阻容式湿度计的校准20100222.doc

阻容式湿度计的校准与修正

任长青 李占元 易洪
（中国计量科学研究院 ，北京，100013）

摘要：湿度测量已经越来越广泛地应用于我们的生产和生活中，作为湿度测量仪器——湿度计的准确与否直接影响我们的生产和日常生活，所以湿度计的准确测量显得优为重要。本文介绍了阻容式湿度计的校准方法，以及针对某些示值误差超差的湿度计，介绍了两种修正方法——硬件修正方法和软件修正方法，供计量工作者参考。
关键词：湿度计；校准；示值误差；修正

阻容式温湿度计广泛应用于实验室、博物馆、卫生检疫、食品和粮食仓储、烟草行业、造纸和纺织等生产过程中相对湿度的测量,测量结果的准确与否直接影响我们的生活质量和生产安全。
阻容式湿度计的测量原理是根据湿敏元件的电阻或电容随环境湿度的变化而发生有规律变化制成的，并且满足湿度——电阻（或电容）特性可逆这一基本条件，同时具有良好的重复性。
目前多数生产厂家将湿度计的出厂示值误差定为±2%RH或±3%RH,但由于阻容式湿度计采用的是湿敏元件，在使用过程中会受到环境的影响导致测量结果的示值误差偏大，有时会大于±5%RH以上,从而在实际应用中产生不良影响。比如，在纺织品生产过程中，有的生产车间相对湿度的变化要求在±5%RH以内，（例如变化区间在60%RH -65%RH之间），如果因湿度计测量的不准确使湿度测量误差超过这个范围，就会导致纺织纤维的回潮率、强力、伸长度等的变化，从而影响纺织品的生产。在卷烟生产过程中也存在类似的情况。
在食品、文物保管等领域，相对湿度测量的不准确亦会导致食品变质，文物受损等现象发生。因此，湿度测量的准确性在众多领域起着至关重要的作用，而湿度计本身的高准确度直接影响湿度测量的准确性，这就要求我们计量部门在湿度计的计量过程中对其示值误差进行科学的和严谨的修正。
修正前,首先要对湿度计进行校准实验，确定其示值误差。然后对示值误差偏大(大于出厂指标)的，进行示值误差的修正，对于没有修正功能的湿度计，建议进行修理或更新。
1．阻容式温湿度计的校准
1.1使用的设备
湿度发生器：SRH-3MC135ADR型分流式湿度发生器
湿度标准器：M4-D2型精密露点仪(扩展不确定度:0.1℃（k=2）)。
1.2校准方法
将被校准的温湿度计传感器和标准露点仪的露点、温度传感器放入湿度发生器的测试室内，并密封好。将湿度发生器设定在某一温度（一般为20℃或25℃），当温度平衡后，在10%RH到90%RH 的湿度范围内，选择几个湿度校准点，记录校准结果，并计算每个校准点下湿度计的示值误差。
2.湿度计示值误差的修正
目前，湿度计的生产厂家比较多，可以进行误差自修正的湿度计也比较多，有通过硬件调节的，有通过软件进行修正的，下面我们就分别举例进行说明。
2．1通过硬件调节进行示值误差的修正
一般情况下是进行双点校准，通过湿度计上的两个电位器来实现，一个进行低湿端（35%RH以下）的修正，一个是对高湿端（75%以上）进行修正，下面就以VAISALA的HM34C(编号为2740030，出厂标称示值误差为±2%RH)型温湿度计为例进行说明。
修正前测试结果：
表1
测试点

1
2
3
4
湿度标准值U1（%RH）
21.5
41.8
61.0
79.7
湿度计示值U2（%RH）
21.0
39.8
57.2
74.9
示值误差
ΔU= U2- U1（%RH）

-0.5

-2.0

-3.8

-4.8
由表1可以看到,该湿度计在低湿端示值还好，高湿端最大示值误差为-4.8%RH,远大于标称值,所以我们就在高湿端对其进行修正:将湿度发生器设定为80%左右,将该温湿度计置于其中,密封好待平衡后参照标准露点仪的示值，调节湿度计侧面的“WET”电位器与露点仪示值相近，调节完毕后重新测试结果如下：
修正后测试结果：

表2
测试点

1
2
3
4
5
6
7
8
9
湿度标准值U1（%RH）
10.2
21.2
31.1
41.8
51.4
61.2
70.8
79.9
88.9
湿度计示值U2（%RH）
10.0
21.1
31.1
41.5
50.5
60.1
70.2
78.4
90.4
示值误差
ΔU= U2- U1（%RH）
-0.2
-0.1
0.0
-0.3
-0.9
-1.1
-0.6
-1.5
-1.5
由表2可以看到，修正后最大示值误差为-1.5%RH(修正前-4.8%RH)，通过进行示值误差修正，湿度计的测试结果完全符合出厂时的指标要求。
2．2通过软件调节进行示值误差的修正
不同厂家的湿度计通过软件进行修正的方法略有不同，下面我们以瑞士Rotronic公司生产的HygroPalm1主机配Hygroclip S型传感器（出厂标称示值误差±1.5%RH）为例进行说明。该类温湿度计可以进行单点修正，亦可以进行两点或多点修正，我们这里分别以单点和两点修正方式举例说明。
2.2.1单点修正：
我们选择单点----删除
50%RH左右对温湿度传感器（传感器编号为39823179）进行湿度修正。
将湿度标准器和被校温湿度传感器放置于分流法湿度发生器的测试室，调节湿度发生器产生50%RH左右的湿度环境，待平衡后根据湿度标准器的示值对温湿度传感器进行修正，步骤如下：
1．选择被校准的传感器(单通道或多通道)；
2．按MENU键进入菜单，按UP/DOWN键选择ADJUST 1.PT；
3．按ENTER键进入单点校准；按UP/DOWN键选择校准项目（这里我们选择HUMIDITY）；
4． 按增加
ENTER键确认，此时显示的是校准前的湿度值，根据校准的环境条件，用 UP/DOWN键选择标准的湿度值；
5． 按增加
ENTER键确认，提示：“SURE？”；
6.校准，再次按ENTER键，提示：“WAIT”，之后，校准完成，提示：“ ADJUST OK”；否则，按MENU键退出校准，返回上一级菜单。
修正前测试结果：
表3
测试点

1
2
3
4
5
6
7
8
9
湿度标准值U1（%RH）
9.3
20.0
30.7
41.0
51.0
60.1
68.9
77.9
86.7
湿度计示值U2（%RH）
11.2
21.8
32.2
42.2
52.2
61.4
70.2
79.3
87.8
示值误差
ΔU= U2- U1（%RH）
+1.9
+1.8
+1.5
+1.2
+1.2
+1.3
+1.3
+1.4
+1.1

由表3可以看到校准前在10%------90%范围内被测湿度计的示值整体偏高，，最大示值误差是+1.9%RH。

修正后测试结果：
表4
测试点

1
2
3
4
5
6
7
8
9
湿度标准值U1（%RH）
10.7
20.2
31.0
41.1
50.9
60.3
68.8
77.6
86.0
湿度计示值U2（%RH）
10.7
20.6
30.8
41.1
50.9
60.3
68.8
77.5
85.9
示值误差
ΔU= U2- U1（%RH）
0.0
+0.4
-0.2
0.0
0.0
0.0
0.0
-0.1
-0.1

由表4可以看到修正后在10%------90%范围内湿度最大示值误差是+0.4%RH。修正后的示值误差明显变小，在±0.5%RH以内。如下图：

图1.修正前后示值误差对比
2.2.2双点修正：
被校准的温湿度传感器编号为39823063
步骤与单点修正方法类似，只是将单点修正改为双点修正：在20%RH 和70%RH 两个湿度点进行。
修正前测试结果：

表5
测试点

1
2
3
4
5
6
7
8
9
湿度标准值U1（%RH）
9.3
20.0
30.7
41.0
51.0
60.1
68.9
77.9
86.7
湿度计示值U2（%RH）
11.2
21.5
32.0
41.6
51.8
60.9
69.8
79.6
88.5
示值误差
ΔU= U2- U1（%RH）
+1.9
+1.5
+1.3
+0.6
-0.2
+0.8
+0.9
+1.7
+1.8

由表5可以看到校准前在10%------90%范围内，被测温湿度计的示值在两端时的示值误差比较大，湿度计最大示值误差是+1.9%RH，大于出厂标称值，应对其进行修正。
修正后测试结果：
表6
测试点

1
2
3
4
5
6
7
8
9
湿度标准值U1（%RH）
10.5
20.1
30.9
41.2
51.2
60.3
69.1
78.0
86.0
湿度计示值U2（%RH）
10.3
20.4
30.5
41.1
51.0
60.3
69.0
78.0
86.0
示值误差
ΔU= U2- U1（%RH）
-0.2
+0.3
-0.4
-0.1
-0.2
0.0
-0.1
0.0
0.0

由表6可以看到校准后在10%------90%范围内湿度最大示值误差是+0.4%RH。校准后的误差在±0.5%RH以内，如下图。

图2修正前后示值误差对比

结论
由以上的例子可以看出，阻容式温湿度计测试结果发生漂移后，是可以通过修正（软件或硬件）使测试结果达到理想状态的。因此，作为计量部门，在日常的工作中我们要尽量对客户送检的示值误差较大的湿度计进行修正，以保证其在实际工作中获得准确的测量结果。

参考文献：
1. 李英干、范金鹏，湿度测量，北京，气象出版社，1990
2. JJF1076-2001，湿度传感器计量校准规范
3. 王维峰，数字式温湿度计的校准及测量不确定度评定，计量学报，2007(z1)
4．李占元等.分流法湿度发生器的设计原理.现代计量测试,2001(5)
5. JJG2046-1990，湿度计量器具检定系统

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