Swsy-H型温湿度计量装置的研制

　　0　引言

　　目前国内能够在不同温度下(5~40℃)产生高精度的标准湿气(15% ~95% )的产品较少。国外产品主要有美国Thunder公司的Model 2500低湿发生器、奥地利E+E公司的HUMOR10高精度湿度发生器,以及日本神荣株式会社的SRH-1分流法湿度发生器。Model2500的优点是自动化程度高、精度高,体积小于0·5m3,适合低湿校准;缺点是价格昂贵,温度精度只有±0·06℃,不能作为温度计量标准使用。HU-MOR10的优点是价格适中,使用方便;缺点是湿度范围较窄(10% ~85%RH),只适合于常温下的湿度检定。SRH-1的优点是结构简单,响应速度快,通过调节湿气和干气的混合比可以很快获得所需的湿气;缺点是测量室温场不均匀,很难获得很高的准确度,通常情况下需要配高精度的精密露点仪一起作为标准使用,总体费用比较高。针对这种情况,我们研制了Swsy-H型温湿度计量装置。

　　1　系统结构与工作原理

　　Swsy-H型温湿度计量装置有湿度校准和温度校准两种功能,主要用于温度、湿度传感器的计量检定。图1为温湿度计量装置系统各部分的组成,主要包括以下几部分:气源及其过滤装置、稳压装置、恒温装置、饱和器和测量室、温度校准区、单片机测控系统。

　　1·1　温度测量系统

　　Swsy-H型温湿度计量装置使用特别定制的制冷恒温槽为温度校准提供温场。为了减小温场不均匀对校准的影响,标准铂电阻和被校温度传感器的插入点位于一个水平面上,如图2所示。温度校准区安装一支二等标准铂电阻,用7位半数字电压表进行测量,被检温度计与标准铂电阻进行比对。

　　1·2　湿度测量系统

　　Swsy-H型湿度发生器采用双压原理,空压机产生的高压气体减压后进入饱和器,在恒温系统中充分换热达到饱和后,等温膨胀至常压进入测量室。饱和器和测量室采用一体化设计,保证饱和器和测量室的温度一致。产生湿气的工作原理如图3所示,压缩空气经过压力调节阀调节压力,减小气源压力波动对系统的影响,经流量控制阀进入饱和器,气体在饱和器内充分饱和后经流量控制阀减压至常压进入测量室。

　　在测试室和饱和器的温度保持一致的条件下,测试室的相对湿度可以根据以下公式计算得到:

　　其中,pc和ps通过安装在测量室和饱和器上的压力传感器测量得到。利用压力传感器测得的压力值,可通过上述公式计算相对湿度;通过调节稳压装置改变饱和室的压力,进而改变测量室和饱和器的压力比,从而得到设定湿度的气体。

　　2　测控系统设计

　　Swsy-H型温湿度计量检定装置的控制装置主要用于温度、压力的采集和控制,相对湿度的显示,并实现与上位机的数据交换。实现的功能包括恒温槽温度控制,饱和器温度,压力信号采集、显示,通讯。温湿度计量检定装置的控制装置结构如图4所示,实线区域内为该硬件电路的基本模块,主要包括电源、CPU、数码显示、串口扩展、A/D转换五部分。