唐寄峰，莫柠瑜，卜天容

（广西壮族自治区计量检测研究院，广西壮族自治区 南宁 530022）

在日常温湿度传感器校准工作中，极易因检测环境温度变化而出现相对湿度多次测量结果悬殊情况。虽然相对湿度多次测量结果偏差出现频率较小，但是，对整体温湿度传感器校准精度具有较大影响。因此，研究不同温度下测量相对湿度的变化具有非常突出的现实意义。

1 不同温度下测量相对湿度的分析研究方法

1.1 测试原理

对于相对湿度测量来说，包括冷凝露点法、伸缩法、干湿球法。其中冷凝露点法是一种测量相对湿度准确度最高的仪器，多借助半导体制冷且可光电自动平衡的镜面式露点仪，在压力一定的情况下，经半导体制冷促使空气内水蒸气冷凝在露点仪镜面，在露点仪镜面进入热力学平衡状态后，可以精准测量环境内水蒸气摩尔分数、相同温度与压力条件下饱和水蒸气摩尔分数的百分比（环境的水蒸气分压、相同温度下饱和水蒸气压的比值）。同时借助露点仪内设铂电阻温度计，进行环境温度测量。

对于温度测量来说，包括接触式测量法、非接触式测量法。露点仪内设铂电阻温度计测量主要是非接触测量，在不与被测物体接触情况下测量温度，确保测温时被测物体温度分布均衡。标准铂电阻温度计主要根据金属铂电阻随温度变化而变化的规律，进行温度测量，可以作为各种精密温度计量仪器的检定标准。标准铂电阻温度计尺寸为φ7 mm×480 mm，内置测量电阻（热敏电阻）为M12×1.5Ω，水内响应速度为0.4 m/s，空间中响应速度为1.0 m/s，适用温度为-220～+750℃，平均温度等级0.003 85+/℃，长短期稳定性较佳，可以满足《标准铂电阻温度计检定规程》（JJG160）的要求。

1.2 测试设备

准备VC4100温湿度标准检定箱、DewStarmodel S-IS精密露点仪及配套设备。

1.3 测试方法

在温湿度标准检定箱中心位置放置标准器探头，在温湿度标准检定箱有效空间内放置被检测仪器（温湿度传感器），确保标准检定箱内空气有效循环。进而将标准器探头直接与被检测温湿度传感器进行对比。或者在温湿度标准检定箱内置标准器传感探头的基础上，围绕标准湿度发生器内湿度气流，一路与温湿度标准检定箱连接，一路通入标准湿度发生器测量室。由标准器的显示屏幕读取标准湿度值与温湿度标准检定箱内被测温湿度传感器相对湿度数值并进行对比。进而调整温湿度检定箱温度为10～30℃，相对湿度为40%～80%。在低温、高温条件下逐次进行相对湿度测量，具体见表1。

表1 测量温度条件

在标准精密露点仪测量时，先打开电源，初始仪器进入自校状态，在此期间连接精密露点仪配套测量管道、测量开关接头，完成精密露点仪开管接头、被测开关连接。结束自校状态后，进入测量状态。在测试状态下，关闭精密露点仪的流量调节阀，连接测试管道（聚四氟管）、仪器进气口，促使气源经管道进入快速接口，观察显示屏显示压力，记录数值，此时数值为被测开关内气体压力。记录被测开关内气体压力后，将流量计向右旋转90°促使其与面板垂直，进入正式测量状态。开启流量调节阀，观察浮子启动情况，确定气体顺利输出后，将流量调节到0.5 L/min以上、0.8 L/min以内。调节阀门后，将安全锁放置到红点位置，观察数据显示，记录液晶屏上显示的温度、相对湿度值。若测量时电量指示灯变为红色则表明电量不足，需要及时充电。测量时间为8～10 min，进入测量尾声后，点击打印键并输入被测编号后确认，开始打印测量数据，打印结束后关闭流量阀，并将流量计向左旋转90°，从精密露点仪进气口取下测试管道、开管接头，最后关闭电源，将测试管道、开管接头恢复到原来的状态。

在每次检测结束、下一次检测前，校准温湿度检定箱。在温湿度标准检定箱达到设定数值后，稳定0.5 h。记录标准精密露点仪相对湿度值、被检定温湿度计相对湿度值的时间间隔2 min，分别记录3个数据计算平均值。其中标准精密露点仪相对湿度的均值可以作为对应校准点的标准相对湿度；而被检定温湿度计相对湿度值可以作为被检定温湿度表的标准相对湿度。利用同样的方法，进行下一个校准点测试，直到完成全部校准点的相对湿度测试。全部测试完毕后，温度标准值、相对湿度标准值均为精密露点仪显示值，测量值则为被检定温湿度计显示值。校准点的相对湿度指示值误差计算公式如下：

式（1）中，△Ui为第i个校准点的相对湿度指示数值误差；Uib为第i个校准点的被检测温湿度计的相对湿度指示数值；Uia为第i个校准点的标准湿度计（精密露点仪）的相对湿度指示数值误差。检定环境内，要求某一点任意一个0.5 h周期内3个10 min平均值温度最大值、最小值极差小于等于1 ℃，相对湿度最大值、最小值极差小于等于2%。

2 不同温度下测量相对湿度的分析研究结果

2.1 不同温度下示值误差

根据式（1），计算被测温湿度计的指示数值误差并与精密露点仪显示的温度标准值、相对湿度标准仪进行对比，得出低温、高温下测量相对湿度的结果如表2所示。

表2 不同温度下示值误差

表2中，指示数值误差变化量是高温条件下相对湿度显示值（或低温条件下相对湿度显示值）与精密露点仪相对湿度显示值的误差最大值。由表2数据可知，40%、80%相对湿度测量点下，环境温度对温湿度仪显示的相对湿度值均具有较大影响。在40%相对湿度测量点下，环境温度由10～30 ℃变化过程中，随着温度的增加，对被测温湿度仪的相对湿度显示值影响变小。表明环境温度变化与温湿度仪相对湿度显示值呈负相关，即在环境相对湿度较低时，温度越低，温湿度仪测量的相对湿度显示误差越大；在80%相对湿度测量点下，环境温度由10～30 ℃变化过程中，随着温度的增加，对被测温湿度仪的相对湿度显示值影响变大。表明环境温度变化与温湿度仪相对湿度显示值呈正相关，在环境温度低于常规检定标准温度时，对温湿度仪相对湿度检测值影响更小，即在环境相对湿度较高时，环境温度越高，温湿度仪测量的相对湿度显示误差越大。这可能是由于连接温湿度仪、相对湿度发生器的管道为聚四氟乙烯管道，虽然可以不黏附其他物质且渗透性交底，但是无法防控温度变化对流经管道内部的气流湿度干扰。根据道尔顿分压定律，温度变化会直接导致饱和水蒸气压变化，而饱和水蒸气压对相对湿度具有较大影响，导致不同温度下环境相对湿度测量结果出现变化。

2.2 常温下示值误差

为进一步确定不同温度对相对湿度测量的影响，在常温条件下，以精密露点仪显示数值作为温度标准值、相对湿度标准值，温湿度仪显示数值为测量机，计算15 ℃、20 ℃、25 ℃温度下的相对湿度，得出结果见表3。

表3 常温下示值误差

由表3可知，以精密露点仪显示数值为相对湿度标准值，测得常温下温湿度计指示数值误差存在较大差异。在低湿状态下，15 ℃时，温湿度仪指示数值在-2.9%～-0.8%之间；20 ℃时，温湿度仪指示数值在-0.7%～1.0%之间；25 ℃时，温湿度仪指示数值在0.2%～1.6%之间，均小于低温、高温环境下温湿度仪指示数值误差。而在高湿状态下，15 ℃时，温湿度仪指示数值在-1.7%～0.8%之间；20 ℃时，温湿度仪指示数值在-0.8%～1.0%之间；25 ℃时，温湿度仪指示数值在-3.6%～1.2%之间，均小于低温、高温环境下温湿度仪指示数值误差。表明常温状态下温度对温湿度仪显示相对湿度结果影响程度更小。这可能是由于标准湿度发生器产生湿气通向标准测试室内的管线直接暴露于环境温度，甚至由裸露于外界空气环境的壳体温度传导到传感器壳体，对实际湿度传感器温度造成干扰。此时，即便标准湿度发生器内温度为标准20 ℃，经过管线后进入标准器的气体温度也会与20 ℃存在偏差，而放置于测试室内的标准温度传感器温度是20 ℃，相应数据处理模块处理数据时依据标准20 ℃进行处理，导致输送气体湿度显示值与实际相对湿度值出现偏差。基于此，对于校准条件下的温度环境，不仅需要满足《湿度传感器校准规范》（JJF1076）中的温度环境条件（23 ℃±5 ℃），而且需要根据标准器及配套设备内不确定量值传递影响，在室内安装空调，设定温度处于20 ℃，尽可能缩小检测环境温度与标准湿度发生器测试温度值，最大程度减少温度变化对相对湿度检测数值的干扰。

3 结论

由上述分析结果可知，在环境相对湿度较低时，温度越低，温湿度仪测量的相对湿度显示误差越大。在环境相对湿度较高时，环境温度越高，温湿度仪测量的相对湿度显示误差越大。在15～25 ℃的常温状态下，温度对温湿度仪显示相对湿度结果影响程度较小。因此，在应用温湿度仪检测环境相对湿度时，应尽可能选择环境温度在15 ℃以上、25 ℃以内的时间段，提高环境相对湿度的检测精确度。