关于数字湿度计测量结果不确定度的分析及改进措施

关于数字湿度计测量结果不确定度的分析及改进措施
徐志伟
【摘要】本文选取了准确度较高的数字湿度计作为被检对象，通过建立模型、分析不确定度的主要分量，计算求取扩展不确定度；按照扩展不确定度应小于湿度计准确度三分之一的要求，采取了相应的改进措施，减小了各分量的数值，并最终将扩展不确定度控制在合理水平，保证了测量数据的可靠性。

%This article selects the high accuracy digital hygrometer as the test object. Through the establishment of model, analysis of the main component of uncertainty, expanded uncertainty calculation, according to the requirement that the expanded uncertainty should be less than the moisture meter accuracy a third of the requirements, corresponding improving measures were taken to reduce the value of each component and eventually the expanded uncertainty was controlled in a reasonable level, ensuring the reliability of the measurement data.
【期刊名称】《价值工程》
【年(卷),期】2016(035)010
【总页数】2页(P227-228)
【关键词】数字湿度计;扩展不确定度评定;改进措施
【作者】徐志伟
【作者单位】无锡市计量检定测试中心，无锡214101
【正文语种】中文
【中图分类】TP216
数字湿度计因其便于携带、读数方便等优点而广泛应用于各种湿度测量场合。

参照JJG（苏）99-2010《数字温湿度计检定规程》，其校准点为20℃时，40%RH、60%RH、80%RH，对应准确度为±5%RH、±5%RH和±7%RH。

按照扩展不确定度应小于准确度三分之一的要求，这三点的扩展不确定度应小于1.67%RH、1.67%RH和2.33%RH（置信因子k取2），这对依据JJG（苏）99-2010最基本要求建立的温湿度计检定装置而言是可以实现的。

而对于许多湿度控制设备，如用于环境试验的恒温恒湿箱（房）、手套箱、电子干燥柜等，对检测其湿度的数字湿度计具有较高的准确度要求，因而对计量湿度计的扩展不确定度也提出了更高要求。

比如准确度为±3%RH的湿度计，其扩展不确定度应不超过1%RH，作为表征测量结果可靠程度的扩展不确定度如果过大，则计量结果的可靠性不能得到保证。

因此，本文对这类准确度较高的湿度计的不确定度的评定具有重要意义。

评定结果如不能满足要求，应采取相应的改进措施，以期将其控制在合理水平，以确保测量结果的可靠性，并希望通过本文为湿度计的准确计量提供借鉴与帮助。

1.1 被测对象：数字湿度计，准确度±3%RH，分辨力0.1%RH。

1.2 计量标准：满足JJG（苏）99-2010要求，指标如表1。

1.3 测量方法：将精密露点仪与被检湿度计探头同时放入温湿度检定箱，待湿度达到设定值后稳定半小时，读取精密露点仪和被检湿度计的示值。

间隔5分钟后再读1次示值，露点仪与湿度计2次平均值之差为示值误差。

计算公式：H'=H-HB
式中：H'-仪器示值误差；H-仪器的显示值；HB-标准器的标准值。

传播系数：
4.1 输入量H的标准不确定度u（H）
此项来源为湿度计的测量重复性u（H1）和分辨力u（H2）。

两者取大值作为u （H）。

4.1.1 测量重复性u（H1）
按A类不确定度评定。

40%RH时，作10次独立测量，数据如下：39.9%RH，40.0%RH.40.1%RH，40.2%RH，40.1% RH，40.0%RH，39.9%RH，39.8%RH，39.8%RH，39.8%RH，得到单次测量重复性s≈0.15%RH。

实际测量中，读2次
数据取平均值，故。

同理，60%RH与80%RH时也有相同的重复性表现，故均取此值。

4.1.2 被检湿度计的分辨力u（H2）
按B类不确定度评定，均匀分布。

仪表分辨力为0.1% RH，区间半宽
a=0.05%RH，则
重复性和分辨力取大者作为u（H），则u（H）=u（H1）= 0.11%RH。

4.2 输入量HB的标准不确定度u（HB）
此项来源为露点仪的准确度、温湿度检定箱的湿度均匀度、波动度，按B类不确
定度评定。

4.2.1 露点仪的准确度u（HB1）
露点仪的准确度：±0.1℃，±0.2℃DP。

经换算，20℃时，温度和露点的误差引起湿度误差在40%RH、60%RH、80% RH分别为0.3%RH、0.4%RH、0.5%RH和0.6%RH、0.8% RH、1.0%RH，由这两个参数引起的湿度不确定度为：
4.2.2 温湿度检定箱的湿度均匀度u（HB2）
均匀度1.0%RH，区间半宽a=0.5%RH，按均匀分布处理，
4.2.3 温湿度检定箱的湿度波动度u（HB3）
各项标准不确定度分量是互不相关的，所以合成标准不确定度为：40%RH uc（H）≈0.69%RH；60%RH uc（H）≈0.77% RH；80%RH uc（H）≈0.86%RH。

因而，数字湿度计湿度测量结果的扩展不确定度（k 取2）为：40%RH U（H）
=1.38%RH；60%RH U（H）=1.54% RH；80%RH U（H）=1.72%RH。

由第5节可知，扩展不确定度不能满足小于1%RH的要求，测量结果的不可靠性
过大。

根据4.1与4.2节的评定过程，影响不确定度的因素为：湿度计测量重复性、露点仪的准确度、温湿度检定箱的均匀度以及波动度。

我们知道，误差的来源为方法、设备人员、环境。

第1项通过方法来改进，而后3项则通过硬件设备来提高。

人员与环境并不涉及。

6.1 重复性分量的改进
对于确定的湿度计，由于其硬件不变，其单次测量重复性是不变的，我们可以通过提高读数次数（由2次变为4次）来减小u（H1），故
6.2 硬件设备的改善
精密露点仪的准确度、温湿度检定箱的均匀度与波动度对最终的评定结果有较大影响，是最主要的不确定度分量。

表2所示为选用较高指标的精密露点仪与温湿度
发生器。

6.2.1 露点仪的准确度u（HB1）
露点仪准确度：±0.1℃，±0.1℃DP。

温度引起的误差不变，而露点引起的误差在40%RH、60%RH、80%RH减小为0.3%RH、0.4%RH、0.5%RH，由这两个参
数引起的湿度的不确定度为：
可以看出u（HB1）由于露点准确度的提高，减小超过了0.1%RH，且湿度越高则减小越明显。

6.2.2 温湿度发生器的湿度均匀度u（HB2）
此项减小超过了0.2%RH，可见改善均匀度的重要作用。

6.2.3 温湿度校验箱的湿度波动度u（HB3）
波动度±0.3%RH，区间半宽a=0.3%RH，按均匀分布处理，
此项减小接近0.3%RH，可见改善波动度引起的显著变化。

6.3 改进后的扩展不确定度
各项标准不确定度分量是互不相关的，所以合成标准不确定度为：40%RH uc（H）≈0.33%RH；60%RH uc（H）≈0.39%RH；80%RH uc（H）≈0.46%RH。

因而，数字湿度计湿度测量结果的扩展不确定度（k 取2）为：40%RH U（H）
=0.66%RH；60%RH U（H）=0.78% RH；80%RH U（H）=0.92%RH。

从改进后的结果来看，＜1%RH满足了要求，大大提高了测量结果的可靠性，为
湿度的精确测量提供了保障；从改进措施来看，因为重复性分量数值较小，通过增加读数减小重复性分量贡献也较小，而其余3项分量数值较大，通过提高硬件水
平减小分量的效果比较明显，因此在湿度计量工作中，如果被检湿度计的准确度较高，则选取更高性能的露点仪及温湿度设备是首选措施。

并希望通过本文为湿度计的准确计量提供借鉴与帮助。

【相关文献】
［1］国家质量监督检验检疫总局.JJG 205-2005，机械式温湿度计检定规程［S］.
［2］江苏省质量技术监督局.JJG（苏）99-2010，数字温湿度计检定规程［S］.
［3］国家质量监督检验检疫总局.JJF 1059-1999，测量不确定度评定与表示［S］.。