阻容法露點(diǎn)濕度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范

1  范圍

本規(guī)范適用于阻容法露點(diǎn)濕度計(jì)或阻容法露點(diǎn)傳感器 、露點(diǎn)變送器  (以下簡(jiǎn)稱(chēng)為露 點(diǎn)儀)  的校準(zhǔn) 。其他工作原理  (如 晶 振 頻 率 、光 學(xué) 吸 收 等)  的 露 點(diǎn) 濕 度 計(jì) 或 露 點(diǎn) 傳 感

器 、露點(diǎn)變送器可以參照本規(guī)范進(jìn)行校準(zhǔn) 。

2  引用文獻(xiàn)

本規(guī)范引用下列文獻(xiàn) :

JJF1094— 2002  測(cè)量?jī)x器特性評(píng)定

JJF1001— 1998  通用計(jì)量術(shù)語(yǔ)及定義

JJF1059— 1999  測(cè)量不確定度評(píng)定及表示

使用本規(guī)范時(shí) , 應(yīng)注意使用上述引用文獻(xiàn)的現(xiàn)行有效版本 。

3  概述

露點(diǎn)儀一般是指以高分子濕敏電阻 、濕敏電容 、氧化鋁薄膜等為感濕元件 、測(cè)量氣 體濕度的儀器儀表 , 常用于低濕范圍的測(cè)量 。露點(diǎn)儀主要由濕度傳感器或變送器和測(cè)量

電路組成 。

露點(diǎn)儀廣泛用于石化 、 電子 、 電力 、冶金等部門(mén)進(jìn)行氣體濕度的檢測(cè) , 包括間斷測(cè)

量及在線測(cè)量 。

圖 1  阻容法濕度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

濕度傳感器主要由電極 、感濕材料和電極基底等幾部分組成 。其中上層電極由特殊 的傳導(dǎo)材料制造 , 能保證水分子通過(guò) ,  同時(shí)又保護(hù)濕敏材料不受灰塵 、油污或?qū)щ娏Ｗ?的影響 。 電極的基底材料常見(jiàn)為玻璃或硅 , 主要用來(lái)支撐傳感器的結(jié)構(gòu)  (見(jiàn)圖 1) 。感 濕材料一般為氧化鋁或高分子活性聚合物薄膜 , 能夠吸收水蒸氣 , 并達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡 , 其 電參數(shù)如電容 、 電阻 、介電常數(shù)或頻率等與被測(cè)體系中水蒸氣含量具有某種直接或間接

的函數(shù)關(guān)系 。測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量濕敏元件電參數(shù)的變化 , 并換算成相應(yīng)的露點(diǎn)值 。

4  計(jì)量特性

4.1  露點(diǎn)儀示值的準(zhǔn)確度

在露點(diǎn)儀的測(cè)量范圍內(nèi) , 給出儀器的修正值  (或示值誤差) 。

4.2  露點(diǎn)儀的電信號(hào)值  (注 : 針對(duì)于露點(diǎn)傳感器和變送器)

對(duì)于不能直接顯示露點(diǎn)值的露點(diǎn)傳感器和變送器 , 測(cè)量其電信號(hào)值  (例如 :  電壓 、 電流或其他電量值) 。

4.3  露點(diǎn)儀的穩(wěn)定性

在一定的時(shí)間間隔內(nèi)露點(diǎn)儀示值的變化量 , 用 ℃/單位時(shí)間表示 。

5  校準(zhǔn)條件

5.1  實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件

實(shí)驗(yàn)室應(yīng)具備在校準(zhǔn)過(guò)程中確保濕度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和被校準(zhǔn)儀器正常工作的環(huán)境條件 , 無(wú)明顯的震動(dòng)和強(qiáng)電磁干擾 。環(huán)境溫度一般在  (23±5) ℃ , 相對(duì)濕度不高于 80%。

5.2  濕度標(biāo)準(zhǔn)儀器及其他設(shè)備

5.2.1  冷鏡式精密露點(diǎn)儀

冷鏡式精密露點(diǎn)儀作為濕度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)儀器 , 計(jì)量性能指標(biāo)如表 1所示 。

表 1  濕度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)儀器的計(jì)量性能指標(biāo)

露點(diǎn)測(cè)量范圍最大允許誤差  (MPE)

露點(diǎn)  (霜點(diǎn))  溫度 ≤ -50 ℃±0.3 ℃

露點(diǎn)  (霜點(diǎn))  溫度 > -50 ℃±0.2 ℃

5.2.2  濕度發(fā)生器

常見(jiàn)的有如下幾種類(lèi)型 :

a)  雙壓法濕度發(fā)生器 ;

b) 分流法  (稀釋法)  濕度發(fā)生器 ;

c)  雙溫法濕度發(fā)生器 ;

d)  滲透管濕度發(fā)生器 。

濕度發(fā)生器 的 低 濕 工 作 范 圍 至 少 要 達(dá) 到 露 點(diǎn)  (霜)  點(diǎn) - 50 ℃ , 波 動(dòng) 性 應(yīng) 不 大 于 0.2 ℃/30min。

注 : 如果直接以濕度發(fā)生器作為濕度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備 , 在露點(diǎn)  (霜點(diǎn))  低于 - 50 ℃時(shí) ,  要求濕度發(fā)生 器的最大允許誤差為 ±0.3 ℃ , 在露點(diǎn)  (霜點(diǎn))  高于 - 50 ℃時(shí) , 發(fā)生器的最大允許誤差為 ±0.2 ℃ 。

濕度發(fā)生器作為濕度標(biāo)準(zhǔn)儀器 , 計(jì)量性能指標(biāo)如表 2所示 。

表 2  濕度發(fā)生器計(jì)量性能指標(biāo)

發(fā)生范圍最大允許誤差  (MPE)

露點(diǎn)  (霜點(diǎn))  溫度 ≤ -50 ℃±0.3 ℃

露點(diǎn)  (霜點(diǎn))  溫度 > -50 ℃±0.2 ℃

如果以濕度發(fā)生器作為配套設(shè)備 , 要求配備精密露點(diǎn)儀作為濕度標(biāo)準(zhǔn)器 。

5.2.3  載氣

校準(zhǔn)過(guò)程所用的載氣通常為高純氮?dú)饣蚩諝?, 露  (霜)  點(diǎn)應(yīng)低于 - 75 ℃ 。 否則需 配備氣體干燥裝置 。

5.2.4  數(shù)字多用表 :  四位半 。

6  校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法

6.1  校準(zhǔn)前的準(zhǔn)備工作

檢查以下各項(xiàng) : 儀器上應(yīng)有儀器的名稱(chēng) 、型號(hào) 、編號(hào) 、制造廠名 、測(cè)量范圍 、輸入 輸出信號(hào)等內(nèi)容的銘牌 ; 指針式露點(diǎn)儀的儀表刻度應(yīng)清晰 , 指針不得彎曲 ; 數(shù)顯式露點(diǎn) 儀的數(shù)字顯示完整清晰 ; 儀器電源線插接安全可靠 , 各開(kāi)關(guān) 、旋鈕或按鍵等功能正常 。

所有的氣路接口緊密牢固 , 針閥 、快速插頭 、轉(zhuǎn)向插頭等在工作壓力范圍內(nèi) , 可保 證氣密性 。

使用符合要求的氣體管路連接標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器 、被校準(zhǔn)的露點(diǎn)儀或標(biāo)準(zhǔn)精密露點(diǎn) 儀 。氣體管路系統(tǒng)的連接管應(yīng)為不銹鋼管 、紫銅管或管壁厚度大于 1mm 的聚四氟乙烯 (PTFE)  管 , 不能使用塑料管 、橡膠管 、乳膠管等 。

整個(gè)管路系統(tǒng)的吹洗干燥過(guò)程應(yīng)該不少于 3h。

6.2  露點(diǎn)儀的校準(zhǔn)

6.2.1  露點(diǎn)儀的校準(zhǔn)過(guò)程一般是在常壓下進(jìn)行 。使用針閥調(diào)節(jié)載氣流量時(shí) , 要在儀器 的進(jìn)氣口進(jìn)行調(diào)節(jié) , 禁止在露點(diǎn)儀的出氣口調(diào)節(jié)流量 。載氣的流量應(yīng)該盡量滿足被校準(zhǔn) 儀器的要求 。

6.2.2  作為標(biāo)準(zhǔn)器的冷鏡式精密露點(diǎn)儀 , 要與被校準(zhǔn)的露點(diǎn)儀并聯(lián)連接 。

6.2.3  在系統(tǒng)的干燥過(guò)程結(jié)束后 , 調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器的參數(shù) , 對(duì)露點(diǎn)儀進(jìn)行校準(zhǔn) 。 結(jié)合被校準(zhǔn)露點(diǎn)儀的工作范圍或客戶的要求 , 一般從低濕到高濕的順序 , 期間不能通入  濕度高于露點(diǎn)設(shè)定值的濕氣 。每個(gè)濕度點(diǎn)可以間隔 10 ℃左右 , 逐點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn) 。校準(zhǔn)點(diǎn)  不能少于 3個(gè) , 低的兩個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)間隔應(yīng)不大于 10 ℃ 。

6.2.4  對(duì)于不需要干燥吹洗的露點(diǎn)儀 ,  只要把露點(diǎn)儀直接連接到吹洗好的管路上直接 進(jìn)行校準(zhǔn)即可 。

6.2.5  如果露點(diǎn)儀的生產(chǎn)廠商對(duì)儀器的干燥過(guò)程和校準(zhǔn)方法有特殊的要求 , 參照生產(chǎn) 廠商所提供的技術(shù)說(shuō)明書(shū)進(jìn)行校準(zhǔn) 。

6.2.6  當(dāng)濕度發(fā)生器和被校準(zhǔn)露點(diǎn)儀的變化量在 30min內(nèi)小于 0.2℃時(shí) , 可以認(rèn)為系 統(tǒng)達(dá)到了平衡 , 記錄標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器和精密露點(diǎn)儀的露點(diǎn)值及被校準(zhǔn)露點(diǎn)儀的露點(diǎn)顯示 值 。對(duì)于露點(diǎn)傳感器或變送器 , 用數(shù)字多用表或其他顯示儀表記錄其輸出的電信號(hào)值 。

6.2.7  如果在校準(zhǔn)過(guò)程中 , 對(duì)被校準(zhǔn)露點(diǎn)儀的工作曲線 、 電位器或其他參數(shù)進(jìn)行了調(diào) 節(jié) , 露點(diǎn)儀必須重新進(jìn)行校準(zhǔn) 。

6.2.8  露點(diǎn)濕度傳感器或變送器的校準(zhǔn)過(guò)程與露點(diǎn)濕度計(jì)的過(guò)程相同 , 在進(jìn)行數(shù)據(jù)處 理的時(shí)候 , 需要把變送器輸出的電量值  (如電壓 、 電流或其他電信號(hào)值)  換算成露點(diǎn) 值 , 計(jì)算被校準(zhǔn)儀器的修正值 。

6.2.9  根據(jù)露  (霜)  點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)值和被校準(zhǔn)露點(diǎn)儀的示值 , 計(jì)算被校儀器的修正值 。

6.2.10  如果被校準(zhǔn)的露點(diǎn)傳感器或變送器的輸出電信號(hào)值與露點(diǎn)值之間有明確的對(duì)應(yīng) 關(guān)系 , 計(jì)算出被校準(zhǔn)儀器的露點(diǎn)值 , 并給出修正值 。

注 :

1  例如 , 被校準(zhǔn)儀器的輸出信號(hào)為 4mA~20mA, 對(duì)應(yīng)于露點(diǎn)測(cè)量范圍 -80℃ ~ +20℃ , 儀

器的露點(diǎn)測(cè)量值的計(jì)算公式為 : Td   ( ℃)  - 80, 其中 A 為露點(diǎn)儀顯示的電流  (mA)

值 , Td  為露點(diǎn)儀的露點(diǎn)值 。

2  如果被校準(zhǔn)的露點(diǎn)傳感器或變送器輸出電信號(hào)值與露點(diǎn)值沒(méi)有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系 , 則只需記錄 露點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)應(yīng)的儀器電信號(hào)值即可 , 不必給出修正值 。

6.3  露點(diǎn)儀的穩(wěn)定性  (漂移)

如果需要 , 可以對(duì)露點(diǎn)儀的穩(wěn)定性進(jìn)行檢測(cè) 。

穩(wěn)定性檢測(cè)可以分為三個(gè)月 、六個(gè)月或一年 。三個(gè)月的穩(wěn)定性檢測(cè)可以每隔一個(gè)月 對(duì)儀器進(jìn)行一次校準(zhǔn) , 六個(gè)月的穩(wěn)定性可以每?jī)蓚€(gè)月進(jìn)行一次校準(zhǔn) , 一年的穩(wěn)定性可以 每三個(gè)月進(jìn)行一次校準(zhǔn) 。對(duì)于每一組測(cè)量結(jié)果 , 選取極差值作為儀器的穩(wěn)定性  (漂移) 測(cè)量結(jié)果 。

7  校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)

經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的露點(diǎn)儀出具校準(zhǔn)證書(shū) 。校準(zhǔn)證書(shū)應(yīng)給出露點(diǎn)儀的修正值及修正值的不確 定度 。其內(nèi)容格式見(jiàn)附錄 B。

8  復(fù)校時(shí)間間隔

建議露點(diǎn)儀復(fù)校時(shí)間間隔由送檢單位根據(jù)實(shí)際使用情況自主決定 。如果露點(diǎn)儀更換 傳感器或濕敏元件 , 或者儀器的工作曲線 、零度和滿度調(diào)節(jié)調(diào)整 , 儀器應(yīng)該重新進(jìn)行 校準(zhǔn) 。

濕度露點(diǎn)知識(shí)補(bǔ)充如下：

濕度理論上聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單——畢竟，它只是對(duì)空氣中水汽含量的度量。然而，并非所有人都了解不同濕度參數(shù)之間的關(guān)系，或者濕度如何隨溫度和氣壓變化。本文旨在以通俗化的語(yǔ)言介紹幾個(gè)關(guān)鍵濕度參數(shù)，同時(shí)闡述它們?cè)诓煌I(yè)應(yīng)用中的重要作用。

為什么了解濕度很重要？

大多數(shù)工程師都能測(cè)量濕度，但并非所有人都了解不同濕度參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系，以及這些參數(shù)如何隨溫度和氣壓變化。如果在這些方面犯錯(cuò)誤，即使是看似微小的錯(cuò)誤，都有可能導(dǎo)致重大工藝影響，例如產(chǎn)品質(zhì)量下降、能源浪費(fèi)或不合規(guī)。

濕度測(cè)量不準(zhǔn)確的后果會(huì)因應(yīng)用場(chǎng)景而異。下面是一些應(yīng)用示例，以及測(cè)量不準(zhǔn)確可能帶來(lái)的問(wèn)題：

暖通空調(diào)與樓宇自動(dòng)化：舒適度降低、室內(nèi)空氣質(zhì)量下降、能效降低

潔凈室（醫(yī)藥、生物技術(shù)、半導(dǎo)體領(lǐng)域）：監(jiān)管不合規(guī)、產(chǎn)品安全風(fēng)險(xiǎn)

半導(dǎo)體制造：制造良率下降

電池生產(chǎn)及干燥室：安全風(fēng)險(xiǎn)、性能下降、制造良率降低

食品和飲料：產(chǎn)品一致性差、污染

壓縮空氣系統(tǒng)：冷凝和腐蝕

每位工程師都應(yīng)了解的關(guān)鍵濕度概念

無(wú)論哪個(gè)行業(yè)，對(duì)濕度水平的誤判都會(huì)導(dǎo)致控制決策失誤，包括過(guò)度干燥、增加能源成本、低估冷凝風(fēng)險(xiǎn)和產(chǎn)品變質(zhì)。那么，如何準(zhǔn)確測(cè)量濕度？下文便是您需要了解的簡(jiǎn)要說(shuō)明。

相對(duì)濕度 (RH)

RH 是濕度單位，但仍常被誤解。RH 主要受溫度影響——“相對(duì)濕度”中的“相對(duì)”就是指的空氣中現(xiàn)有水汽量與當(dāng)前溫度下空氣所能容納的最大水汽量的比例。RH 以百分比表示，即水汽分壓與飽和壓力的比值。

Equation

 pw = 水汽分壓

pws = 飽和水汽壓

當(dāng) RH 達(dá)到 100%，也就是空氣中能容納的最大水分含量時(shí)，如果水分繼續(xù)增加，多余的水分就必須通過(guò)冷凝轉(zhuǎn)化為液態(tài)水或冰。當(dāng)空氣中沒(méi)有水汽時(shí)，無(wú)論溫度如何，RH 都會(huì)是 0%。這是因?yàn)轱柡蜌鈮褐饕軠囟扔绊?，溫度升高，飽和氣壓也?huì)上升。也就是說(shuō)，即使?jié)穸缺３植蛔?，RH 也會(huì)隨著溫度升高而下降。

真實(shí)環(huán)境中的 RH：室外溫度為 -14 °C，相對(duì)濕度為 60%。當(dāng)進(jìn)入辦公樓的空氣被加熱至 +21 °C，但空氣中的水分含量保持不變時(shí)，正常的通風(fēng)系統(tǒng)都不會(huì)進(jìn)行加濕或除濕。這是因?yàn)榧訜釙r(shí)水汽的飽和氣壓上升，空氣中能容納的最大水汽含量也會(huì)增加。由于水汽分壓未發(fā)生變化，RH 會(huì)降至 5%，這通常意味著空氣過(guò)于干燥，容易引起不適。

為什么依賴(lài) RH 可能會(huì)導(dǎo)致判斷失誤：RH 主要受溫度影響，即便是細(xì)微的溫度變化也會(huì)導(dǎo)致 RH 大幅波動(dòng)，而濕度實(shí)際上并未改變。這是因?yàn)?RH 反映的是空氣在當(dāng)前溫度下接近飽和的程度，而不是實(shí)際的水分含量。故而，如果將 RH 作為獨(dú)立參數(shù)使用，就會(huì)具有誤導(dǎo)性。在極其干燥的加壓環(huán)境中（如壓縮空氣系統(tǒng)中），RH 幾乎沒(méi)有參考價(jià)值，因?yàn)樗邢嚓P(guān)數(shù)值都極低（通常低于 1 %RH），導(dǎo)致分辨率差，無(wú)法準(zhǔn)確區(qū)分壓縮空氣質(zhì)量。

露點(diǎn) (Td) 和霜點(diǎn) (Tf)）

露點(diǎn)溫度是僅次于相對(duì)濕度的常用濕度參數(shù)。簡(jiǎn)而言之，露點(diǎn)溫度就是必須將空氣冷卻到水汽飽和狀態(tài)時(shí)的溫度。在這一節(jié)點(diǎn)上，多余的水分會(huì)開(kāi)始冷凝。不同于 RH 的是，露點(diǎn)溫度不受環(huán)境溫度影響，而是與空氣中的水分含量相關(guān)，并且總是低于或等于實(shí)際溫度。

當(dāng)露點(diǎn)溫度低于 0 °C 時(shí)，為了更精確地表述，我們會(huì)將其稱(chēng)為霜點(diǎn) (Tf)，此時(shí)水分將以冰的形式沉積，而不再是液態(tài)水。實(shí)踐中，這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)常會(huì)交叉使用，儀表通常會(huì)報(bào)告“露點(diǎn)/霜點(diǎn)”(Td/f) 的合并值。

露點(diǎn)溫度受氣壓影響，氣壓越高，露點(diǎn)溫度越高。在正常大氣條件下，露點(diǎn)溫度不會(huì)超過(guò) 100 °C，因?yàn)樵?100 °C 時(shí)，空氣將由水汽組成。要進(jìn)一步增加水分含量，必須相應(yīng)增加水汽密度和氣壓。在半導(dǎo)體工藝等特殊應(yīng)用中，為了提高材料的干燥效果，會(huì)使用真空，此時(shí)露點(diǎn)可以低至 –80 °C，約相當(dāng)于 1 ppm 的水汽。

當(dāng)不同溫度下的飽和水汽壓是已知變量時(shí)，可以根據(jù) RH 和溫度來(lái)計(jì)算露點(diǎn)。相反，如果已知露點(diǎn)和溫度/RH，也可以計(jì)算出缺少的變量。露點(diǎn)是低濕度水平下的測(cè)量指標(biāo)。測(cè)量中的不確定性會(huì)傳遞到所計(jì)算出的濕度參數(shù)中。因此，當(dāng)濕度水平非常低時(shí)，直接測(cè)量露點(diǎn)通常更為準(zhǔn)確，因?yàn)橛?RH 和溫度計(jì)算得出的露點(diǎn)可能與精確值相去甚遠(yuǎn)。