本文根據溫濕度變送器實際使用情況及長期校準累積的經驗，專業介紹溫濕度變送器校準方法和溫濕度變送器校準所需主要配套設備配置情況。
溫濕度變送器校準方法
1、標準器和主要配套設備
溫濕度變送器校準需要溫濕度校驗箱、精密露點儀、恒溫槽、二等標準鉑電阻溫度計、電橋或數字多用表、數字直流電流表、直流電源這些標準器和主要設備。
①溫濕度校驗箱：相對濕度量程為5%RH-95%RH，相對濕度穩定性為±0.8%RH，相對濕度均勻性1.0%RH，溫度量程為5℃-50℃，溫度穩定性為±0.1℃，溫度均勻性為0.3℃。
②精密露點儀：測量范圍為-20℃DP~40℃DP，測量誤差限為±0.2℃DP，具有相對濕度顯示功能，顯示分辨力0.1%RH以上。
③恒溫槽：溫度范圍為-30℃~100℃，工作區域最大溫差不大于0.10℃，10min內溫度穩定性為±0.02℃。
④二等標準鉑電阻溫度計：準確度等級為二等，測量范圍為-189.3442℃~419.527℃。
⑤電測儀器：電橋或可測量電阻的數字多用表，0.005級及以上等級，與標準鉑電阻溫度計配套使用。數字直流電流表：測量范圍為0~30mA，準確度等級為0.01級~0.05級，用于測量被測溫濕度變送器電輸出電流。直流電源：雙路0~30V可調，輸出直流電壓紋波<1%。
2、環境條件
環境溫度：15℃~25℃，濕度：<85%RH。
3、溫濕度變送器校準項目和校準方法
①校準點的選擇根據溫濕度變送器使用情況，溫度校準點可選15℃、20℃、30℃，濕度校準點可在設定溫度后(20℃或25℃)，從10%RH至90%RH，每間隔10%RH選擇一個校準點。另外，溫濕度校準點的選擇也可根據用戶實際需求來確定。
②溫度示值誤差校準
由于高準確度溫濕度變送器溫度傳感器測量最大允許誤差為±0.3℃，溫濕度檢定箱提供的溫度場均勻性、波動性較大，不適合用于開展高準確度溫濕度變送器溫度參數的校準，選用恒溫槽、二等標準鉑電阻溫度計作為溫度標準器進行溫濕度變送器溫度參數的校準。具體校準方法為：將被測儀器感溫探頭放置在內徑略大于感溫元件的玻璃試管中，管口用脫脂棉塞緊，降低對流傳熱的影響。將裝有被測儀器感溫元件的試管和標準鉑電阻溫度計分別插入恒溫槽中，插入深度保持在恒溫槽工作區域，以減小外部環境對其測溫的影響。同時為減小恒溫槽溫度不均勻性引入的誤差，應盡可能保證標準鉑電阻溫度計插入深度與被測儀器插入深度相同，且標準鉑電阻溫度計與被測儀器感溫探頭盡量靠近。穩定后，每隔2min左右記錄標準鉑電阻溫度計和被測儀器數據，共記錄3次。溫度誤差計算公式如公式1所示。
式中：ΔIt為被測溫濕度變送器各溫度被校點測量誤差，mA；
為被測溫濕度變送器溫度被校點實際輸出的平均值，mA；Itm為被測溫濕度變送器的溫度輸出量程，mA；tm為被測溫濕度變送器的溫度輸入量程，℃；t0為被測溫濕度變送器溫度輸入的理論下限值，℃；t為標準鉑電阻溫度計測得的平均溫度值，℃；It0為被測溫濕度變送器溫度輸出范圍的下限值，mA。
③相對濕度示值誤差校準
把被測儀器放入溫濕度檢定箱中，在20℃或25℃時，從低濕到高濕依次設定濕度校準點。當校準箱內的濕度達到設定值并穩定后記錄數據，先讀精密露點儀，后讀溫濕度變送器的輸出值，隔2min后再次記錄，共記錄3次。濕度誤差計算公式如公式2所示。
式中：ΔIH為被測溫濕度變送器各濕度被校點測量誤差，mA；
為被測溫濕度變送器濕度被校點實際輸出的平均值，mA；IHm為被測溫濕度變送器的濕度輸出量程，mA；Hm為被測溫濕度變送器的濕度輸入量程，%RH；H0為被測溫濕度變送器濕度輸入的理論下限值，%RH；H為精密露點儀測得的平均濕度值，%RH；IH0為被測溫濕度變送器濕度輸出范圍的下限值，mA。
溫濕度變送器校準實例分析
以某個溫濕度變送器為例來說明溫濕度變送器的校準方法。該變送器溫度測量范圍為0-50℃，濕度測量范圍為0-100%RH，溫濕度輸出均為標準電流信號4-20mA。溫度校準點為5℃、20℃、50℃，濕度校準點為20℃下40%RH，60%RH，90%RH。校準數據分別如表1和表2所示。
表1 溫度示值誤差校準數據
序號 溫度校準點 5℃ 20℃ 50℃
1 標準 5.1℃ 20.1℃ 50.1℃
被檢 5.599mA 10.401mA 19.997mA
2 標準 5.1℃ 20.1℃ 50.1℃
被檢 5.598mA 10.401mA 19.996mA
3 標準 5.1℃ 20.1℃ 50.1℃
被檢 5.599mA 10.400mA 19.997mA
平均值 標準 5.1℃ 20.1℃ 50.1℃
被檢 5.599mA 10.401mA 19.997mA
表2 濕度示值誤差校準數據
序號 濕度校準點 40%RH 60%RH 90%RH
1 標準 39.9%RH 59.8% 89.6%RH
被檢 10.685mA 13.778mA 18.669mA
2 標準 39.9%RH 59.8% 89.6%RH
被檢 10.688mA 13.786mA 18.66mA
3 標準 39.9%RH 59.8% 89.6%RH
被檢 10.682mA 13.782mA 18.703mA
平均值 標準 39.9%RH 59.8% 89.6%RH
被檢 10.685mA 13.782mA 18.699mA
根據公式1和公式2計算得到的校準結果如表3和表4所示。
表3 溫度校準結果
校準點(℃) 標準值(℃) 實測輸出值(mA) 溫度示值誤差(mA)
5 5.1 5.599 -0.033
20 20.1 10.401 -0.031
50 50.1 19.997 -0.035
表4 濕度校準結果(20℃時)
校準點(%RH) 標準值(%RH) 實測輸出值(mA) 濕度示值誤差(mA)
40 39.9 10.685 +0.301
60 59.8 13.782 +0.214
90 89.6 18.699 +0.063
本文介紹了溫濕度變送器的工作原理，并提出一種用于高精密溫濕度變送器的校準方法，以二等標準鉑電阻溫度計和精密露點儀為標準器，通過校準溫濕度變送器溫、濕度示值誤差，保證了溫濕度變送器輸出量值的有效溯源，最后利用該方法對某公司生產的高準確度溫濕度變送器進行了校準。所述校準方法簡便快捷，操作性強，能夠滿足高準確度溫濕度變送器的性能和使用要求，具有較大的實際應用范圍。
作者：重慶市計量質量檢測研究院 劉穎、張雯、張維禮、羅涵、張惠敏、龔子瑤
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