点仪、作为湿度发生器的2500 型双压法湿度发生器及作为核查标准的M4 冷镜式精密露点仪。

图1 精密露点仪原理图

冷镜式精密露点仪原理框图如图1所示。露点仪由制冷系统、露(霜)点检测系统和温度测量与跟踪系统三部分组成。用等压冷却的方法使被测样气中的水蒸气开始出现结露(霜)时的温度，即为该样气的露(霜)点温度。再通过一支精密温度计准确测量该样气的温度，即可算出样气的相对湿度值。

2 标准装置的性能测试

2.1 重复性实验

选择温度为20℃、湿度为50%RH 的典型点作为实验点，由2500 型湿度发生器提供的稳定的温湿度环境，以373 型精密露点仪作为主标准，以M4/1311 型精密露点仪作为核查标准，进行n 次(n=10)重复性实验。实验数据如表1所示，以实验标准偏差(公式(1))对其重复性进行考评。结果表明温度重复性实验的标准偏差为0.00℃;相对湿度重复性实验的标准偏差为0.07%RH;露点温度重复性实验的标准偏差为0.01℃。

表1 标准装置重复性实验数据

2.2 稳定性实验

选择温度为20℃，湿度为50%RH 的典型点作为实验点，由2500 型湿度发生器提供的稳定的温湿度环境，以373 型精密露点仪作为主标准，每隔三个月进行一次实验，一共进行m 次(m=4)实验，每次实验记录n 组(n=10)数据，其实验数据如表2所示。

表2 标准装置稳定性实验数据

每组实验数据的平均值按照式(2)进行计算:

各组实验平均值的均值按照式(3)进行计算:

各参数的稳定性评价依据式(4)进行计算:

根据实验数据计算结果表明:温度稳定性实验的标准偏差为0.02℃;相对湿度稳定性实验的标准偏差为0.33% RH;露点温度稳定性实验的标准偏差为0.066℃。

3 软件设计

基于Labview 软件平台［8-10］开发了湿度计量软件。该软件可应用于温湿度表，湿度传感器等温湿度仪器仪表的计量工作。程序主要由被检仪表信息输入模块、温湿度表计量模块、湿度传感器计量模块和报告生成模块部分构成，实现了多块被检仪表并行检定、并将常用被检仪表的信息以库的形式进行存储，方便检定时调用，避免重复劳动。结合”LabVIEW Report Generation Toolkit for Microsoft Office”及word 中书签和域的使用，能应用于各类温湿度仪表的计量，实现多个被检温湿度仪表的批量计量，数据的自动处理、原始记录和证书的自动生成。程序设计的流程图如图2所示。

图2 温湿度仪表计量程序流程图

4 结语

本文对以373 型精密露点仪为主标准器的湿度标准装置进行了性能研究。结果表明温度重复性实验的标准偏差为0.00℃，相对湿度重复性实验的标准偏差为0.07%RH，露点温度重复性实验的标准偏差为0.01℃。温度稳定性实验的标准偏差为0.02℃，相对湿度稳定性实验的标准偏差为0.33%RH，露点温度稳定性实验的标准偏差为0.066℃。并基于美国NI 公司的Labview 软件开发平台，结合日常湿度计量需求，开发了湿度仪器仪表计量软件依托程序框架和其中较通用的模块，可以较方便扩展到其他计量专业的自动化检定/校准中。

［1］易洪.湿度测量的新进展及发展趋势［J］.中国计量，2007(2):9-11.

［2］李玉忠，王淑英.我国湿度测量技术的新进展［J］.中国仪器仪表，1994(3):34-38.

［3］廖理.热学计量［M］.北京:原子能出版社，2002:447.

［4］巩娟，何萌，吕国义.Swsy-F 分流法湿度发生器的研制［J］.计测技术，2010，30(1):47-49.

［5］武建红，陈勇.Swsy-A 型双压法湿度发生器的研制［J］.计测技术，2005，25(2):29-31.

［6］乔晓军，张云辉，杜小鸿，等.连续型饱和盐法湿度发生器［J］.农业工程学报，2006(5):95-99.

［7］李占元，易洪，任长青.渗透管标准湿度发生器［J］.计量技术，2007(2):56-59.

［8］秦展田，王斌武，孙晓燕，等.LabVIEW 及其在测试技术中的应用［J］.装备制造技术，2006(5):23-26.

［9］胡仁喜，王恒海，齐东明，等.Labview 8.2.1 虚拟仪器实例指导教程［M］.北京:机械工业出版社，2008:56.

［10］Report Generation Toolkit for Microsoft Office User Manual［Z］.