DHC2型濕度傳感器檢定若干注意事項(xiàng)

王生鵬，安力珺，馬 軍，張曉平，鄭 明

（1.青海省大氣探測技術(shù)保障中心，青海 西寧810000；2.格爾木市氣象局，青海 格爾木816000；3.青海省氣象服務(wù)中心，青海 西寧810000）

1 引言

濕度傳感器作為測量環(huán)境濕度參數(shù)的一種重要設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)氣象站。現(xiàn)今科研、農(nóng)業(yè)、水利、交通、航空航天、電力、醫(yī)療等部門，對環(huán)境濕度的監(jiān)測和控制已成為較為普遍的技術(shù)條件之一。對于許多生產(chǎn)生活及工藝，濕度是一個(gè)基本、重要的參數(shù)。在安全生產(chǎn)、工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)中，濕度也會(huì)產(chǎn)生至關(guān)重要的影響[1]。但在常規(guī)的氣象環(huán)境參數(shù)中，濕度量受溫度、風(fēng)速、大氣壓強(qiáng)等多重因素的影響，是一個(gè)復(fù)雜、較難準(zhǔn)確測量的量。

筆者們將結(jié)合近年來的日常業(yè)務(wù)工作，探討青海省自動(dòng)氣象臺(tái)站普遍使用的DHC2型濕度傳感器檢定工作中注意的幾點(diǎn)問題，以便選取性能、觀測質(zhì)量好的濕度傳感器，更好地服務(wù)社會(huì)和人民。

2 結(jié)構(gòu)與原理

2.1 外形結(jié)構(gòu)

DHC2型濕度傳感器的外形結(jié)構(gòu)如圖1所示，輸出的M12插頭如圖2所示。

2.2 工作原理

當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，濕敏電容通過LC振蕩電路后，輸出變化的頻率信號，頻率信號隨著濕敏電容的容量變化而變化。

通過CPU測量、計(jì)算、補(bǔ)償、修正后，再通過D/A轉(zhuǎn)換后進(jìn)行輸出。然后通過線性放大器將相對濕度輸出信號調(diào)整為0～1 V，對應(yīng)相對濕度為0%RH～100%RH。信號處理電路組成如圖3所示[2]。

3 檢定方法

3.1 檢定條件

調(diào)溫調(diào)濕箱的濕度范圍保持在10%RH～95%RH之間，溫度保持在-30～+50℃之間，波動(dòng)度為1.5%RH（-10以上），均勻度為1.5%RH。實(shí)驗(yàn)環(huán)境的室內(nèi)溫度保持在18～22℃之間，室內(nèi)濕度保持在26%RH～34%RH之間。

圖1 DHC2型濕度傳感器的外形結(jié)構(gòu)圖

圖2 輸出M12插頭示意圖

圖3 信號處理電路組成框圖

3.2 檢定前的準(zhǔn)備工作

按照精密露點(diǎn)儀的使用說明要求，將標(biāo)準(zhǔn)傳感器與露點(diǎn)儀相連；將被檢DHC2型濕度傳感器按照檢定規(guī)程的要求，和掃描開關(guān)、數(shù)據(jù)采集器相連接；檢定工作開始前，在調(diào)溫調(diào)濕箱中水平放置被檢濕度傳感器和標(biāo)準(zhǔn)器。打開電源開關(guān)，將所有設(shè)備儀器預(yù)熱穩(wěn)定30 min后再開始檢定。分別讀取記錄傳感器檢定開始前和結(jié)束后實(shí)驗(yàn)環(huán)境參數(shù)，用讀取的始末兩次環(huán)境參數(shù)的平均值作為檢定時(shí)的環(huán)境參數(shù)，并填寫到檢定記錄表中[3]。

4 檢定中的若干注意事項(xiàng)

為了確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，減少不確定度來源。檢定工作開始前進(jìn)行如下工作：①檢查被檢傳感器外型、結(jié)構(gòu)是否完好，表面不應(yīng)有明顯的凹跡、劃痕、變形、裂縫等，表面涂層不應(yīng)有龜裂、脫落、起泡等現(xiàn)象，金屬器件不應(yīng)有大面積銹蝕及機(jī)械損傷[2]。②檢查檢定裝置的水箱，水位是否達(dá)到箱體正常工作的刻度要求。否則蒸汽發(fā)生器不升溫、高濕點(diǎn)濕度值達(dá)不到箱體設(shè)定的要求。③在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，靠近濕度檢定箱中心點(diǎn)位置的濕度傳感器的測量示值誤差越小，濕度檢定箱四周邊緣的傳感器的測量示值誤差相對偏大。主要是因?yàn)閭鞲衅鞯臄[放位置超出了其工作有效區(qū)間[4]。④注意在檢定過程中將氣泵的氣管和標(biāo)準(zhǔn)器的探頭水平放置在溫濕度檢定箱的中心位置，并且保證標(biāo)準(zhǔn)器的探頭與所有傳感器頭部的擺放位置同高并互不相碰影響。標(biāo)準(zhǔn)器與被檢儀器置于溫濕度檢定箱工作區(qū)的有效位置內(nèi)，放置的傳感器不宜過多，防止影響檢定箱體內(nèi)的空氣循環(huán)。檢定箱的工作室應(yīng)保證一定的氣密性，且不得放置潮濕或強(qiáng)吸濕性材料。打開電源開關(guān)30 min后再開始檢定[5]。⑤在檢定過程中切勿為了提升工作效率，一次性放置過多的傳感器，影響箱內(nèi)的空氣循環(huán)，進(jìn)而影響傳感器測量示值的準(zhǔn)確性。⑥確保檢定時(shí)的環(huán)境達(dá)到要求，工作溫度保持在-40～60℃之間，相對濕度保持在-10%RH～100%RH之間，大氣壓強(qiáng)保持在450～1 060 hPa之間，減少因?yàn)榄h(huán)境造成的誤差，保證檢定、校準(zhǔn)結(jié)果可靠。⑦結(jié)合自動(dòng)氣象站濕度傳感器檢定規(guī)程的要求，濕度傳感器的檢定點(diǎn)選擇順序?yàn)?0%RH、40%RH、55%RH、75%RH、95%RH、95%RH、75%RH、55%RH、40%RH、30%RH。

5 數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理

5.1 傳感器穩(wěn)定時(shí)間與測試次數(shù)

在檢定濕度傳感器時(shí)，如果過程穩(wěn)定的時(shí)間太長，則整個(gè)檢定過程所需的時(shí)間較長，且由于檢定箱濕度場不穩(wěn)定性的存在，即使穩(wěn)定的時(shí)間再長，也會(huì)出現(xiàn)個(gè)別的數(shù)值超出最大允許誤差范圍的情況。

所以，在規(guī)定的條件下，達(dá)到相對穩(wěn)定的狀態(tài)，傳感器可進(jìn)行讀數(shù)，其讀取測得值時(shí)依據(jù)自動(dòng)氣象站濕度傳感器檢定規(guī)程進(jìn)行。

5.2 數(shù)據(jù)采集方法

先根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)定溫濕度檢定箱的溫度值，達(dá)到設(shè)定值并穩(wěn)定后，按選定的檢定點(diǎn)設(shè)置檢定箱的濕度值并進(jìn)行濕度傳感器的檢定，濕度示值設(shè)置為先低濕點(diǎn)逐步升到高濕點(diǎn)，再從高濕點(diǎn)降至低濕點(diǎn)。調(diào)整檢定箱濕度值過程中，必須保持其濕度變化一樣的趨勢。即在檢定降濕的過程中，不能有升濕的現(xiàn)象和趨勢。同樣，在檢定升濕的過程中，不能有降濕的現(xiàn)象和趨勢[3]。

當(dāng)檢定調(diào)溫調(diào)濕箱濕度值達(dá)到設(shè)定示值，波動(dòng)值不超過±1.5%RH時(shí)，傳感器的檢定工作開始，按一定的時(shí)間間隔采集一次標(biāo)準(zhǔn)器的示值和被檢濕度傳感器示值，等間隔時(shí)在每個(gè)檢定點(diǎn)讀取3次數(shù)據(jù)。其后每個(gè)檢定點(diǎn)的數(shù)據(jù)讀取方法及穩(wěn)定時(shí)間和上一個(gè)檢定點(diǎn)相同，每檢定完一個(gè)點(diǎn)，調(diào)到下一個(gè)檢定點(diǎn)。

5.3 測量數(shù)據(jù)的處理與分析

5.3.1 誤差計(jì)算

用3次被檢濕度傳感器輸出值的平均值，作為檢定點(diǎn)的測量值，用3次精密露點(diǎn)儀測量值的平均值加上修正值作為標(biāo)準(zhǔn)值。測量值減去標(biāo)準(zhǔn)值，得出被檢濕度傳感器的示值誤差，計(jì)算公式為[2]：

式（1）中：ΔHi為測量誤差，%RH；為被測值；為標(biāo)準(zhǔn)值。

傳感器的修正值公式為：

式（2）中：C為被檢傳感器的修正值；－ΔHi為被檢濕度傳感器在檢定點(diǎn)上的測量誤差的相反數(shù)，%RH。

已修正的測得值公式為：Xc=ΔHi+C。

5.3.2 結(jié)果處理

在正、反行程各檢定點(diǎn)上被檢濕度傳感器的示值誤差都滿足規(guī)范中技術(shù)規(guī)定時(shí)，視為檢定結(jié)果合格，其中小于等于80%RH時(shí)，最大允許誤差為±4%RH；大于80%RH時(shí)，最大允許誤差為±8%RH。在檢定過程中一點(diǎn)或多點(diǎn)檢定點(diǎn)示值誤差不能滿足規(guī)范技術(shù)規(guī)定時(shí)，此傳感器視為不合格。檢定不合格的傳感器，需要進(jìn)行微調(diào)或是修整，經(jīng)過調(diào)整、修理后的傳感器需重新按照規(guī)程的要求進(jìn)行檢定，檢定后仍不合格的做不合格處理[5]。

6 結(jié)束語

文章對DHC2型濕度傳感器的工作原理以及檢定過程中需要注意到的問題進(jìn)行了說明。DHC2型濕度傳感器是目前青海省自動(dòng)氣象臺(tái)站普遍使用的濕度傳感器設(shè)備，今后在開展計(jì)量檢定的工作時(shí)，要認(rèn)真負(fù)責(zé)，將實(shí)際工作與相關(guān)技術(shù)規(guī)范相結(jié)合，準(zhǔn)確、科學(xué)地操作，確保檢定結(jié)論的正確性，在實(shí)際工作中提供更精確的數(shù)值。