基于DHC2 型湿度传感器检定装置对比实验研究与分析

安力珺，徐泽东，马 军，廖 鑫，王生鹏

(1.青海省大气探测技术保障中心，青海 西宁 810000；2.格尔木市气象局，青海 格尔木 816000)

为了确保传感器的测量准确度和可信度，计量检定部门需按规程定期对使用中的传感进行检定校准。目前实验室配备的湿度传感器的检定装置有中环天仪（天津）气象仪器有限公司生产的LF-300X型温湿度检定箱、中环天仪（天津）气象仪器有限公司生产的L-PRH2 型精密湿度发生器、伟思富奇环境试验仪器（太仓）有限公司研制的C340/70 型调温调湿箱。三种检定装置均可进行DHC2 型湿度传感器的检定。面对配备的众多湿度检定装置，哪种装置的性能佳、校准质量好，是计量检定工作人员较为关心的问题。针对这个问题，利用实验室现有的三种常用的湿度检定装置进行大量的对比实验，分析检定装置校准DHC2 型湿度传感器的质量差异，为计量工作者提供参考依据。

1 对比的检定装置

LF-300X 型温湿度检定箱有着精确的温度和湿度控制系统，采用制冷压缩机、箱体加热、循环风机等的调节达到湿度调节的作用。用户只需设定要求的温度和湿度，辅助参数控制器自动修正，直观的实时显示当前的实测数据。

L-PRH2 型精密湿度发生器使用双温双压原理，根据道尔顿分压定律设计出来的高准确度湿度发生装置，它是在稳定的高压状态下先使干燥气体饱和，然后使之在相同的温度条件下膨胀降压，至稳定的测试室低压状态，即可得到恒湿气源，其湿度值可根据饱和室温度、饱和室压力和测试室压力而精准测定。改变饱和室压力或改变测试室压力，就可以得到所测的环境湿度［1］。

C340/70 型调温调湿箱利用独立式可调式温度、湿度控制系统，温度控制使空气处理室高精度地调节空气状态，在最短的时间内达到设定的期望值。湿度控制可在加湿和除湿的过程中实现整齐快速均匀控制，保证在长时间运行过程中的数据精确性，可完成室内多路湿度传感器的检定工作［2］。

为了使研究结果用于常规湿度传感器检定工作，采用广泛应用于青海省国家新型自动气象站普遍使用的DHC2 型湿度传感器，减少由于不同湿度传感器对湿度变化敏感程度的不同对研究结果产生的影响［3］。

2 湿度均匀度与波动度的测试

2.1 试验方法

文章提出了一种新的测试方法，将同种型号、规格的湿度传感器放在湿度传感器检定装置中同时进行校准，以抵消传因感器的修正值引入的不确定度，从而大幅度的降低、减小均匀度和波动度的测量不确定度。

实验选取6 支DHC2 型湿度传感器，根据实验室JJG（气象）003-2011《自动气象站湿度传感器检定规程》进行，选取30%RH、55%RH、95%RH 三个湿度点进行校准［4］。

图1 为LF-300X 型温湿度检定箱和C340/70型调温调湿箱中传感器的布点图。将两支湿度传感器布置在箱内工作区的中心位置（如图1 的5、6 点位置）。四支湿度传感器布置在箱体工作区的中间层，且均距检定箱内壁5cm 的位置，分别标记为1、2、3、4 号。图2 为L-PRH2 型精密湿度发生器中传感器的布点。将两支传感器布置在箱内工作区的中心位置（如图2 的5、6 点位置）。其余四支传感器均匀的分布在中心点位置（5、6 点）的四周，分别标记为点1、2、3、4。

图1 LF-300X、C340/70 试验布点

图2 L-PRH2 试验布点位置

在试验中将温度的校准点设置为20℃，接近实验环境温度。在温湿度达到设定值后，再稳定30min，然后开始记录1-6 位置的相对湿度，每隔2min 记录一组数据，共记录15 组数据（i=1,2,…，15）。

2.2 试验数据处理

2.2.1 测量误差

测量误差：被检的6 支DHC2 型湿度传感器的示值与湿度标准器的差值，用表示，可用公式（1）计算［4］，

式中，

△H——被检传感器的测量误差；

Hi——每支被检传感器在测试的湿度点上读取的15 组数据，求取平均值，作为其测量示值；

HB——标准器在测试的湿度点上读取的15 组数据，求取平均值，作为其标准器的示值。得到的每支被检传感器的测量误差见表1。

表1 湿度传感器在三种检定装置中的湿度平均测量误差

对比数据分析得出，三种检定装置检定6 支传感器时，测量误差中的多支传感器差值均值分别为-1.32%RH、-0.91%RH、-2.06%RH。三种检定装置湿度检定结果的准确度和可信度都符合规定，均可进行湿度传感器的检定工作。

2.2.2 湿度均匀度

湿度均匀度：在某一时刻，中心点位置与其他布点位置的湿度之差的绝对值最大值△Hu 可用公式（2）计算，

式中：

△Hu——第i 时刻中心点位置与其他布点位置的传感器湿度之差的绝对值最大值；

Hi1—第i 时刻中心点位置的传感器湿度值；实验中将传感器5、6 号传感器的平均值作为中心点位置的湿度测试值。于是，试验箱湿度均匀度为各湿度试验点的湿度均匀度△Hu 中的最大值。

表2 三种检定装置均匀度汇总表

对比数据分析得出，实验室三种湿度传感器检定装置中，L-PRH2 型精密湿度发生器的均匀度最小，C340/70 型调温调湿箱的均匀度最大。综合检定装置的结构特性，L-PRH2 型精密湿度发生器的测试室舱体较小，可提供可靠均匀的湿气环境，实验数据可得该校准装置的均匀度最小，更适合于高要求、高精度传感器的检定。LF-300X 型温湿度检定箱的均匀度介于波动度最大和最小之间，但又接近L-PRH2 型精密湿度发生器，操作简单快捷、湿度均匀度较小，可适用于批量的传感器检定和校准。

2.2.3 湿度波动度

湿度波动度：在湿度稳定后，给定任意时间间隔内，工作空间内任一点的最高和最低湿度之差△Hf可用公式（3）计算：

式中：

△Hf——该湿度点上的湿度波动度；

△Hi1——第i 时刻中心点位置的传感器湿度值；实验中将传感器5、6 号传感器的平均值作为中心点位置的湿度测试值。检定装置的湿度波动度为中心点湿度测量结果的最大值与最小值之差。

表3 三种检定装置波动度汇总表

对比数据分析得出，实验室三种湿度传感器检定装置中，L-PRH2 型精密湿度发生器在低湿和高湿点的波动度都最小，C340/70 型调温调湿箱在各个测试点上的波动度最大。综合检定装置的结构特性，L-PRH2 型精密湿度发生器的测试室舱体较小，可提供均匀稳定的湿气环境，实验数据可得该校准装置的波动度最小，更适合于高要求、高精度传感器的检定。LF-300X 型温湿度检定箱的波动度介于波动度最大和最小之间，但又接近L-PRH2 型精密湿度发生器，操作简便、湿度波动度较小，可适用于批量的传感器检定和校准。

3 结语

从三种湿度传感器检定装置对比实验分析来看，均可进行DHC2 型湿度传感器的检定。但C340/70 型调温调湿箱所需的稳定时间较长，均匀度及波动度较大，实验箱工作效率不高。LF-300X 型温湿度检定箱和L-PRH2 型精密湿度发生器具备操作简便、传感器校准的精度高、湿度均匀度和波动度小等特点，更适合在实验室内进行高精度传感器的检定和校准工作。