温湿度一体校准仪现场在线校准方法
    

摘要:便携式温湿度校准仪具有现场在线、温湿度同时测量校准功能,主要用于大中型环境监控系统温度和湿度的现场校准。由于国内对于温湿度一体传感器同时测量和现场在线测量没有专门的标准或规范,本文主要针对试用过程中,测量校准方法和经验进行分析研究,论述在线温湿度一体同时测量校准的基本方法,利用温湿度的关系提高湿度发生器效率的方法,被测值的稳定判断与读取方法。按照这些方法,可保证正确的测量数据,提高约一倍的工作效率,有效的完成现场在线测量校准。对于同类温湿度校准仪的使用也具有借鉴意义。

关键词:温湿度一体校准仪;在线校准;温湿度同时测量;提高效率

0 引 言

为了解决大中型环境监控系统温度和湿度检定及校准的问题,2007年我部研制了便携式温湿度校准仪,该设备具有温湿度一体发生器和可作为标准的高精度温湿测量系统,具备了现场在线、温湿度同时校准的硬件条件。但要有效地使用需要配套的现场在线校准方法,由于国内对于温湿度一体传感器同时测量和现场在线测量没有专门的标准或规范,只能依据有关温度和湿度传感器的校准规范,根据现场温湿度测控系统使用温湿度范围,研究制定了便携式温湿度一体校准仪现场在线校准方法,并不断在实践中改进完善。内容包括温湿度同时校准的特点,在线校准方法,高效率的校准点的设定和稳定数据的判断及读取方法。

1 温湿度一体同时校准的条件和特点

大中型温湿度测控系统主要采用温湿度一体传感器,过去对温湿度一体传感器的测量需要温度和湿度两套校准设备,分别测试校准,费时费力,尤其是现场校准需要带较多的设备。要想温湿度同时测量校准,提高测量校准效率,硬件设备必须具备两个基本条件。

一是具有同时发生温度和湿度的一体发生器。发生器的测试室可容纳一体的温湿度传感器,并具有良好的密封性能。

二是具有可同时测量的高精度温湿度表作为标准,其精度满足温湿度传感器的检定要求。环境试验温湿度箱具备第一个条件,但精度不高,达不到标准要求。

便携式温湿度校准仪把温度和湿度发生器设计在一个测试室,可以同时测量温湿度一体传感器,或两个温度和湿度独立的传感器。

温湿度同时测量校准与分别测量校准主要特点是,单独校准温度或湿度时另一个参数是恒定控制的或不控制的(为环境量值),而同时校准时温湿度需要同时控制,同时改变设定值。由于温度和湿度之间的相互关系,两个量值的变化的不同对控制的时间和稳定性影响较大。

2 在线测量校准方法

2.1 在线测量校准的方法

本校准方法的工作原理是采用不同的转接电缆,把测控系统现场的某温湿度一体传感器引到便携式温湿度校准仪测试室中,测控系统照常工作(传感器还是接在测控系统上),校准仪开机后设定校准点值,校准仪自动把发生器的温湿度控制到校准点值,达到稳定时读取该温湿度一体传感器在监控显示器上对应的值作为被测值,多个校准点完后,该传感器回复原安装位置,接着校准下一个通道传感器。所有传感器测量完毕后,在监控计算机上启动温湿度量程初始设置软件,分别计算每个通道的温湿度传感器需要修正的零点和斜率数据。

检定结果的处理,是以校准仪的显示值为标准值,测控系统的显示值为被测值,误差在传感器数据修正范围之内的,在量程设置界面分别设置,进行修正,达到对系统现场在线校准的目的。误差超出传感器数据修正范围的,提示该通道有问题,对该通道设备进行维修处理。

2.2 在线校准的连接

图1 在线校准连接图

3 提高湿度发生器工作效率的方法

3.1 温湿度的关系

相对湿度是绝对湿度与最高湿度之间的比,它的值显示水蒸气的饱和度有多高,相对湿度为100%rh的空气是饱和的空气。相对湿度是50%rh的空气含有达到同温度的空气的饱和点的一半的水蒸气。相对湿度超过100%rh的空气中的水蒸气一般凝结出来。随着温度的增高空气中可以含的水就越多,也就是说,在同样多的水蒸气的情况下温度升高相对湿度就会降低,反之温度降低湿度就会升高。

利用上述这种温湿关系,在温湿度同时检定中合理的设定不同的温湿度校准点,可以提高湿度的升降速度,特别是除湿的速度,提高工作效率,延长干燥剂的使用寿命。

3.2 校准点的设置分析

以常用的两个校准点设定为例,温湿度各设两个校准点进行零点和斜率校准。如温度10℃,25℃;湿度35%rh,70%rh。两次设定可以有以下4种组合:

第1设置点 第2设置点

组合1 10℃,35%rh; 25℃,70%rh

组合2 10℃,70%rh; 25℃,35%rh

组合3 25℃,70%rh; 10℃,35%rh

组合4 25℃,35%rh; 10℃,70%rh

按照组合1的设定,在第1点设定发生器达到稳定读数后,设定第2点,温度需要从10℃上升到25%,湿度也需要从35%rh上升到70%rh,根据温湿度的关系,温度上升过程中湿度是下降的,所以,需要更多的湿气,湿度上升时较慢。当温湿度达到第2点稳定后,做为组合3的第1设置点读数后,设定第二个设置点,温度需要从25℃降到10℃,湿度需要从70%降到35%rh,根据温湿度的关系,温度下降过程中湿度是上升的,所以湿度要下降需要更多干气,降湿速度慢。

按照组合2设定,在第1点设定发生器达到稳定读数后,设定第2点,温度需要从10℃上升到25%,湿度需要从70%rh上升到35%rh,根据温湿度的关系,温度上升过程中湿度是下降的,所以,需要很少的湿气,湿度下降时较快。当温湿度达到第2点稳定后,做为组合4的第1设置点读数后,设定第二个设置点,温度需要从25℃降到10℃,湿度需要从35%降到70%rh,根据温湿度的关系,温度下降过程中湿度是上升的,所以湿度要下降需要更少干气,降湿速度快。

表1是不同设计组合达到设置点湿度所用时间(不包括调节的时间)的试验结果。

表1 校准点不同组合设定湿度到达设定值试验数据

图3是放在校准仪发生器测试室里的温湿度一体传感器从一个校准点到另一个校准点温湿度变化时的曲线。湿度(蓝线)从44~52min期间,人工关掉了校准仪的加湿功能,但由于制冷,温度(红线)下降了10℃,湿度也由37%rh上升到了53%rh。从52min开始打开了校准仪的加湿功能,湿度上升加速。

3.2 测量点的正确设置

以上的分析和试验可以看出选定组合2和4的设定方法,可以提高湿度发生器的工作效率,节省干气和湿气用量。选定组合1和4的设定方法只能所得其反。

所以温湿度测试点和顺序的设定对于同时校准温湿度参量很重要,需要按照温湿度关系正确设置。

4 数据的稳定与读取

温湿度检定校准对数据的读取有一定规范要求,数据的稳定判断和读取时机对数的量值影响很大,对设备的检定和校准也就影响很大。对于小型温湿度一体发生器,如果只是把湿度供给标准表和被测表如露点仪由于不把传感器放在内部,可不考虑内部热交换问题,如果把被测设备放在测试室就应考虑这个问题。

常用的办法是给予较长的稳定时间,当发生器到达设定值后,经过较长的稳定时间,再读取数据,这样在现场测量校准会浪费很多时间。

4.1 被测值的稳定与读取

便携式温湿度校准仪由于测试室容积不可能很大,现为3升,当传感器放进以后,不同温度的物体需要一定的热平衡时间,传感器越小,平衡的越快,越大平衡越慢,当标准值达到稳定时,怎样判断被测值也稳定可以读取数据,由于是在线测试利用被测量系统的监视器对被测点进行实时曲线监控。当被测曲线达到新的测试点平稳后经过5分钟,开始读取数据。曲线如下:

从图2中可以看出,27min~32min是加温降湿及稳定过程,32min~30min是稳定观察时间,只要稳定大于5分钟可以读取被测数据。这样得出的被测数据直观可靠。图3是降温升湿过程,湿度升湿慢是因为为了观察降温时对湿度的影响在52min之前关闭了加湿功能。

5 结论

使用便携试温湿度校准仪,采用本文论述的在线校准方法,已经应用了一年,测量校准了50余套大型温湿度监控系统2500余只温湿度一体传感器。使用证明,现场在线校准不但实现对传感器的误差校准,也可以发现系统误差和故障问题,温湿度同时校准,科学设定测试点,实时判断测试点稳定值,可快速准确进行测量,达到40分钟校准一只温湿度传感器的效率,蒸馏水和干燥剂的使用寿命也延长约一倍。非常适应大中型温湿度监控系统温湿度参数现场在线同时测量校准。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 李占元等.jjf1076-2001湿度传感器校准规范.中国计量出版社,2002,第1版.

[2] chen jiahai . a new on-site and on-line auto-calibration scheme for large-size measurement and control system[a]. qi jiming and cui jianping, conference proceedings of the seventh international conference on electronic measurement & instruments [c], beijing china:international academic publisher/beijing world publishing corporat

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    收录时间:2014年11月07日 15:33:22 来源:中国计量测控网 作者:不详
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