精密露點儀標準裝置的性能測試及計量軟件設計

賈軍偉，李紹飛，柴昊，張書鋒，劉展，盧茂

(北京東方計量測試研究所，北京100086)

0 引言

濕度在國防科技工業系統的航天器研制、生產和儲存等方面是一個非常重要的參數［1-3］。在型號任務上，航天器整星、單機產品的科研生產作業現場對濕度的要求極為嚴格。另外，載人航天、長期在軌空間站在濕度控制方面的研究也越來越受到人們的關注。隨著大量精密濕度測量儀器在航天產業上的應用，這些設備的檢定測試任務顯得尤為重要。

濕度標準裝置主要包括濕度發生器、濕度主標準器及作為配套裝置的核查標準。目前，濕度發生器主要分為雙溫雙壓法濕度發生器、雙壓法濕度發生器、雙溫法濕度發生器、分流法濕度發生器、連續型飽和鹽法濕度發生器、滲透管標準濕度發生器等［2，4-7］。濕度標準以冷鏡式精密露點儀為代表，具有準確度等級高、穩定性好、操作方便的特點。作者所在實驗室以2500 型雙壓法濕度發生器配以373 型冷鏡式精密露點儀作為濕度標準，具有良好的穩定性和準確度。

1 標準裝置的構成

露點儀標準裝置采用直接比較法完成對精密露點儀、數字式溫濕度傳感器/變送器、機械式/數字式溫濕度計以及其他濕度測量器具的檢定和校準。將標準露點儀和被檢濕度儀器儀表放置在濕度發生器測試室的有效工作區域內，由濕度發生器提供所需恒定的樣氣，分別由標準露點儀和被檢濕度儀器儀表測量樣氣的溫濕度值，將所得數值進行比較。該裝置主要包括作為主標準的373 型冷鏡式精密露點儀、作為濕度發生器的2500 型雙壓法濕度發生器及作為核查標準的M4 冷鏡式精密露點儀。

圖1 精密露點儀原理圖

冷鏡式精密露點儀原理框圖如圖1所示。露點儀由制冷系統、露(霜)點檢測系統和溫度測量與跟蹤系統三部分組成。用等壓冷卻的方法使被測樣氣中的水蒸氣開始出現結露(霜)時的溫度，即為該樣氣的露(霜)點溫度。再通過一支精密溫度計準確測量該樣氣的溫度，即可算出樣氣的相對濕度值。

2 標準裝置的性能測試

2.1 重復性實驗

選擇溫度為20℃、濕度為50%RH 的典型點作為實驗點，由2500 型濕度發生器提供的穩定的溫濕度環境，以373 型精密露點儀作為主標準，以M4/1311 型精密露點儀作為核查標準，進行n 次(n=10)重復性實驗。實驗數據如表1所示，以實驗標準偏差(公式(1))對其重復性進行考評。結果表明溫度重復性實驗的標準偏差為0.00℃;相對濕度重復性實驗的標準偏差為0.07%RH;露點溫度重復性實驗的標準偏差為0.01℃。

表1 標準裝置重復性實驗數據

2.2 穩定性實驗

選擇溫度為20℃，濕度為50%RH 的典型點作為實驗點，由2500 型濕度發生器提供的穩定的溫濕度環境，以373 型精密露點儀作為主標準，每隔三個月進行一次實驗，一共進行m 次(m=4)實驗，每次實驗記錄n 組(n=10)數據，其實驗數據如表2所示。

表2 標準裝置穩定性實驗數據

每組實驗數據的平均值按照式(2)進行計算:

各組實驗平均值的均值按照式(3)進行計算:

各參數的穩定性評價依據式(4)進行計算:

根據實驗數據計算結果表明:溫度穩定性實驗的標準偏差為0.02℃;相對濕度穩定性實驗的標準偏差為0.33% RH;露點溫度穩定性實驗的標準偏差為0.066℃。

3 軟件設計

基于Labview 軟件平臺［8-10］開發了濕度計量軟件。該軟件可應用于溫濕度表，濕度傳感器等溫濕度儀器儀表的計量工作。程序主要由被檢儀表信息輸入模塊、溫濕度表計量模塊、濕度傳感器計量模塊和報告生成模塊部分構成，實現了多塊被檢儀表并行檢定、并將常用被檢儀表的信息以庫的形式進行存儲，方便檢定時調用，避免重復勞動。結合”LabVIEW Report Generation Toolkit for Microsoft Office”及word 中書簽和域的使用，能應用于各類溫濕度儀表的計量，實現多個被檢溫濕度儀表的批量計量，數據的自動處理、原始記錄和證書的自動生成。程序設計的流程圖如圖2所示。

圖2 溫濕度儀表計量程序流程圖

4 結語

本文對以373 型精密露點儀為主標準器的濕度標準裝置進行了性能研究。結果表明溫度重復性實驗的標準偏差為0.00℃，相對濕度重復性實驗的標準偏差為0.07%RH，露點溫度重復性實驗的標準偏差為0.01℃。溫度穩定性實驗的標準偏差為0.02℃，相對濕度穩定性實驗的標準偏差為0.33%RH，露點溫度穩定性實驗的標準偏差為0.066℃。并基于美國NI 公司的Labview 軟件開發平臺，結合日常濕度計量需求，開發了濕度儀器儀表計量軟件依托程序框架和其中較通用的模塊，可以較方便擴展到其他計量專業的自動化檢定/校準中。

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