温湿度传感器检定装置对比实验与分析

1、第 3期 气 象 水 文 海 洋 仪 器No. 32010年 9月M eteor olog ical, Hy drolog ical and M arine InstrumentsSep. 2010收稿日期 :2010 03 15.基金项目 :气象计量标准装置期间核查方 法 (行业标准 :ICS 07. 060A 47. 作者简介 :王敏 (1981- , 女 , 硕士 . 从事气象仪器检定、 检修与计量方法研究工作 .温湿度传感器检定装置对比实验与分析王 敏 , 周昌文 , 魏根宝 , 宋阿伟 , 马锦国 , 陈 斌(安徽省大气探测 技术保障中心 , 合肥 230031摘 要 :合理选取 H

2、 MP45D 温湿度传感器的检定装置对提高校准质量 、 节约校准成本具有重 要意义 。 文中基于本单位现有的 4台温湿度检定装置 , 通过大量的对比实验 , 分析了不同装置 对 H MP45D 温湿度传感器校准质量的差异 。 结果表明 :恒湿盐湿度发生器和 DJM10型湿度检 定箱具有较高的性价比 , 适合作为 HMP45D 温湿度传感器的检定装置 。 具体来说 , 恒湿盐湿度 发生器适合 H MP45D 温湿度传感器的现场校准工作 , 而湿度检定箱更适合完成室内校准任务 。 关键词 :温湿度传感器 ; 检定装置 ; 校准质量 ; 误差中图分类号 :T H 71 文献标识码 :A 文章编号 :

3、1006 009X(2010 03 0084 03Comparison experiments and analysis for calibrationdevices of temperature and humidity sensorWang M in, Zhou Changw en, Wei Genbao, So ng Aw ei, Ma Jing uo, Chen Bin(A nhui A tmos p her ic Sound ing and T echnical Sup p or t Center , H ef ei 230031Abstract:T he r easo nable

4、selection of the temperatur e and humidity calibr ation dev ice has gr eat significance fo r the improvement of test quality of H M P45D senso r and the r eductio n of cost. On the application of four kinds of temperature and humidity calibratio n dev ices of our unit, the differences fo r the calib

5、ration quality of H M P45D sensors am ong calibration dev ices are analy zed based on lots of com pariso n ex perim ents. T he r esults show that humidity generator w ith saturated salt solutio ns and DJM 10humidity test chest are m ore suitable to test H M P45D sensor because o f the high co st per

6、formance r atio. The hum idity gener ator w ith saturated salt solutio ns is suitable to test H M P45D sensors o n the spo t, and hum idity test chest is fully suitable to test in the labor ator y. Key words:temperature and humidity sensor; calibration device; calibratio n quality; err or0 引言H MP45D

7、 温湿度传感器 是国内自动气象台 (站 普遍使用的温湿度传感设备 1 3。为了确保 传感器的测量准确度 , 气象部门需要对新出厂或 使用中的传感器定期 进行校准 4, 5。目前 , 主要 利用天津气象仪器厂生产的恒湿盐湿度发生器作 为此传感器的检定装置 6。随着计量技术的快速发展 , 温湿度检定装置不断地推陈出新。国内各 省气象检定部门除了配备湿度检定箱以外 , 部分 省份还配备了湿度发生器和调温调湿箱等 , 均可 进行 H M P45D 温湿度传感器的校准工作。面对 众多的温湿度检定装置 , 哪种装置的性价比更高、 校准质量最好 , 是计量工作人员较为关心的问题。 但是 , 关于这方面的研究

8、甚少 , 针对这个问题 , 利用本单位现有的 4种常用温湿度检定装置进行了 大量 的 对 比 实 验 , 分 析 了 各 检 定 装 置 校 准 H MP45D 温湿度传感器的质量差异 , 为计量工作 者提供一定的参考。1 检定装置本单位配备的温湿度检定装置有恒湿盐湿度 发生器、 H U MOR20型湿度发生器、 DJM 10湿度 检定箱和调温调湿箱。恒湿盐湿度发生器是天津 气象仪器厂生产的 JDH 1型湿度检定装置 (出厂 编号 :02-005 , 利用一定温度下密闭容器中氯化 镁和硫酸锌饱和溶液上方的湿度值为一确定值的 原理制成 , 可进行 33%和 87%两湿度点的校准 ; H UM O

9、R20型 湿 度 发 生 器 是 奥 地 利 E +E Elektronik R Ges. m. b. H. 公司 生产的湿 度发生 设备 (出厂编号 :P58983. 168 , 采用了传统双压 法的工作原理 , 通过控制湿度发生器饱和室内气 相压力 , 利用减压阀使饱和空气的压力降为环境 压力 , 并导入测量室 , 从而可调节测量室内部空气 湿度 ; DJM 10湿度检定箱是天津气象仪器厂生产 (出厂编号 :03 , 其控湿原理是利用电动通风干湿 表测得的相对湿度值为标准信号 , 通过控制系统 调节加湿器与干燥系统的通断 , 实现箱体内湿度 的调节 ; 调温调湿箱是德国伟思富奇公司生产的

10、环境试验箱 (出厂编号 :54686004190320 , 其控湿 原理类似于 DJM 10湿度检定箱 , 根据内置的干湿 球温度表测得的温度值推算出测量室内的湿度 , 并由加湿 系 统 和 除 湿 系 统 进 行 湿度 调 节。与 DJM 10湿度检定箱不同的是调温调湿箱可以进 行温度控制 , 控温范围为 -70180。2 校准结果及分析实验主要依据 ! 自动气象 站现场校准方 法 (试行 进行两点校准 , 校准点分别为 33%RH 和 87%RH 。按照暂 行校准方法的 规定 , 温 湿度传 感器的温度误差小于 0. 2, 湿度小于 80%RH 时湿度误差小于 4%RH , 湿度大于 80

11、%RH 时湿 度误 差小 于 8%RH 。我们 选 取 5支新 出 厂的 H MP45D 温湿度传感器进行实验 , 并以 H M P233温湿度仪为标准器。检定时 , 将 H M P233温湿度 仪与 H M P45D 温湿度传感器同时放入温湿度检 定装置中 , 稳定 30min 后开始读数 , 1次 /m in 读 数 , 共读 10次。数据处理时 , 分别将 HMP233温 湿度仪 10次温度和湿度读数求均值后加上相应修 正值作为其标准值 , 再分别计算 HMP45D 温湿度 传感器 10次温度和湿度读数的平均值 , 并以此作 为其校准结果。最后 , 将 H MP45D 温湿度传感器 的校

12、准结果减去标准值 , 得到温度和湿度的测量误 差。下面 分别 介绍 采 用 4种检 定装 置检 定 时 , HMP45D 温湿度传感器的温度和湿度校准结果。 2. 1 温度表 1显示了 5支 H MP45D 温湿度传感器分 别在 4种检定装置中的温度校准结果。利用 E+ E 湿 度 发 生 器 校 准 时 , H M P233温 湿 度 仪 与 H MP45D 温湿度传感器不能同时放入测量室进 行测量。由于两装置 均为二等温湿 度量传标准 器 , 实验中采用了 E+E 湿度发生器修正后的测 量结果作为标准值。因为恒湿盐湿度发生器、 E +E 湿度发生器和湿度检定箱不能设定温度校准 点 , 所测

13、温度均为环境温度。调温调湿箱也可关 闭温控进行环境温度单点校准 , 但失去了温度可 调的自身优势。实验中将调温调湿箱的温度校准 点设为 20, 接近环境温度 , 并测得 H M P45D 温 湿度传感器的温度误差。根据表 1中数据 , 计算得到 H M P45D 温湿度 传感 器相 对于 标准 器 的温 度测 量误 差 见表 2。表 1 HMP45D 温湿度传感器在 4种检定装置中的温度校准结果 (单位 :恒湿盐湿度发生器 HM P233HM P45DE +E 湿度发生器湿度发生器 H M P45DJM 10湿度检定箱DH M P233HM P45D调温恒调箱 H M P233H M P45D

14、D241006017. 517. 520. 220. 114. 914. 820. 420. 7 D212004223. 023. 020. 220. 020. 019. 820. 120. 5 33%D241005422. 022. 120. 120. 014. 314. 420. 120. 5 D241006320. 520. 420. 220. 215. 215. 420. 220. 6 D265003319. 819. 620. 220. 015. 715. 720. 220. 4 D241006012. 512. 721. 321. 514. 514. 620. 020. 4 D21

15、2004219. 219. 321. 020. 819. 519. 620. 120. 3 87%D241005417. 417. 619. 819. 719. 619. 820. 120. 4 D241006315. 916. 119. 519. 620. 120. 320. 020. 4 表中 多支传感器差值均值 %为 5支传感器在同一 检定装置中温度误差绝对值的均值。从表 2中可 以看出 , 对于同一支温湿度传感器来说 , 恒湿盐湿 度发生器、 E+E 湿度发生器和 DJM10湿度检定箱 的 多支传感器差值均值 %分别为 0. 11, 0. 13和 0. 12, 而调温调湿箱为 0. 3

16、2, 同时其部分 校准结果出现超差的情况。根据另 3种检定装置 的校准结果初步判断 , 5支传感器均符合 ! 自动气 象站现场校准方法 规程的技术要求。而调温调 湿箱在控温状态下 , 不能真实反映传感器的温度 性能 , 温度校准结果的置信度较低。2. 2 湿度表 3显示了 4种检定装置校准 H M P45D 温 湿度传感器时的湿度校准结果。同样 , 利用 E+ E 湿度发生器校准 H M P45D 温湿度传感器时 , 采 用了 E+E 湿度发生器的修正后的测量结果作为 湿度的标准值。表 2 HMP45D 温湿度传感器在 4种检定 装置中 的温度测量 误差恒湿盐湿度发生器E+E 湿度发生器DJM

17、 10湿度检定箱调温 调湿箱 D24100600. 0-0. 1-0. 10. 3 D21200420. 0-0. 2-0. 20. 4 33%D24100540. 1-0. 10. 10. 4 D2410063-0. 10. 00. 20. 4 D2650033-0. 2-0. 20. 00. 2 D24100600. 20. 20. 10. 4 D21200420. 1-0. 20. 10. 2 87%D24100540. 2-0. 10. 20. 3 D24100630. 20. 10. 20. 4 D26500330. 0-0. 10. 00. 2多支传感器差值均值0. 110. 13

18、0. 120. 32表 3 HMP45D 温湿度传感器在 4种检定装置 中的湿度校准结果 %RH恒湿盐湿度发生器 HM P233HM P45DE +E 湿度发生器湿度发生器 H M P45DDJ M 6湿度检定箱HM P233HM P45D调温调湿箱 H M P233H M P45DD241006035. 43540. 34039. 54036. 736 D212004236. 03540. 44040. 14136. 936 33%D241005436. 03540. 44040. 54137. 437 D241006332. 13340. 44040. 44136. 837 D265003

19、335. 83540. 44040. 44037. 337 D241006086. 78489. 08689. 28789. 786 D212004287. 78489. 08690. 28889. 586 87%D241005491. 48889. 08790. 08789. 887 D241006388. 08588. 98789. 88789. 987 D265003387. 58589. 08790. 38889. 287将表 3中 H MP45D 温湿度传感器湿度校准 结果减去湿度标准值 , 得到 5支传感器在不同的 检定装置中湿度测量误差 , 计算结果如表 4所示。 从表 4中可以

20、看出 , 4种检定装置校准 5支传感 器时 , 测量误差中的 多支传感器差值平均 %分别 为 1. 9%RH , 1. 4%RH , 1. 5%RH 和 1. 8%RH 。 总体来看 , 4种检定装置湿度校准结果具有较高 的准确度和可 信度 , 均 可进行 H M P45D 温湿度 传感器的校准。但是 , 从设备成本、 工作效率、 能 耗和普及率等方面综合来看 , 调温调湿箱和 E+ E 湿度发生器的价格相对较高 , 目前只有部分省 份配 备了这两种校准装置 , 还不能在全国推广。 而恒湿盐湿度发生器和湿度检定箱具有较高的性 价比和普及率 , 较适合校准 H M P45D 温湿度传感 器的湿度

21、。同时 , 从室内和室外校准来看 , 恒湿盐 湿度发生器的体积较小 , 携带方便 , 便于到现场校 据需要设定湿度点 , 提高传感器的校准质量 , 更适 于在实验室内进行批量传感器的校准。表 4 HMP45D 温湿度传感器在 4种检定校准装置 中的湿度测量误差 %RH恒湿盐湿度发生器E+E 湿度发生器DJM 10湿度检定箱调温 调湿箱 D2410060-0. 4-0. 30. 5-0. 7 D2120042-1. 0-0. 40. 9-0. 9 33%D2410054-1. 0-0. 40. 5-0. 4 D24100630. 9-0. 40. 60. 2 D2650033-0. 8-0. 4

22、-0. 4-0. 3 D2410060-2. 7-3. 0-2. 2-3. 7 D2120042-3. 7-3. 0-2. 2-3. 5 87%D2410054-3. 4-2. 0-3. 0-2. 8 D2410063-3. 0-1. 9-2. 8-2. 9 D2650033-2. 5-2. 0-2. 3-2. 2多支传感器差值均值1. 9 1. 4 1. 5 1. 8 (下转第 93页 5 结论(1 台风 巨爵 %近海突然增强时 , 南亚高压 和副热带高压减弱 , 地面有弱冷空气。(2 巨爵 %发生近海突然加强时 , 环境风垂 直切变大小为 10m/s 左右时 , 南海北部海面持续 28左右

23、的海温。(3 在 巨爵 %近海突然增强过程中 , 台风中 心附近正涡度增大 , 正涡度柱向对流层中上层伸 展。台风中心附近高层辐散、 低层辐合的范围和 强度都在不断增大。参考文献 :1阎俊 岳 . 近海热带 气旋 迅速 加强的 气候 特征 J. 应 用气 象学报 , 1996, 7(1 :28 35.2于玉斌 , 杨昌贤 , 姚秀 萍 . 近海热 带气 旋强度 突变 的 垂直 结构特 征 分析 J. 大 气 科 学 , 2007, 31(5 :1 11.3梁建 茵 , 陈子通 , 万齐林 , 等 . 热带气旋 黄蜂 %登陆 过 程诊断分析 J.热带气 象学报 , 2003, 19(增刊 :45

24、 55. 4胡春梅 , 端义宏 , 余晖 , 等 . 华南地区热带气旋登陆 前 强 度突变的 大尺 度 环境 诊 断分 析 J. 热 带气 象 学 报 , 2005, 21(4 :377 382.5于 玉斌 , 姚秀萍 . 西北太平洋热带气旋强度变化的 统 计 特征 J.热带气象学报 , 2006, 22(6 :521 526. 6Linda A P, Bar ry N H , N oel E D, et al. Inf luence o f enviro nmental v ertical wind shear on t he intensity o f hurr icane st reng

25、 th t ropical cy clo nes in the A ustr al ian r egio nJ.M on Wea Rev, 2005, 133, 3644 3660. 7Z hu T , Zhang D L , W eng F Z. N umerical simulation o f hur riane bonnie(1998 :eyew all ev olution and in tensity Chang esJ. M on W ea Rev, 2004, 132:225 241.8Reasor P D, M o nt gomer y M T , Gr asso L D.

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