双温法温湿度标准箱温度及湿度的均匀度.pdf

13国内统一刊号 CN31-1424TB2023/3 总第298期双温法温湿度标准箱温度及湿度的均匀度邬昕 蒋厚庸 庄炜杰/上海市计量测试技术研究院摘要温湿度标准箱是温度、湿度仪器仪表检定或校准的发生装置。温湿度标准箱有较高的技术要求，涉及多方面因素联动控制，箱体内温度场、湿度场较为复杂。该文通过试验研究温湿度标准箱温度及湿度的均匀度，为校准工作提供数据支撑。关键词温湿度标准箱；均匀度；温度；湿度0 引言温湿度标准箱是温湿度计、通风干湿表、烟气含湿量测量仪、热指数仪等仪器温湿度检定或校准的发生装置。目前，国内温湿度计计量校准需求日益增加，温湿度标准箱的生产数量呈爆发式增长。不同工作原理的温湿度标准箱主要包括双温法温湿度标准箱、调温调湿法温湿度标准箱、干湿分离法温湿度标准箱。JJF 15642016温湿度标准箱校准规范规定了温湿度标准箱温度、湿度参数在均匀性、波动度、每分钟变化率等方面的技术要求。温湿度标准箱涉及温度、湿度、通风、制冷及控制等多方面因素，箱体内温度场、湿度场较为复杂。本文通过试验，将温湿度探头放置在双温法温湿度标准箱的不同位置，对箱体内温度场、湿度场的均匀度进行研究。1 工作原理与校准方法1.1 双温法温湿度标准箱的工作原理双温法温湿度标准箱有两个温度，分别是水箱温度和箱体内的空气温度1。箱体内空气温度高于水箱温度，借助水箱内相对低温的风吹出，形成湿气。因相对湿度、水箱温度及箱体内空气温度三者呈函数关系，通过制冷或加热水箱温度、箱体内的空气温度，使得水箱温度和箱体内的空气温度分别达到设定值，实现调控标准箱内相对湿度的目的。加湿过程和温度调控过程交替进行，周而复始，使得标准箱内温度、湿度恒定在设定值2。双温法温湿度标准箱温湿度技术成熟，箱体工作区域内没有通风盲区，气流稳定、均匀，风速小于 0.15 m/s，保证了良好的均匀性和稳定性。在操作孔进行操作时，也能保证箱体内温湿度稳定3。1.2 校准方法JJF 1564-20164规定了温湿度标准箱在校准过程中，选取底层和中间层两个面进行布点，除中心点外每个点距离箱体角落的长度和宽度均为 8 cm。在 20 下校准湿度为 40%RH、60%RH 和 80%RH；温度校准点一般为 15、20、30，校准时温度和湿度都按从低到高的顺序进行，标准箱达到稳定后等待 30 min 开始记录数据，每间隔 20 s 记录一组数据，每个数据点记录 90 组数据5。温湿度标准箱波动度、均匀度、每分钟变化率的技术要求如表 1 所示。温湿度标准箱校准探头布点如图 1 所示6。表 1 温湿度标准箱的技术要求项目温度湿度波动度 0.2 0.8%RH均匀度 0.3 1.0%RH变化率 0.2 /min 0.8%RH/min图 1 温湿度标准箱校准探头布点14国内统一刊号 CN31-1424TB2023/3 总第298期2 试验与结果分析2.1 试验设计与参数选择根据 JJF 15642016，温度均匀度、湿度均匀度的计算方法可用式（1）（2）计算：Tn=max（|Tn0-Tnj|）（1）式中：Tn 第 n 时刻中心位置与其他布点位置的温度之差的最大值，；Tn0 第 n 时刻中心位置的温度值，；Tnj 第 n 时刻，第 j 位置的温度值，Hn=max（|Hn0-Hnj|）（2）式中：Hn 第 n 时刻中心位置与其他布点位置的湿度之差的最大值，%RH；Hn0 第 n 时刻中心位置的湿度值，%RH；Hnj 第 n 时刻，第 j 位置的湿度值，%RH本文拟选用某厂家某型号温湿度标准箱，进行多次试验研究，研究箱体内温度、湿度的均匀性。选用的温湿度标准箱，送风、回风口均位于箱体两侧，不处在温湿度测量探头的摆放位置上。理想状态下，箱体内温度场、湿度场稳定，空气流通且无送风死角，均匀度应趋近于 0。实际工作中，箱体内各点温度、湿度均不一致，有一定的均匀度。拟研究箱体内不同位置温度、湿度的均匀度变化规律，分别为 距 离 角 落 8 cm8 cm、10 cm10 cm、15 cm 15 cm、20 cm20 cm。分别在 15、20 和 30 三 个 温 度 测 量 点，以 及 20 条 件 下 40%RH、60%RH 和 80%RH 三个湿度点进行多次试验，找出箱体内不同位置温度、湿度的均匀度的变化规律。2.2 试验结果温湿度标准箱的均匀度本身存在不同，本文所有试验结果仅限于双温法温湿度标准箱，且送风、回风口均位于箱体两侧，不处在温湿度测量探头的摆放位置上。列举两台温湿度标准箱在不同温度测试点布点位置温度均匀度的试验数据（从左至右分别是 15、20 和 30），如表 2 所示。表 2 箱体内不同位置温度均匀度的变化规律布点位置/cmcm温湿度标准箱 A 均匀度/温湿度标准箱 B 均匀度/880.170.090.080.230.250.3010100.170.090.080.220.250.2915150.160.090.080.210.240.2920200.150.080.080.210.230.2820 条件下不同湿度测试点，布点位置湿度均匀度的试验数据（从左至右分别是 40%RH、60%RH和 80%RH），如表 3 所示。表 3 箱体内不同位置湿度均匀度的变化规律布点位置/cmcm温湿度标准箱 A 均匀度/%RH温湿度标准箱 B 均匀度/%RH880.20.61.00.91.01.010100.20.61.00.91.01.015150.20.50.90.81.00.920200.20.50.80.80.90.9选用不同厂家其他型号的温湿度标准箱进行多次试验，结合表 2、表 3 数据可知，当温湿度探头不放置在出风口且温度、湿度的均匀度数值较大时，探头离箱体角落的距离是校准规范距离的 2 倍，温湿度箱的温度均匀度提升不超过 0.01，相对温度均匀度的最大允许值 0.3 仅占 3%；温湿度箱的湿度均匀度提升不超过 0.1%RH，相对湿度均匀度的最大允许值 1.0%RH 仅占 10%，但有效使用面积仅为标准规范距离的 64%。当温度、湿度的均匀度数值较小时，均匀度数值几乎不随着探头离箱体角落的距离增大而改变。3 结语通过上述实验可知：双温法温湿度标准箱温度均匀度、湿度均匀度较为恒定，均匀度数值较小时，其数值几乎不随着探头离箱体角落的距离增大而改变；均匀度数值较大时，减小温湿度标准箱 36%的使用面积，温度、湿度的均匀度数值减小有限；调温调湿法、干湿分离法等其他类型的温湿度标准箱，温度、湿度的均匀度仍然有待研究。参考文献1 崔体运，张文东，沈淘淘，等.一种双温法温湿度检定箱的探讨J.计测技术，2016，36（6）：51-53.2 崔体运，张文东，沈淘淘，等.温湿度检定箱的自控装置J.上海计量测试，2015，42（6）：5-7.3 杨新光，高新愿，聂黄燕.温湿度检定箱常见工作原理及技术性能分析J.工业计量，2022，32（4）：10-11+14.4 张文东，崔体运，沈淘淘，等.JJF 15642016温湿度标准箱校准规范解读J.中国计量，2017（3）：130-132.5 沈淘淘,崔体运.温湿度检定箱的湿度均匀度与波动度的测试方法J.上海计量测试，2014，41（3）：34-36.6 沈淘淘，张文东，崔体运.提高温湿度标准箱的温度均匀度和波动度研究J.中国计量，2022（7）：59-62.Study uniformity of temperature and humidity by dual-temperature method standard boxWu Xin，Jiang Houyong，Zhuang Weijie（下转第 18 页）18国内统一刊号 CN31-1424TB2023/3 总第298期的幅度比 gH=UHE。计算 gHgm，若 gHgm 0.707，则频率 fH满足上限频率。9）以 f 为参考点，降低信号频率至下限频率 fL（可采集直流信号的数据采集系统，其通道下限频率fL=0）。在其他条件不变的情况下，给系统输入信号，启动采集，记录通道采集数据。10）求出测得的正弦波信号幅度 UL，计算出新的幅度比 gL=ULE。计算 gLgm，若 gLgm 0.707，则频率fL满足下限频率。11）切换通道和量程，重复执行上述操作。12）对于可进行有效值测量的数据采集系统，直接测量其 Um、UH、UL，并计算 gHgm、gLgm，判断符合性。4 结语本文基于相关国家规范，结合飞机结构动强度试验中的需求对数据采集系统的计量校准项目进行了研究分析，并给出了结构动强度试验数据采集系统计量校准的项目和对应的校准方法。在实际计量工作中，同一种设备在不同的场景中往往会有不同的计量需求，但在同类使用场景的设备，可按本文思路进行校准项目梳理，进而编制内部校准方法，相较于完全参照国家规范能够科学而合规地节省大量资源。参考文献1 梁志国，方军.数据采集系统动态特性的总体评价J.航空计测技术，2000（4）：17-19.2 黄晓龙，尧建平，孙向丽.飞机结构强度试验数据采集系统校准方法J.计量与测试技术，2022（5）：14-16.3 中国航空工业总公司第三四研究所.JJF 10481995 数据采集系统校准规范S.北京：中国计量出版社，1995.4 全国电磁计量技术委员会.JJG 6232005 电阻应变仪S.北京：中国计量出版社，2005.5 丁鼎，杜天鋆，符堃.基于数据采集系统的采集速率对测量准确度的影响J.上海计量测试，2019，46（4）：26-28+32.6 肖天雷.数据采集系统通道间串扰的校准方法J.上海计量测试，2017，44（6）：18-20+23.7 钟金德.动态电阻应变仪原理、检定及维护J.科技创新与应用，2014（3）：77-78.8 梁志国，孙璟宇.对动态有效位数评价中几个问题的讨论J.工业计量，2000（S1）：248-250.Calibration method for aircraft dynamic strength test data acquisition systemHuang Xiaolong，Yao Jianping，Sun Xiangli（Aircraft Strength Research Institute of China;National key Laboratory of Strength and Structural Integrity）Abstract:The data acquisition system is used to measure the strain in the structural dynamic strength test.This paper analyzes the metrological characteristics of the data acquisition system based on the test requirements and the national calibration specifications,recommends the metrological calibration items and gives the corresponding calibration methods.Key words:data acquisition system;calibration;dynamic;metrological characteristics（Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology）Abstract:Temperature and humidity box is a temperature and humidity instrument verification or calibration generation device.It has high technical requirements,involving linkage control of many factors,which temperature field and humidity field in the box are complicated.In this paper,the uniformity of temperature and humidity in the box is studied by experiment,which provides data support for the calibration work.Key words:temperature and humidity box;uniformity;temperature;humidity（上接第 14 页）