赵艳等：密露点仪标准装置飒量不确定度评定 密露点仪标准装置测量不确定度评定 Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆＤｅｗ——Ｐｏｉｎｔ Ｈｙｇｒｏｍｅｔｅｒ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｄｅｖｉｃｅ 赵艳潘国锋 （西北核技术研究所，陕西西安７１０（Ｙ２４） 摘要：介绍了由精密露点仪和恒温恒湿箱等配套构成的湿度标准装置，通过建立标准装置检定湿度仪表的数学模型，分析了影响测量不确定度的多 种因素，对湿度标准装置的总测量不确定度进行了评定。 关键词：湿度标准；精密露点仪；测量不确定度 ０引言 △Ｕ： 一 ６＋△ １ 湿度是一个重要的环境参数，影响着自然界中的许 多物理、化学和生物过程，如材料的腐蚀，气体的热、电、 光和传递方面的特性。湿度测量被广泛应用于金属防 式中：△ 一被检湿度仪表的修正值； 一标准相对 湿度值；Ｕｂ一被检湿度仪表的显示值；ＡＵ 一由于恒温恒 湿箱的湿度场不均匀性对修正值造成的影响。 ２．２标准不确定度分析 腐、环境除湿、气象参数测量等研究领域。湿度测量量值 的准确性不仅依赖于测试技术和实验装置的改进，也依 赖于对测试结果的不确定度分析和对实验过程的评估。 １ 系统构成及检定方法 根据湿度标准不确定度评定要求，在相对湿度为 ６０％ＲＨ，温度为２５％的恒温恒湿箱内，对被检湿度仪表、 实验室湿度标准装置主要由精密露点仪、恒温恒湿 箱、被检湿度仪表等组成。其中恒温恒湿箱用于提供一 露点传感器、精密铂电阻温度计进行重复性测量实验，实 验数据如表２（传感器与被检湿度仪表相对位置紧密，视 ＡＵｌ：０）。 表２实验数据记录及整理结果 标准露点仪。‘ ｌ ２ ３ 个相对稳定的湿度场环境，精密露点仪用于提供相对准 确的湿度量值。各仪器性能指标如表ｌ。 表１仪器各部分性能指标 （℃） ｌ６．９３ １６．８４ １６．８６ 精密铂电阻２５．０ ２４．９ ２４．９ ２４．９ ２４ ９ ２４ ９ 标准相对湿度被检湿度仪表 修正值 （％ＲＨ） △ｕ（％Ｒ∽ ６０．３ ６０ ３ ６０．３ ０ ６ ０ ６ Ｏ．７ 温度计￡（℃）值 （％ＲＨ） ６０．９ ６０．９ ６１．０ ６１．０ ６１ Ｏ ６ｌ ０ ６０．９７ ４ ５ ６ ｌ６ ８６ ｌ６．８６ ｌ６．８６ ６０ ２ ６０ ２ ６０．２ ０．８ Ｏ．８ ０．８ Ｏ．７２ 在校准湿度仪表时，将露点传感器、铂电阻温度计与 被检湿度仪表置于恒温恒湿箱产生的恒湿环境中，通过 将标准精密露点仪测出的相对湿度值与被检湿度仪表的 相对湿度显示值直接比对，得到被检湿度仪表的修正值。 校准方法如图１。 平均值 ｌ６．８７ ０．０３ ２４．９２ ６０．２５ Ｏ．０５ 单次实验 标准偏差 ０．０４ ０．０５ ０．０９ 由数学模型可知，精密露点仪标准装置的不确定度 主要由标准相对湿度值的不确定度分量，被检湿度仪表 显示值引入的不确定度分量，以及恒温恒湿箱湿场不均 匀度引入的不确定度分量构成。其中标准相对湿度值的 不确定度分量由精密露点仪引入的不确定度分量与铂电 阻温度计引入的不确定度分量合成。 （１）标准露点仪引入的标准不确定度ｕ（ ） ①标准露点仪的读数误差 露点仪分辨率为０．１ｑＣ，半宽度为０．０５℃，均匀分 布， 取√３，所以其标准不确定度为： 图１标准装置校准示意图 “（ ）ｌ＝０．０５ ＝０．０２９￣Ｃ ２不确定度评定 ②标准露点仪代入修正值时引入的标准不确定度分 量 ２．１数学模型 被检湿度仪表的修正值的计算公式 由检定证书提供，上一级精密露点仪的扩展不确定 度为０．１５℃，正态分布（ ＝２．５８，ｐ：０．９９），其标准不确 《计量与溺试技术 １０年第３７卷第１２期 定度为： １１，（ ）２＝０．１５／２．５８＝０．０５８ｏＣ “（Ｔ）＝√ （ ）ｌ＋“ （ ）２＋Ⅱ （ ）３＝０．１２７￣（２ （３）标准相对湿度值的不确定度分量ｕ（ ） ③代人修正值时，因不在整检定点时引入的不确定 度分量 标准相对湿度值的计算公式： ｕ（ ）＝ ×１００％ 标准露点仪湿度检定点问隔为１０￣１２，检定时取相近 湿度点的湿度值进行修正，即实际湿度点在与标称值 ，１０ｏｃ的整数倍点）偏差小于５￣Ｃ的范围内，而标准露点 （１） 在进行不确定度分析时，灵敏系数的推导计算可采 用饱和水汽压的简化公式： ｌｏｇｅ ＝（１０．２８６Ｔ一２１４８．４９０９）／（Ｔ一３５．８５） 仪在（Ｏ一３Ｏ）℃范围内的修正值绝对值小于０．２￣Ｃ，均匀 分布，ｋ取√３，则此项标准不确定度分量为： （ ）３＝０．５ Ｘ ０．２Ａ／３＝０．０５８ｏｃ （２） 将式（２）代入式（１），两边取对数，得： ｌｏｇ ＝ｌｏｇｅ（ ）一ｌｏｇｅ（ ） 上述各分量互不相关，则有： 可推出“（ ）、／／，（ｔ）的灵敏系数分别为： ａｕ，－／２，（Ｔｄ）＝√ｕ （ ）ｌ＋ （ ）２＋ｔ／， （ ）３＝ｏ．０８７￣Ｃ （２）铂电阻温度计引入的标准不确定度ｕ（ ） ｌｎｌ０＂ ・ －ｏ．嗍 ①温度计的读数误差 温度计分辨率为０．１℃，极限允许误差为士０．０５℃， 均匀分布，ｋ取√３，所以其标准不确定度为： ／／，（ ）ｌ＝０．０５ ＝０．０２９￣Ｃ ＯＴ 一一１，１ ｎ１０．‘ 。ｕｓ。 ． —（Ｔ ＝一０．０３６３ ｄ一３５．８５） 。… ：一、 相互无关，则有： ②温度计代入修正值时引入的不确定度分量 由检定证书提供，上一级一等标准水银温度计的扩 展不确定度为０．０２￣１２（ｋ＝２．５８，Ｐ＝０．９９），其标准不确定 度为： “（ ）２＝Ｏ．０２／２．５８＝０．００８￣（２ ③温场不均匀引入的不确定度分量 恒温恒湿箱的空间温场不均匀度优于０．６￣Ｃ，三角 分布，ｋ取√３，所以其标准不确定度为： （ ）３：Ｏ．３／４ｇ＝０．１２２￣Ｃ （ √（ 聃（ ） ｕ２（ ０．５７３％ＲＨ （ｕｂ）＝０．５／ｖ３＝０．２８９％ＲＨ （４）被检仪表读数误差引入的不确定度分量ｕ（ ） 被检湿度仪表的分辨率为１％ＲＩ－Ｉ，半宽度为±０．５％ ＲＨ，均匀分布，ｋ取√３，所以其标准不确定度为： （５）湿度场不均匀引入的不确定度分量“（ＡＵ１） ＲＨ，三角分布，ｋ取√６，所以其标准不确定度为： ｕ（，ＳＵ１）＝Ｏ．７５ ＝０．３０６％ＲＨ 恒温恒湿箱的空间相对湿度不均匀性优于１．５％ 上述各分量互不相关，则有： （６）标准不确定度分量一览表 表３标准不确定度分量一览表 （７）合成标准不确定度 上述所分析的各项标准不确定度分量均为不相关 将某一温湿度表在上一级计量单位的校准结果和上 述实验数据进行比较，如表４所示。依据湿度标准不确 量标准不确定度评定结果得到验证。 表４测量标准不确定度评定结果验证表（单位：％ＲＨ） 量，合成标准不确定度为： 定度评定结果的验证要求，显然有Ｉ），口一Ｙ６ Ｉ＜ Ｕ。测 ｕ （ＡＵ）＝√ｔｔ２（ ）＋ｕ （ ）＋ｔｔ２（△ｕ１）＝０．７１１％ＲＨ （８）扩展不确定度 按置信水平Ｐ＝０．９５，取包含因子ｋ＝２。因此扩展 不确定度为： Ｕ＝ｋｕ ＝２×０．７％＝１．４％ＲＨ （下转第５５页） ３结果验证 张翼飞等：球冲型漉量计仪表系数的确定方法 调大了就是调小了，很耽误时问。我们说这种方法是在 没有其他办法的时候才用的，下面我们介绍一种非常简 单而且实用的方法。 一式中：，ｖ一被检表在ｚ时间内产生的脉冲个数，个； 被检流量计目前的仪表系数，ｌ／Ｌ； 我们既然推算出了被检表在ｔ时间内发出的脉冲个数， 那么我们根据公式（１）就可以算出被检表新的仪表系数。 通过以上三种方法的介绍我们可以看出在实验室检 定时最好的办法还是第三种办法。第三种方法貌似看起 来很复杂实则不然，我们可以利用ＥＸＣＥＬ表格的公式功 能将推算过程编辑好。使用时只需将标准器测得的时问 、３．３利用仪表系数的定义推导出我们想要的新的仪表 系数 根据公式（１）我们知道我们要求得仪表系数 ，我们 已知标准器体积 。因此我们要根据被检表输出的模拟 量值，算出被检流量计在 时间内发出的脉冲个数Ⅳ。 根据公式（４）我们可以计算出被检表流量ｑ。 ，一４ ｑ －２０４ｑｍａｘ＿被检表流量ｑ以及被检流量计旧的仪表系数 输人 ，．、 Ｌ４ 到表格内，我们想要的Ｋ值就出来了非常简单方便。 ４总结 式中：口一被检表流量值，ｍ３／ｈ； ｑｍａｘ～被检表量程，ｍ３／ｈ。 通过以上的论述，我们可以看出针对标准表法水流 量标准装置以及脉冲型流量计我们的新方法是非常实用 计算出被检流量计在ｔ时间内测得的体积量 ，由 下列公式（５）可以得到 ＝ 的。新方法结合实际情况以及ＥＸＣＥＬ表格的功能将问 题简单化实用化了，也为国内使用标准表法水流量标准 装置的同行提供了很好的借鉴。 作者简介：张翼飞，男，助理工程师。工作单位：中国海洋石油总公司计量 检测中心。通讯地址：３００４５２天津市塘沽区渤海石油路６８８号５９５信箱建 造公司调试部。 宋来刚，黄琴，中国海洋石油总公司计量检测中心（天津３００４５２）。 收稿时间：２０１０—０８—２６ （５） 式中： 一ｔ时间内被检表测得的体积量，Ｌ； ￡一标准器测得的时问，秒。 根据公式（６）计算出被检流量计发出的脉冲个数Ⅳ。 Ｎ＝ （６） （上接第５２页） ４结束语 ［３］李占元，易洪，任长青．精密露点仪测量相对湿度的不确定度分析 ［Ｊ］．现代计量测试，２ＯＯ２（２）． 在湿度标准装置ｉ贝０量不确定度的评定过程中，标准 露点仪、铂电阻温度计、被检湿度仪表以及恒温恒湿箱是 测量不确定度的主要来源，其中由湿度场不均匀引入的 不确定度分量最大。经计算，湿度标准装置的扩展不确 定度为１．４％ＲＨ，能够校准极限允许误差为±２％ＲＨ以 下的电子湿度仪表。 参考文献 ［４］马延平，陈振林，蒋志忠，等．影响冷镜式露点仪测量准确度因素分 析及解决方法研究［Ｊ］．仪表技术与传感器，２００６（９）． ［５］傅兴天，张学范，崔剑，等．光电露点仪湿度测量的误差分析［Ｊ］．化 学分析计量，２ｏ０９（２）． ［６］叶桂珍，姚唯建，胡巧明．露点仪示值误差测量不确定度的评定 ［Ｊ］．广东电力，２００４（６）． ［７］ＪＪＧ１０７６—２００１．湿度传感器校准规范． 作者简介：赵艳，女，助理工程师。工作单位：西北核技术研究所。通讯地 址：８４１７００乌鲁木齐２１信箱１５８分箱。 潘国锋，西北核技术研究所（西安７１００２４）。 收稿时间：２０１０—０８—１０ ［１］叶德培．测量不确定度［Ｍ］．北京：国防工业出版社，１９９６． ［２］张玲．温湿度表检定结果的测量不确定度评定［Ｊ］．中国计量，２００７ （８）． （上接第５３页） 表５ 确度可能更会大大降低。 总之通过实验数据我们可以得到，即使使用经实验 室已经检定合格的测量仪表，在有些复杂的测试环境中 去使用，可能由于测试环境（电源质量）不同，其自身测量 准确度也会大大降低，所用仪表就有可能不能满足实际 可以看出加入谐波后，其相对误差值变化量非常大。 以上数据我们是以谐波为主要考虑的影响量所得到数 据，有些被测源可能更加复杂，不仅有谐波，可能还有间 测试需求，因此我们在实际工作中一定要注意这一点，在 测量结果中也一定要考虑到这种情况所造成的影响。 作者简介：倪大志，男，工程师。工作单位：计量测试研究院。通讯地 址：８３００１１乌鲁木齐市北京南路４１）号附９号。 收稿时间：２０１０—０９—１４ 谐波、闪变、干扰等。那可以肯定其测试结果数据可能相 差会更大，如果在此环境中去测量，万用表此时的测量准
