溫濕度傳感器檢定裝置對比實(shí)驗(yàn)與分析

1、第 3期 氣 象 水 文 海 洋 儀 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.基金項(xiàng)目 :氣象計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置期間核查方 法 (行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) :ICS 07. 060A 47. 作者簡介 :王敏 (1981- , 女 , 碩士 . 從事氣象儀器檢定、 檢修與計(jì)量方法研究工作 .溫濕度傳感器檢定裝置對比實(shí)驗(yàn)與分析王 敏 , 周昌文 , 魏根寶 , 宋阿偉 , 馬錦國 , 陳 斌(安徽省大氣探測 技術(shù)保障中心 , 合肥 230031摘 要 :合理選取 H

2、 MP45D 溫濕度傳感器的檢定裝置對提高校準(zhǔn)質(zhì)量 、 節(jié)約校準(zhǔn)成本具有重 要意義 。 文中基于本單位現(xiàn)有的 4臺溫濕度檢定裝置 , 通過大量的對比實(shí)驗(yàn) , 分析了不同裝置 對 H MP45D 溫濕度傳感器校準(zhǔn)質(zhì)量的差異 。 結(jié)果表明 :恒濕鹽濕度發(fā)生器和 DJM10型濕度檢 定箱具有較高的性價(jià)比 , 適合作為 HMP45D 溫濕度傳感器的檢定裝置 。 具體來說 , 恒濕鹽濕度 發(fā)生器適合 H MP45D 溫濕度傳感器的現(xiàn)場校準(zhǔn)工作 , 而濕度檢定箱更適合完成室內(nèi)校準(zhǔn)任務(wù) 。 關(guān)鍵詞 :溫濕度傳感器 ; 檢定裝置 ; 校準(zhǔn)質(zhì)量 ; 誤差中圖分類號 :T H 71 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :A 文章編號 :

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、 溫濕度傳感器 是國內(nèi)自動氣象臺 (站 普遍使用的溫濕度傳感設(shè)備 1 3。為了確保 傳感器的測量準(zhǔn)確度 , 氣象部門需要對新出廠或 使用中的傳感器定期 進(jìn)行校準(zhǔn) 4, 5。目前 , 主要 利用天津氣象儀器廠生產(chǎn)的恒濕鹽濕度發(fā)生器作 為此傳感器的檢定裝置 6。隨著計(jì)量技術(shù)的快速發(fā)展 , 溫濕度檢定裝置不斷地推陳出新。國內(nèi)各 省氣象檢定部門除了配備濕度檢定箱以外 , 部分 省份還配備了濕度發(fā)生器和調(diào)溫調(diào)濕箱等 , 均可 進(jìn)行 H M P45D 溫濕度傳感器的校準(zhǔn)工作。面對 眾多的溫濕度檢定裝置 , 哪種裝置的性價(jià)比更高、 校準(zhǔn)質(zhì)量最好 , 是計(jì)量工作人員較為關(guān)心的問題。 但是 , 關(guān)于這方面的研究

8、甚少 , 針對這個(gè)問題 , 利用本單位現(xiàn)有的 4種常用溫濕度檢定裝置進(jìn)行了 大量 的 對 比 實(shí) 驗(yàn) , 分 析 了 各 檢 定 裝 置 校 準(zhǔn) H MP45D 溫濕度傳感器的質(zhì)量差異 , 為計(jì)量工作 者提供一定的參考。1 檢定裝置本單位配備的溫濕度檢定裝置有恒濕鹽濕度 發(fā)生器、 H U MOR20型濕度發(fā)生器、 DJM 10濕度 檢定箱和調(diào)溫調(diào)濕箱。恒濕鹽濕度發(fā)生器是天津 氣象儀器廠生產(chǎn)的 JDH 1型濕度檢定裝置 (出廠 編號 :02-005 , 利用一定溫度下密閉容器中氯化 鎂和硫酸鋅飽和溶液上方的濕度值為一確定值的 原理制成 , 可進(jìn)行 33%和 87%兩濕度點(diǎn)的校準(zhǔn) ; H UM O

9、R20型 濕 度 發(fā) 生 器 是 奧 地 利 E +E Elektronik R Ges. m. b. H. 公司 生產(chǎn)的濕 度發(fā)生 設(shè)備 (出廠編號 :P58983. 168 , 采用了傳統(tǒng)雙壓 法的工作原理 , 通過控制濕度發(fā)生器飽和室內(nèi)氣 相壓力 , 利用減壓閥使飽和空氣的壓力降為環(huán)境 壓力 , 并導(dǎo)入測量室 , 從而可調(diào)節(jié)測量室內(nèi)部空氣 濕度 ; DJM 10濕度檢定箱是天津氣象儀器廠生產(chǎn) (出廠編號 :03 , 其控濕原理是利用電動通風(fēng)干濕 表測得的相對濕度值為標(biāo)準(zhǔn)信號 , 通過控制系統(tǒng) 調(diào)節(jié)加濕器與干燥系統(tǒng)的通斷 , 實(shí)現(xiàn)箱體內(nèi)濕度 的調(diào)節(jié) ; 調(diào)溫調(diào)濕箱是德國偉思富奇公司生產(chǎn)的

10、環(huán)境試驗(yàn)箱 (出廠編號 :54686004190320 , 其控濕 原理類似于 DJM 10濕度檢定箱 , 根據(jù)內(nèi)置的干濕 球溫度表測得的溫度值推算出測量室內(nèi)的濕度 , 并由加濕 系 統(tǒng) 和 除 濕 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 濕度 調(diào) 節(jié)。與 DJM 10濕度檢定箱不同的是調(diào)溫調(diào)濕箱可以進(jìn) 行溫度控制 , 控溫范圍為 -70180。2 校準(zhǔn)結(jié)果及分析實(shí)驗(yàn)主要依據(jù) ! 自動氣象 站現(xiàn)場校準(zhǔn)方 法 (試行 進(jìn)行兩點(diǎn)校準(zhǔn) , 校準(zhǔn)點(diǎn)分別為 33%RH 和 87%RH 。按照暫 行校準(zhǔn)方法的 規(guī)定 , 溫 濕度傳 感器的溫度誤差小于 0. 2, 濕度小于 80%RH 時(shí)濕度誤差小于 4%RH , 濕度大于 80

11、%RH 時(shí)濕 度誤 差小 于 8%RH 。我們 選 取 5支新 出 廠的 H MP45D 溫濕度傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn) , 并以 H M P233溫濕度儀為標(biāo)準(zhǔn)器。檢定時(shí) , 將 H M P233溫濕度 儀與 H M P45D 溫濕度傳感器同時(shí)放入溫濕度檢 定裝置中 , 穩(wěn)定 30min 后開始讀數(shù) , 1次 /m in 讀 數(shù) , 共讀 10次。數(shù)據(jù)處理時(shí) , 分別將 HMP233溫 濕度儀 10次溫度和濕度讀數(shù)求均值后加上相應(yīng)修 正值作為其標(biāo)準(zhǔn)值 , 再分別計(jì)算 HMP45D 溫濕度 傳感器 10次溫度和濕度讀數(shù)的平均值 , 并以此作 為其校準(zhǔn)結(jié)果。最后 , 將 H MP45D 溫濕度傳感器 的校

12、準(zhǔn)結(jié)果減去標(biāo)準(zhǔn)值 , 得到溫度和濕度的測量誤 差。下面 分別 介紹 采 用 4種檢 定裝 置檢 定 時(shí) , HMP45D 溫濕度傳感器的溫度和濕度校準(zhǔn)結(jié)果。 2. 1 溫度表 1顯示了 5支 H MP45D 溫濕度傳感器分 別在 4種檢定裝置中的溫度校準(zhǔn)結(jié)果。利用 E+ E 濕 度 發(fā) 生 器 校 準(zhǔn) 時(shí) , H M P233溫 濕 度 儀 與 H MP45D 溫濕度傳感器不能同時(shí)放入測量室進(jìn) 行測量。由于兩裝置 均為二等溫濕 度量傳標(biāo)準(zhǔn) 器 , 實(shí)驗(yàn)中采用了 E+E 濕度發(fā)生器修正后的測 量結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn)值。因?yàn)楹銤覃}濕度發(fā)生器、 E +E 濕度發(fā)生器和濕度檢定箱不能設(shè)定溫度校準(zhǔn) 點(diǎn) , 所測

13、溫度均為環(huán)境溫度。調(diào)溫調(diào)濕箱也可關(guān) 閉溫控進(jìn)行環(huán)境溫度單點(diǎn)校準(zhǔn) , 但失去了溫度可 調(diào)的自身優(yōu)勢。實(shí)驗(yàn)中將調(diào)溫調(diào)濕箱的溫度校準(zhǔn) 點(diǎn)設(shè)為 20, 接近環(huán)境溫度 , 并測得 H M P45D 溫 濕度傳感器的溫度誤差。根據(jù)表 1中數(shù)據(jù) , 計(jì)算得到 H M P45D 溫濕度 傳感 器相 對于 標(biāo)準(zhǔn) 器 的溫 度測 量誤 差 見表 2。表 1 HMP45D 溫濕度傳感器在 4種檢定裝置中的溫度校準(zhǔn)結(jié)果 (單位 :恒濕鹽濕度發(fā)生器 HM P233HM P45DE +E 濕度發(fā)生器濕度發(fā)生器 H M P45DJM 10濕度檢定箱DH M P233HM P45D調(diào)溫恒調(diào)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 多支傳感器差值均值 %為 5支傳感器在同一 檢定裝置中溫度誤差絕對值的均值。從表 2中可 以看出 , 對于同一支溫濕度傳感器來說 , 恒濕鹽濕 度發(fā)生器、 E+E 濕度發(fā)生器和 DJM10濕度檢定箱 的 多支傳感器差值均值 %分別為 0. 11, 0. 13和 0. 12, 而調(diào)溫調(diào)濕箱為 0. 3

16、2, 同時(shí)其部分 校準(zhǔn)結(jié)果出現(xiàn)超差的情況。根據(jù)另 3種檢定裝置 的校準(zhǔn)結(jié)果初步判斷 , 5支傳感器均符合 ! 自動氣 象站現(xiàn)場校準(zhǔn)方法 規(guī)程的技術(shù)要求。而調(diào)溫調(diào) 濕箱在控溫狀態(tài)下 , 不能真實(shí)反映傳感器的溫度 性能 , 溫度校準(zhǔn)結(jié)果的置信度較低。2. 2 濕度表 3顯示了 4種檢定裝置校準(zhǔn) H M P45D 溫 濕度傳感器時(shí)的濕度校準(zhǔn)結(jié)果。同樣 , 利用 E+ E 濕度發(fā)生器校準(zhǔn) H M P45D 溫濕度傳感器時(shí) , 采 用了 E+E 濕度發(fā)生器的修正后的測量結(jié)果作為 濕度的標(biāo)準(zhǔn)值。表 2 HMP45D 溫濕度傳感器在 4種檢定 裝置中 的溫度測量 誤差恒濕鹽濕度發(fā)生器E+E 濕度發(fā)生器DJM

17、 10濕度檢定箱調(diào)溫 調(diào)濕箱 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多支傳感器差值均值0. 110. 13

18、0. 120. 32表 3 HMP45D 溫濕度傳感器在 4種檢定裝置 中的濕度校準(zhǔn)結(jié)果 %RH恒濕鹽濕度發(fā)生器 HM P233HM P45DE +E 濕度發(fā)生器濕度發(fā)生器 H M P45DDJ M 6濕度檢定箱HM P233HM P45D調(diào)溫調(diào)濕箱 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將表 3中 H MP45D 溫濕度傳感器濕度校準(zhǔn) 結(jié)果減去濕度標(biāo)準(zhǔn)值 , 得到 5支傳感器在不同的 檢定裝置中濕度測量誤差 , 計(jì)算結(jié)果如表 4所示。 從表 4中可以

20、看出 , 4種檢定裝置校準(zhǔn) 5支傳感 器時(shí) , 測量誤差中的 多支傳感器差值平均 %分別 為 1. 9%RH , 1. 4%RH , 1. 5%RH 和 1. 8%RH 。 總體來看 , 4種檢定裝置濕度校準(zhǔn)結(jié)果具有較高 的準(zhǔn)確度和可 信度 , 均 可進(jìn)行 H M P45D 溫濕度 傳感器的校準(zhǔn)。但是 , 從設(shè)備成本、 工作效率、 能 耗和普及率等方面綜合來看 , 調(diào)溫調(diào)濕箱和 E+ E 濕度發(fā)生器的價(jià)格相對較高 , 目前只有部分省 份配 備了這兩種校準(zhǔn)裝置 , 還不能在全國推廣。 而恒濕鹽濕度發(fā)生器和濕度檢定箱具有較高的性 價(jià)比和普及率 , 較適合校準(zhǔn) H M P45D 溫濕度傳感 器的濕度

21、。同時(shí) , 從室內(nèi)和室外校準(zhǔn)來看 , 恒濕鹽 濕度發(fā)生器的體積較小 , 攜帶方便 , 便于到現(xiàn)場校 據(jù)需要設(shè)定濕度點(diǎn) , 提高傳感器的校準(zhǔn)質(zhì)量 , 更適 于在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行批量傳感器的校準(zhǔn)。表 4 HMP45D 溫濕度傳感器在 4種檢定校準(zhǔn)裝置 中的濕度測量誤差 %RH恒濕鹽濕度發(fā)生器E+E 濕度發(fā)生器DJM 10濕度檢定箱調(diào)溫 調(diào)濕箱 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多支傳感器差值均值1. 9 1. 4 1. 5 1. 8 (下轉(zhuǎn)第 93頁 5 結(jié)論(1 臺風(fēng) 巨爵 %近海突然增強(qiáng)時(shí) , 南亞高壓 和副熱帶高壓減弱 , 地面有弱冷空氣。(2 巨爵 %發(fā)生近海突然加強(qiáng)時(shí) , 環(huán)境風(fēng)垂 直切變大小為 10m/s 左右時(shí) , 南海北部海面持續(xù) 28左右

23、的海溫。(3 在 巨爵 %近海突然增強(qiáng)過程中 , 臺風(fēng)中 心附近正渦度增大 , 正渦度柱向?qū)α鲗又猩蠈由?展。臺風(fēng)中心附近高層輻散、 低層輻合的范圍和 強(qiáng)度都在不斷增大。參考文獻(xiàn) :1閻俊 岳 . 近海熱帶 氣旋 迅速 加強(qiáng)的 氣候 特征 J. 應(yīng) 用氣 象學(xué)報(bào) , 1996, 7(1 :28 35.2于玉斌 , 楊昌賢 , 姚秀 萍 . 近海熱 帶氣 旋強(qiáng)度 突變 的 垂直 結(jié)構(gòu)特 征 分析 J. 大 氣 科 學(xué) , 2007, 31(5 :1 11.3梁建 茵 , 陳子通 , 萬齊林 , 等 . 熱帶氣旋 黃蜂 %登陸 過 程診斷分析 J.熱帶氣 象學(xué)報(bào) , 2003, 19(增刊 :45

24、 55. 4胡春梅 , 端義宏 , 余暉 , 等 . 華南地區(qū)熱帶氣旋登陸 前 強(qiáng) 度突變的 大尺 度 環(huán)境 診 斷分 析 J. 熱 帶氣 象 學(xué) 報(bào) , 2005, 21(4 :377 382.5于 玉斌 , 姚秀萍 . 西北太平洋熱帶氣旋強(qiáng)度變化的 統(tǒng) 計(jì) 特征 J.熱帶氣象學(xué)報(bào) , 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.

26、A new loo k at the pro plem o f tr opical cyclo ne in v ertic shear f low :vor tex resiliencyJ. A tmos Sci, 2004, 61:3 22. 9DeM aria M. T he effect of vert ical shear on t ro pical cy clone intensit y change J. At mos Sci, 1996, 53: 2076 2087.10Kaplam J, DeM ar ia M . L ar ge scale character istics o f rapidly intensify ing t ropical cy clones in the no rth at lant ic basinJ. M o n W ea Rev, 2003, 18:1093 1108.(上接