单压法标准湿度发生器的设计及不确定度评定
高压水分发生器的研制
新技术新仪器2023年第43卷第5期高压水分发生器的研制陈洁新，胡艳青，柴塬，李心怡，孟苏，吕国义（航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095）摘要：对于高温高压下的湿度参数校准，尤其是温度高于100 ℃条件下的相对湿度或水汽含量校准、露点温度高于100 ℃的露点温度校准，目前我国仍缺乏有效的方法及装置。
为解决此问题，研制了一套基于单温单压法原理的高压水分发生器。
该发生器由饱和系统、气路系统、恒温系统与控制系统组成，其中饱和系统完成设定温度与压力下的水汽饱和；气路系统与恒温系统实现不同压力与温度条件下的气体传输；控制系统实现整体温度、压力精准控制，最终可产生体积分数为0.5% ～ 15%（对应露点温度范围为-2.8 ～ 110 ℃）的标准湿气，绝对压力范围为0.1 ～ 1 MPa，露点温度扩展不确定度为0.50 ～ 0.52 ℃（k = 2）。
该高压水分发生器具有稳定时间短、准确度高、操作方便、实用性强等优点，可作为高温高压条件下的校准湿度源，具有重要技术应用价值。
关键词：高温高压；湿度校准；高压水分发生器中图分类号：TB94；TH89 文献标志码：A 文章编号：1674-5795（2023）05-0062-07Development of high pressure moisture generatorCHEN Jiexin, HU Yanqing, CHAI Yuan, LI Xinyi, MENG Su, LYU Guoyi(Changcheng Institute of Metrology & Measurement, Beijing 100095, China)Abstract: At present, there is still a lack of effective methods and devices for the calibration of humidity parameters under high temperature and pressure in China, especially for the calibration of relative humidity or water vapor content under conditions of temperature above 100 ℃, and for the calibration of dew point temperature above 100 ℃. To address this issue, a high⁃pressure moisture generator based on the principle of single temperature and single pressure method has been developed. The generator consists of a saturation system, an air circuit system, a constant temperature system, and a control system. The saturation system completes water vapor saturation at the set temperature and pressure; The air circuit system and constant temperature system achieve gas transmission under different pressure and temperature conditions; The control system achieves precise control of overall temperature and pressure. The standard moisture with a volume fraction of 0.5% to 15% (corresponding to a dew point temperature range of -2.8 to 110 ℃) can be ultimately produced, with an absolute pressure range from 0.1 to 1 MPa, and an expanded uncertainty from 0.50 to 0.52 ℃ (k = 2) for dew point temperature. The high⁃pressure moisture generator has the advantages of short stability time, high accuracy, convenient operation, and strong practicality. It can be used as a calibration humidity source under high⁃temperature and high⁃pres⁃sure conditions, and has important technical application value.Key words: high temperature and high pressure; humidity calibration; high pressure moisture generatordoi：10.11823/j.issn.1674-5795.2023.05.09收稿日期：2023-10-17；修回日期：2023-10-23引用格式：陈洁新，胡艳青，柴塬，等.高压水分发生器的研制［J］.计测技术，2023，43（5）：62-68. Citation：CHEN J X，HU Y Q，CHAI Y，et al.Development of high pressure moisture generator［J］.Metrol⁃ogy & Measurement Technology，2023，43（5）：62-68.第十九届湿度与水分学术交流会推荐论文··62计测技术新技术新仪器0 引言当前对高温高压下的湿度参数校准需求日益增多，例如燃料电池、核动力系统的应用环境下，经常需要在温度高于100 ℃的情况下对相对湿度进行监测［1］；一些干燥行业也需要对高温下的相对湿度进行测量。
温湿度变送器相对湿度示值误差的不确定度评定
附录D温湿度变送器相对湿度示值误差的不确定度评定D.1 概述D.1.1校准环境：温度20℃；相对湿度50%。
D.1.2标准器及其主要技术指标：精密露点仪，露点温度最大允许误差±0.2℃DP。
数字多用表DVA测量范围为： 0mA～30.0000mA，准确度等级0.01级。
D.1.3校准方法：将标准器的探头置于温湿度检定箱的中心位置，被校的温湿度变送器放入温湿度检定箱工作室的有效空间内，放置方式不影响箱内空气循环，保证检定箱内工作室的气密性。
依照从低湿到高湿的顺序进行校准，当检定箱的湿度达到设定值，稳定30min后开始读数，先读标准器，再读数字多用表，间隔5min后重复读一次，读数2次，取2次读数平均值计算湿度传感器的基本误差。
D.1.4被校对象：测量范围为0%RH～100%RH，输出范围：4mA～20mA，最大允许误差：±5%RH（20℃时）。
D.2 数学模型（1）式中：-------变送器各被校点的基本误差，mA；--------变送器各被校点实际输出的平均值, mA；-------变送器的输出量程，mA；--------变送器输出的理论下限值，mA；-------变送器的输入量程，%RH；-------精密露点仪测得的平均湿度值，%RH；------变送器输入范围的下限值，%RH。
D.3 灵敏系数D.4各分量的标准不确定度评定D.4.1输入量引入的标准不确定度评定由变送器测量重复性引入的标准不确定度分量，用A类方法进行评定。
在温度20℃，湿度分别为40%RH、50%RH、60%RH、70%RH时，在重复性条件下测量被校湿度传感器的输出值10次，结果见表D.1。
表D.1 由测量重复性引入的标准不确定度分量由于实际测量中以二次平均值作为测量结果，则，结果见表D.1。
输入量的标准不确定度。
见表D.2。
表D.2标准不确定度D.4.2输入量引入的标准不确定度评定。
D.4.2.1由精密露点仪的最大允许误差引入的标准不确定度，各湿度点引入的标准不确定分量见表D.3。
双压法湿度发生器校准结果的不确定度评定
的， 也可 能是 由被 测 气 体 带 人 的 。拉 乌 尔 效应 使 露 点 的测量 值高 于真 正 的被测 气体 的露 点温 度 。 不 可 溶 性 污染 物 会 影 响 露 点 仪 镜 面 的 光 线 反 射 特 性 ， 要 进 行 补 偿 。 现 在 的 露 点 仪 大 部 分 都 具 有 需 双 光路 平 衡 系 统 ， 通 过 建 立 周 期 性 的 平 衡 循 环 来 可 做 补偿 。将 露 点 仪 的 镜 面 加 热 到 霜 点 或 露 点 以 上 ， 使 镜 面 完 全 干 燥 ， 查 该 状 态 下 镜 面 的 光 学 反 射 特 检 性 ， 调 节 固态 光学 补 偿 的偏 置 对 污染 进 行 补偿 。 再
参 考 文 献
Ｅｉ李英干 ， ｌ 范金鹏 ．湿度测量［ ．北京 ： Ｍ］ 气象 出版社 ，９ ０ １ ９ Ｅ］ＪＦ Ｏ ９ ９ ９ 测量不确定 度评定 与表示Ｅ ］ ２ Ｊ ｌ ５ —１ ９ ， ｓ．
Ｕｎ ｅ ｔ ｉ ｙ Ｂｕ ｇ ｔｏ ｌｅ － ｒ ｏ ｗ— ｏ ｎｔＨｙ ｒ ｍｅ ｅ ｃ ｒａ ｎｔ ｄ ｅ ｆ Ｃｈｉｌｄ ｍｉｒ ｒ Ｄｅ ｐ ｉ ｇ ｏ ｔｒ
当污 染 比较 严 重 ， 整 光 学 系统 不 能 再 做 补 偿 时 ， 调 应 该 人 工 清 洁镜 面 。
２ ２ 开尔 文 （ ｌｉ ） 应 ． Ｋｅ ｎ 效 ｖ
开尔文 效应 对露 点 测量 的影 响与拉 乌 尔 效应 的作 用 相 反 。当被 测气体 中的水蒸 气 开始 在露 点 仪 的镜 面 上冷凝 时 ， 于表面 张 力的作 用 ， 由 水蒸气 冷 凝 不会 成 为 平 展 的水 面 ， 呈球 面 状 。 曲面 上 的 饱 和 水 蒸 气 压 与 而 水平 面上 的情 况是 不 同的 。弯 曲的水 面使 饱 和水 蒸 气 压 升高 ， 从而 使露 点 的测量 值偏 低 。
低霜点湿度检测标准装置的研制
－
７ －６ ０ ０
－５ ０
－４ ０
－ ０ ３
－２ ０
—１ Ｏ
霜 点 温 度
图 ２低 霜点ｏｎ ｉｅ ｅ ｃ ｅ ｗｅ ｎ Ｌ ＰＧ ａ ｄ ｉ ２ Ｆ ｏ ｔ ｐ ｉｔｄｆ ｒ ｎ ｅ ｂ ｔ ｅ Ｆ ｎ
测压 不确定 度 为 ００ ％。 ．５ ２２ 低霜 点湿 度检 测标 准装 置 的构 造及 流程 －
ｄ ｗ－ ｏｎ ｕ ｄｔ ｇ ｎ ｒｔｒ ｅ ｐ ｉ ｈ ｍｉｉ ｅ ｅａｏ ｔ ｙ
图１ 是低霜点湿度检测标准装置的原理流程 ， 它
由如 下几部 分组 成 ：
热器和饱和器 ， 一方面要考虑到使其能进行充分的换
热和传质 ，另一方面还要考虑到尽可能地减少尺寸 ，
（ 饱和器系统 ： １ ） 由放在恒温 槽 中的换热管及饱
由于采用热力学气固两相平衡原理 ， 加之过程中
没有压力变化产生的温度变化 ， 因此 ， 这种原理产生 的湿度量值更加准确。 研制单压法低霜点湿度检测标
准装置的技术路线是在每一个恒定的温度下使干燥 气体达到饱和状态 。为此 ， 在低霜点湿度检测标准装
置 的设计 上要 ：
（） 计制造 体 积小 、 和度 接近 １０ １设 饱 ０％的冰饱 和
１ 前 言
湿度是一个重要的环境参数 ， 湿度仪器仪表广泛 用于航空航天、 电子 、 微 原子能 、 石化 、 电力、 气象 、 仓
压法低霜点湿度检测标准装置的准确度则更高 ， 它的
使用对于湿度量值的国际比对 ， 国内湿度量值传递具
有非常关键的作用。 因此研制单压法低霜点湿度检测
标准装置对于我国湿度标准国际比对和湿度量值传
递工作都有十分重要的意义 。
压力变送器不确定度评定作业指导书
压力变送器不确定度评定作业指导书［摘要］不确定度是指由于测量误差的存在，对被测量值的不能肯定的程度，也表明该结果的可信赖程度。
它是测量结果质量的指标。
不确定度越小，所述结果与被测量的真值愈接近，质量越高，水平越高；不确定度越大，测量结果的质量越低，水平越低。
［关键词］压力变送器、不确定度评定、作业指导书、检定规程、评定程序、报告。
一、适用范围本作业指导书适用于压力变送器校准，测量范围为-95KPa～60MPa之内的，0.1级及以下的压力变送器测量结果的不确定度评定。
二、依据的文件1．JJG 882-2004 《压力变送器检定规程》2．JJF1059-2012.1 《测量不确定度评定与表示》三、概述1．确定被测量：按照检定规程的要求，对被检压力变送器进行外观检查，静止放置2小时后方可测量，根据压力变送器的量程，选择适合的智能数字压力校验仪及配套设施，测量时压力从零位开始，平稳升压或降压，对被测压力变送器的校准点进行测量。
2．环境条件2.1 温度：20℃±5℃（每10min变化不大于1℃）；2.2 相对湿度：45RH%～75 RH%；2.3压力变送器所处环境应无影响输出稳定的机械振动；2.4 电动压力变送器周围除地磁场外，应无影响其正常工作的外磁场。
四、不确定度评定程序1．评定所使用的标准器智能数字压力校验仪1.1压力最大允许误差：±(0.02%rdg+）；1.2 压力测量范围：-95KPa～60MPa；1.3 电测最大允许误差：±（0.01%RD+）；1.4 电测范围：-30mA～30mA；1.5 分辨力为：0.001mA， 0.0001mA可选。
2．测量误差的数字模型和灵敏系数2.1规程中要求校准用标准器，包括整个校准设备在校准过程中引入不确定度U应不超过被校压力变送器最大允许误差绝对值1/4。
首先进行测量不确定度的分析，并由此进一步分析标准器选择的复合性。
压力变送器测量误差的数学模型为式中：——压力变送器的输出误差，mA；I——压力变送器输出电流值，mA；——压力变送器输出量程，mA；P——压力变送器输入压力值，MPa；——压力变送器输入量程，MPa；——压力变送器输出起始值，mA。
环境试验设备温湿度不确定度评定
环境试验设备温度偏差校准结果不确定度评定1.概述：1.1校准依据：JJF 1101-2003 环境试验设备温度、湿度校准规范 1.2校准设备与参数：温湿度试验设备自动校准系统的温度测量由温度数据采集器和四线制铂电阻温度传感器组成，该套设备具有温度修正值。
温度偏差是指设备温度显示仪表示值与中心点实际温度之差。
本次评定的测量对象为：编号29773/型号DHG-9204A 电热鼓风干燥箱，示值仪表分辨率为0.1℃,温度设定为98.0℃。
2.数学模型d d o o t t t t ∆=--∆ （1）式中：△t d ——温度偏差，℃；t d ——被检设备温度显示仪表显示温度，℃；t o ——自动校准系统温度仪读数，℃；△t o ——自动校准系统的温度仪修正值（指整体检定），℃。
3.方差与灵敏系数式（1）中t o ，t d ，△t o 互为独立，因而得11=∂∆∂=d d t t c ，12-=∂∆∂=o d t t c ，13-=∆∂∆∂=odt t c 故 ()()()2222222123c d o o u c ut c u t c u t =++∆4.不确定度来源及分析4.1 由t d 引入的不确定度对环境试验设备作15次独立重复测量，从设备显示仪上读取15次显示值，记为t d1，t d2，…，t d15，平均值记为d t ，其测量列表如表1所示。
表1根据公式()d s t =℃()()()℃℃n t s n n t tt s d ni ddid 02.00126.0151℃049.01)(112==⨯=⨯=--=∑= 计算得算术平均值d t 的实验标准差s （d t ）=0.02℃。
则由15次独立重复测量引入的标准不确定分量u 1= s （d t ）=0.02℃。
（s(d t )--为单次测量值的实验标准偏差。
）4.2 由t o 引入的不确定度对环境试验设备作15次独立重复测量，从自动校准系统温度仪显示上读取15次显示值，记为t o1，t o2，…，t o15，平均值记为o t ，其测量列表如表2所示。
湿度标准设备中饱和器的设计与应用
湿度标准设备中饱和器的设计与应用郭淑芳;李伟;张艳昆;成军【摘要】本文提出了湿度标准设备中饱和器的设计思路和主要技术指标,设计了饱和器的塔板式迷宫结构,解决了标准湿度设备在-30～+40℃宽温度范围内湿度场的稳定性、均匀性问题和低温下工作时的冰堵问题.该标准设备通过了有关单位一级标准机构的认证,可以满足各种湿度敏感元件和传感器的静态测试.【期刊名称】《气象水文海洋仪器》【年(卷),期】2011(028)002【总页数】3页(P83-85)【关键词】塔板式迷宫设计；稳定性；均匀性冰堵【作者】郭淑芳;李伟;张艳昆;成军【作者单位】吉林省白城市气象局，白城 137000;白城兵器试验中心，白城137001;白城兵器试验中心，白城 137001;北京市国瑞智新技术有限公司，北京100081【正文语种】中文【中图分类】TH7650 引言湿度是最重要的气象要素之一。
随着科学技术的发展,测湿仪器和传感器的准确度和测量范围不断提高和扩大。
了解掌握湿度敏感元件、传感器在低温下工作时的测量性能,对提高探空仪的测量准确度非常重要。
因此,准确地检定、测试湿度敏感元件和传感器是全国各气象计量单位所面临的重要课题。
为全面地考核其性能指标,保证测试数据的准确、可靠,使测试设备、测试手段都上一个新台阶,在研制湿度标准设备时,对饱和器进行了塔板式迷宫设计。
1 设计思路湿度通常用相对湿度(水面和冰面)、露点和霜点来表述。
湿度标准设备是能产生并连续输出恒温恒湿气体的装置,可用于对湿度敏感元件、湿度传感器或露点仪的标定检定、测试。
饱和器是湿度标准设备的心脏,要获得相对湿度必须保证饱和器的输出是100%的饱和湿气,而饱和湿气的形成就必须使气体在水面上走过足够长度的路径,使水分子充分蒸发,从而达到饱和。
拟采用双压法产生标准湿度环境,把饱和器和测试室浸没在同一恒温液体槽中,经过净化、干燥的压缩气体进入饱和器,使其在加压状态下被水汽饱和,然后减压膨胀进入测试室。
温湿度计测量结果的不确定度评定
计检定规程 》。
２ ．测 量 环 境 条 件 ：温 度 （ ３ ２ ±５ ℃ ，湿 度 ）
＜ ５ Ｒ ８ ％ Ｈ。
３ ．测量标准 及其主要计量特性 ： 通风干湿表 温 度Ｍ Ｅ ． ℃ Ｐ ：０ １ 湿度Ｍ Ｅ ．％ Ｈ Ｐ ：１５ Ｒ ４ ．测量参 数与测量 方法简述 ：温湿度 计检 定标
（ 标准不确定度汇 总表 二）
袁 １
值 误 差数据 ，然 后分 别对 每组 计算 实验 标准 差Ｓ ， ｉ
即：
Ｓ１ ０ ０ ℃ ， ｓ ＝ ． ２ ＝ ． ３１ ２ ０ ０ ４℃ ， ｓ ＝ ． ３ ３ ０ ０ ２℃
ｑ —５ ６ — —０ ８ ＋— — ＝０ ８ ％ 。 ｒ０ ７ ＋０— —＝ —：７ ｏ— — ｉ— —４ ４＿ Ｏ２— ． ０ ．—— ．——— — ０ ２
１ ．熟练掌握操 作技术 ，正确判 断滴定终 点 。充 分利用 “ 半滴 ”技术在滴定 中的应用 ，有效 降低滴定 终点判 断引起 的不确定度 。 ２ ．监测分 析 中使用 的移液 管、滴定 管要经检 定 合格，并根据检定结果对其体积进行修正。 ３ ．使 用优 级 纯 重 铬 酸钾 配 制 重铬 酸 钾 标 准溶
应 用
由此 可见 ，在废 水Ｃ Ｄ ， Ｏ ｃ 测定的各环 节 中，Ｃ Ｄ Ｏ 。
（ 责任 编 辑 ： 周加 转）
５ ｏ 中圃高新技 — ２ １ ２ ２ 术△ ０ ２０
二 、数学模 型
Ａ 被一 Ｕ＝ Ｕｓ＝己被～（ 标＋ ， 【 ’ ， 修） 被一 ＇Ｕ修 ＝Ｕ Ｕ￣－
（ ｘ ｘ ． １ ），ｅ ＝ ．定度为：
（．１ １２ ） １ ０ ＝００ ８％。 ００ ２ ／ ５× ０ ％ ． ４ ４
湿度发生器的测量不确定度评定
ＡＵ＝Ｕ 一Ｕ ｂ （） １
来看主要分为两种 ，一种是在某温度下 产生一定相对 湿度值的气流或气氛 的装置 ；一种是产 生恒定露点或
霜 点 的气 流 或 气 氛 的装 置 ，与 温 度 无 关 。从 发 生 的原 理来 看 ，湿度发 生器 又分 为 双压 法 、双 温 法 、分 流 法 、 渗透法 以及 固定 点法 等 。 本 文 主 要 是 对产 生相 对 湿 度 值 的 湿 度 发生 器 进 行 测 试和不 确 定 度 评定 ，对 于该 设 备 的 测 试 一 般 选 用 精 密 露点 仪测试 发 生 的露 点 值 ，用 精 密 铂 电阻 温 度 计 测 出测试 室 的温 度 ，测 试 过 程 示 意 图如 图 １所 示 ，经 过
ｅ Ｔ） （ ａ——测试室气体温度 下的饱 和水汽压力 ， 测 试室 气体 温度 由精 密铂 电阻温 度 计 测得 ，单 位 为 Ｋ，
Ｔ Ｋ）＝ ７ ． ５＋ （ｃ） （ ２ ３ １ ｔｃ ；
Ｐ Ｔ） （ ， ） ，ｄ ｐ Ｔ —— 压 力 为 Ｐ 、温度 分 别 为 ， 时 的增 加 系数 ，在 相 同 压 力 、温 度 差 别 不 大 时 ，两 者 近 似相 等 。上式可 简化 为
为 了测试保 证测试 的准 确可 靠 ，露 点仪 在测 试前 进
行校准 ， 其全量程范围内示值误差优于 ± ．５ ０ １％，对于 温度测量采用二等标准铂 电阻温度计，其准确度 在 ± ００３ ．１％内， 标准铂电阻在使用时注意插入深度。现场测 量时将露点探 头 （ 或抽气 管 ） 与温度探 头捆 绑在 一起 放
人测 量 室 ，确 保 其 取 样 位 置 相 同。本 文 以 在 ２℃ 下 ， ０
式 中 ：ｅ 水 面 饱 和 水 蒸 汽 压 力值 ，Ｐ ；ｅ为 冰 面饱 为 ａ
环境试验设备温度、相对湿度偏差测量不确定度评定报告
环境试验设备温度、相对湿度偏差测量不确定度评定报告［摘要］为校准实验提供编制技术报告、不确定度评定依据，指导企业进行环境试验设备温度、相对湿度偏差测量不确定度评定。
［关键词］环境试验设备；不确定度；数字模型1 概述1.1 测量依据JJF1101-2019 环境试验设备温度、湿度参数校准规范1.2 被测对象被校对象为环境试验设备温度，温度范围：（-50～150）℃湿度范围（30～90）%RH1.3 测量方法按照本规范对温度、相对湿度偏差的校准要求，将标准器——温湿度场训检仪温度按规范测试点要求布置。
干燥箱设定值：50℃，60%开启运行。
试验设备达到设定值并稳定后开始设备的温度、湿度示值及各布点温度、相对湿度，记录时间间隔为2min,30min内共记录16组数据。
计算各温度测试点30min内测量的最高温度与设定温度的差值，即为温度上偏差；各测试点30min内测量的最底温度与设定温度的差值，即为温度下偏差。
计算各温度测试点30min内测量的最高湿度与设定湿度的差值，即为湿度上偏差；各湿度测试点30min内测量的最底湿度值与设定湿度的差值，即为相对湿度下偏差。
2、测量模型：2.1温度上偏差公式△t max= t max -t S式中：△t max ------温度上偏差，℃；t------各测量点规定时间内测量的最高温度，℃；maxt------设备设定温度，℃；S2.2相对湿度上偏差公式△t max = t max -h S式中：△t max ------相对湿度上偏差，%；t------各测量点规定时间内测量的最高相对湿度，%；maxh------设备设定相对，%；S3、不确定度来源及分析3.1不确定度来源：被校对象测量重复性引入的标准不确定度分量，标准器分辨力引入的标准不确定度分量，标准器修正值引入的标准不确定度分量，标准器的稳定性引入的标准不确定度分量。
由于上偏差与下偏差不确定度来源和数值相同，因此本文仅以温度上偏差和相对湿度上偏差为例进行不确定度评定。
数字温湿度计不确定度评定报告
数字温度计示值误差不确定度评定温度示值误差不确定度评定1、条件和适用范围1.1、 测量依据：JJG （苏）99-2010《数字温湿度计检定规程》。
1.2、 环境条件：环境温度20±2℃，湿度＜75%RH 。
1.3、 测量标准：标准通风干湿表，型号MT-humi700,温度测量范围（5〜80）℃，准确度： ± 0.08℃；湿度测量范围：（10〜95）%RH ，准确度（40~70）%RH 之内：±1.0%RH ,（40~70）%RH 之外：±1.5%RH ；温湿度检定箱测量范围（30〜90）%RH ，稳定性±0.5%RH 。
1.4、 被测对象：数字温湿度计，温度准确度为：±2.0℃，湿度准确度：±5%RH 。
1.5、 测量方法：将数字温湿度计和标准通风干湿表的传感器一同放入温湿度检定箱中，设 置好温度值，待温度稳定后读数。
被测数字温湿度计与标准通风干湿表显示的温度值之差为 示值误差。
2、数学模型A T = T — TB式中A T —数字温湿度计温度示值误差；T —数字温湿度计的温度读数值； T B 一标准通风干湿表显示的标准温度值； 3、不确定度传播率d A T灵敏系数。
=--=11c T4、标准不确定度评定1.1、 输入量T 的不确定度u （T ）的评定标准不确定度u （T ）主要由数字温湿度计重复性测量u （T J,数字温湿度计的分辨力u （T ）所构成。
21.1.1、 标准不确定度u （T 1）主要由数字温湿度计重复性测量所引入的，可以通过连续测量得 到测量列分析，分度值为0.1℃的数字温湿度计在相同条件下，在所有校准点中所d A T--- =-1 dT B得到最大nTbx (T - T)2一1'的一次实验标准偏差为：S(X )=\口——-—— =0.10℃ i n-1所以标准不确定度u(T ) = s(X )=0.10℃ 1 i1.1.2、标准不确定度u(T2)主要由数字温湿度计的分辨力所引入，温度分辨力为0.1 ℃,半宽区间为0.05℃，按均匀分布处理，取k =-<3，贝Uu(T )=0.05/<3=0.03℃21.1.3、标准不确定度u(T)的合成标准不确定度u(T)的分量u(T )、u(T )相互独立不相关，所以 1 2u (T) =、、；u (T)2 + u (T2)2 = v 0.102 + 0.032 =0,11℃4.1、输入量T B的不确定度u(T B)的评定标准不确定度u(T B)主要由标准通风干湿表的准确度u(T B1)，温湿度检定箱均匀度u(T )所构成。
双压法湿度发生器标准装置测量不确定度评定
双压法湿度发生器标准装置测量不确定度评定
易洪;李占元;任长青
【期刊名称】《计测技术》
【年(卷),期】2006(026)B09
【摘要】介绍了双压法湿度发生器标准装置的技术指标、测量方法和不确定度评定。
测试结果和不确定度分析表明，该发生器在-25～＋25℃测量范围内，露点温度测量的不确定度不大于0．04℃。
满足我国湿度量值传递的准确度要求。
【总页数】3页(P90-92)
【作者】易洪;李占元;任长青
【作者单位】中国计量科学研究院,北京100013
【正文语种】中文
【中图分类】TH837
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1.双温双压法低露点标准湿度发生器 [J], 张文东;殷龙德;丁逸民;杨遂平
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4.高精度便携式双压法标准湿度发生器和温湿度自动巡检系统介绍 [J], 杨勇军
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单压法标准湿度发生器的设计及不确定度评定郑胜清;张强;杨逸【摘要】This paper is mainly concerned with the ice flashover characteristic under light icing condition. According to the plate model with hydrophobic surface, the effect of impact factors, including gap length, gap position and distribution, melting time and pollution level, on the ice flashover process were analyzed. It was found that gaps due to non-uniform icing initiated the partial arcs. It was shown in U curve between gap length and ice flashover voltage, and gaps closed to the electrode were more inclined to be suffered. Melting time showed a U curve trend with the ice flashover voltage due to the variation of melting water film resistance. However, pollution level was in positive relationship with ice flashover voltage, and flashover channel were always occurred in the contamination-ice interface. Finally, according to the experiment in the artificial climate chamber, partial arcs were always initiated along the rod and lower surface of shed which could be hardly iced, and there was an decreasing trend between ice flashover voltage and pollution level.%标准湿度发生器在湿度量传的过程中起到重要的作用。
我们设计开发的标准湿度发生器采用单压法原理，使用某单位自主研制的压缩空气干燥器、分流法湿度发生器产生的气源，通过温度、压力、饱和器系统的合理设计，能够发生（-70℃~+20℃）露点范围的湿气气源，量值范围宽，准确度高。
经过冷镜式精密露点仪的验证，结果表明装置满足我国湿度一级标准的技术指标。
按照不确定度评定方法评定了装置的不确定度。
【期刊名称】《环境技术》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】4页(P55-58)【关键词】湿度发生器;饱和器;湿度不确定度;单压法【作者】郑胜清;张强;杨逸【作者单位】江苏省计量科学研究院，南京 210007;江苏省计量科学研究院，南京 210007;江苏省计量科学研究院，南京 210007【正文语种】中文【中图分类】TM855标准湿度发生器是在一定的温度、压力下产生具有一定湿度的气体，用来校准湿度测量仪器（又称湿度计）的装置。
为了满足校准溯源性的需要，很多国家实验室已经建立了各种类型的湿度发生器。
其原理主要包括：单压法、双温双压法、分流法、扩散渗透法等。
其中，分流法湿度发生器受到流量测量的限制，主要用于中、高湿范围，渗透法湿度发生器也受到气源干燥性和流量控制准确度的影响。
单压法和双温双压法湿度发生器，主要靠改变气体的温度、压力，通过准确测量温度、压力量值，根据相关公式，如国际公认的SONNTAG饱和水蒸气压公式，来计算出气体中的水份含量。
这样露点就可以溯源至温度及压力这些物理量。
由于主要受温度和压力测量的影响，而温度和压力现阶段的测量技术已达到很高的准确度，因此多数情况下是采用单压法和双压法湿度发生器既作为湿度源，也作为标准器，对湿度测量仪器进行检定或校准。
某单位研制的分流法湿度发生器能够提供准确度优于±0.5℃DP的气源，发生气源露点范围为（-70℃～+20℃），稳定性优于±0.05℃。
参考单压法湿度发生器的原理，我们研制了一套标准湿度发生器，与上述分流法湿度发生器结合在一起，可替代精密露点仪作为一级标准器使用。
另一方面，也将对现有的一级标准冷镜式精密露点仪的使用起到监督作用，及时发现问题，更好的保证量值传递的合理性。
1.1 工作原理设备参考单压法的原理，在现有分流法湿度发生器的出气口配备一套恒温装置及冷凝器，将冷凝器的温度设定为低于分流法湿度发生器所发生气体的露点温度，使得由分流法湿度发生器产生的气源通过冷凝器时，多余的水蒸汽以液态水或固态冰的形式冷凝下来，通过精确测量气体冷凝时的温度Ts和压力Ps，根据饱和水蒸气压公式，便可以准确的计算出由标准湿度发生器所提供的气体的露点Ts。
流程见图1 。
发生器采用单压法原理设计，最重要的部分在于饱和器，即冷凝器和恒温槽的设计。
考虑到恒温槽温度的不均匀性，饱和器体积应尽可能的小，但是饱和度尽可能的接近100%。
恒温槽的测量范围和技术参数也应符合本项目的指标要求。
进入冰（水）饱和器的气源，在到达出口之前，应经过充分冷凝，从而使出口气体的露点与饱和器的温度一致。
饱和器的尺寸与许多独立的参数有关，包括进、出气温度、气体流量、冷凝水的多少、材料的导热系数等。
进、出气口露点相差越大，冷凝水的量越多。
为了让气体的热交换尽可能的充分，本装置设计了一定长度的螺旋形盘管，从而保证冰饱和器的饱和度。
饱和器盘管选用了不锈钢材料，外径8mm，内径6mm。
根据能量守恒原理，利用简单的热交换模型，管内流经的气体与管壁进行传热，气体放出的热量被管路吸收传递给制冷剂，同时，根据气体的进出口温度，从而能够求出某一段气体在管路中放出的热量，建立热平衡关系，从而计算出所需管路的长度。
饱和器及恒温槽示意图见图2。
此外，在气体流经饱和器出气口和被检仪器的进气口处，分别测量管路中的压力，从而精确得到系统的压力降，以便对产生露点进行修正。
基于单压法原理，以及实测压力降的值优于10Pa，对露点的影响基本可以忽略不计。
1.2 不确定度评定对于单压法湿度发生器，由于其直接实现露点，在理想状态下，出气口的露点应该等于恒温装置的温度。
但是由于气体的饱和程度不可能是100%，冷凝器至出气口之间管路对水蒸气的吸附和脱附也不可能完全一样，以及流速对出气口露点的影响、拉乌尔效应、温度测量准确度、压力测量的准确度等的影响，为出气口的露点测量带来了不确定度。
其中，温度和压力测量的准确度是比较容易确定，因为这两者直接受到现有测量技术的限制，可以直接计算出对发生露点的影响。
我们知道，在单压法湿度发生器系统中，按照理想气体状态方程，有如下方程：其中es（Td）、es（Ts）、f（Ps,Ts）、f（PUUT,Td）、PUUT、Ps分别表示出气口露点温度Td对应的饱和水汽压、饱和器温度Ts对应的饱和水汽压、水蒸气在压力Ps和温度Ts下对应的增强因子、在压力PUUT和温度Td下对应的增强因子、测量室的压力、饱和器的压力。
根据SONNTAG公式，对水面来说，露点和饱和水汽压的关系如下：对于冰面来说，其中，ew(T)、ei(T)分别表示水面和冰面上的饱和水蒸气压，T表示露点/霜点温度，单位为K。
单压法标准湿度发生器出气露点的不确定度来源，主要由以下几部分组成，①饱和度，②温度测量，③压力测量，④吸附和解析，⑤污染物等。
饱和度引入的不确定度，根据实验结果，优于0.02℃；温度测量部分，包括标准铂电阻测温不确定度、恒温槽的不均匀性、温度显示部分的分辨率等；压力测量部分，包括测量饱和器压力的压力传感器引入的不确定度、压力显示装置的分辨率、出气口即连接被检仪器测量室的测压不确定度、压力降引入的不确定度；水蒸气的泄露和解析、污染等引入的不确定度由参考文献给出的数值直接引用。
为了尽可能的满足装置的预期指标，选用了准确度等级较高的HART公司的二等标准铂电阻和GE公司绝压变送器。
其中二等标准铂电阻温度计，其扩展不确定度为0.01℃（k=3），标准不确定度为0.01/3=0.0034℃。
选用压力变送器的扩展不确定度为0.025%（k=3），其标准不确定度为0.025%/3＝0.0083%。
恒温装置的不均匀性为0.02℃，按均匀分布，计算其标准不确定度为0.02/1.73＝0.012℃。
压力在101.325kPa左右时，根据公式1～3，计算得出压力不确定度对露点的影响为0.004℃（评估20℃露点时得出的结论，因为该露点受压力测量的影响最大，其他点均优于该数据）。
以露点-70℃为例，计算不确定度如表1所示。
由DP30精密露点仪对装置的准确度进行了比对测量，每个月测量一次，分别记录每次的偏差数据，不同测量点在不同时间下的测量结果见图3。
结果证明单压法标准湿度发生器的技术参数能够符合项目预期实现的目标，稳定性良好，且满足我国湿度量传系统中对一级标准器的要求即：露点的发生范围为（-70℃～+20℃）DP，在-70℃～-50℃DP之间，最大允差优于±0.3℃DP，-50℃～-20℃DP之间，最大允差优于±0.2℃DP，在-20℃～+20℃DP之间，最大允差优于±0.15℃DP。
[1] 李英干, 范金鹏. 湿度测量[M ] .北京: 气象出版社, 1990.[2] JJF 1059 - 1999, 测量不确定度评定与表示[S].[3] C W Meyer, W W Miller, D C Ripple, and G E Scace DESIGN AND PERFORMANCE OF THE NEW NIST HYBRID HUM IDITY GENERATOR ，Published in Proceedings of NCSLI 2008 Workshop and Symposium (Boulder, CO:NCSLI, 2008), on CD[4] 张文东等.标准露点发生装置的研制[J].上海计量测试,1995.6.[5] 易洪. 湿度测量的新进展及发展趋势[J].中国计量 . 2007.2.[6] Martti Heinonen UNCERTAINTY IN HUM IDITY MEASUREMENTS，PUBLICATION OF THE EUROMET WORKSHOP P758 J4/2006.郑胜清（1981－），女，江苏南京人，江苏省计量科学研究院，本科，主要从事湿度计量检测。