空气流速和自热效应对湿度传感器测量准确度的影响

　　0 引言

　　近年来，国际上各厂家纷纷推出了多种新款湿度传感器，其技术指标也越来越高。在对这些传感器的校准过程中，经常碰到这样的问题: 将一支刚在湿度发生器中校准过的湿度传感器拿到温湿度检定箱中使用时，立即会产生显著的差异 ( 80%RH 时，最大差值达 2%RH，且同种型号传感器的一致性非常好) ; 而将该传感器再放回到湿度发生器中进行复校，则结果完全正常。即使采用同一台精密露点仪作标准器，且标准器均采用引出气法进行测量，多次反复测试，情况均如此，于是就排除了传感器的漂移或重复性的问题。

　　又将传感器分别放置在两台风速不同的温湿度检定箱中进行测试，数据也有所差异，风速大的检定箱中的测试数据略大。湿度发生器和湿度检定箱的温湿度都十分稳定，唯一不同之处在于: 湿度发生器测试室内无强制通风，空气流速非常小 ( 最大不超过 0. 01 m/s) ，且空间比较小，传感器对流换热量小; 两台温湿度检定箱内的风速要大得多，分别为 0. 15 m/s 和 0. 9 m/s，而且箱内空间开阔，传感器对流换热比较充分。

　　综合上述情况，初步判断为风速大小影响了传感器的测量准确度。关于流速和对流换热对湿度传感器测量准确度的影响，以往文献[1 -4]中虽有提及但未做更深入的研究，未能定量给出其影响程度。因此，为弄清空气流速对湿度传感器测量结果的影响机理和影响程度，我们设计了专门的试验装置，以测试在不同的空气流速下，传感器的示值变化以及传感器的表面温度变化情况。

　　1 测试方法

　　选用美国 EdgeTech 公司生产的 EC30 型温湿度检定箱作为提供恒定相对湿度的设备，它是采用双温法工作原理的湿度发生装置，温湿度稳定性非常好，经长期测试考核，该设备温度波动度不超过0.1℃ /30 min，相对湿度波动度不超过 0.4% RH/30 min，而且波动十分平缓。另外，该湿度箱内部空间比较大 ( 1300 mm ×800 mm ×900 mm) ，箱内风速比较小 ( 0. 15 m / s) ，尤其是它自带精密露点仪 ( DEW PRIME Ⅱ型) 作为标准器进行测量和控制，且露点探头安装在箱内出风口的风道内，故其测量结果不会受到箱内被测样品的干扰，湿度值稳定可靠。因此，该设备是进行本项试验十分理想的设备，可最大限度地避免因湿度波动或标准值不可靠带来的额外试验误差。

　　我们为本项试验专门设计制作了测试风管，它是一根内径 100 mm × 1000 mm 的透明塑料管 ( 见图1) ，右端装一轴流风机向外抽风，通过调节风机工作电压来调节风管内的空气流速，实际调节范围约为 0. 1～ 1. 5 m / s，该风管放置在 EC30 型温湿度检定箱中( 见图 2) ，管内空气流向与箱内空气流向一致。当风机关闭而湿度箱正常工作时，仍有少量气流经过风管，测得此时风管内流速约为 0. 01 m/s ( 有别于湿度箱关机、风管内空气完全静止的状态，此时风速仪显示0. 00 m / s) 。被测湿度传感器安装在风管中段近出风口一侧，风速传感器安装在湿度传感器下游。各传感器横向插入风管中，相互间距约 5 cm，插入深度至风管中心轴线。