阻容法露点湿度计校准规范
1 范围
本规范适用于阻容法露点湿度计或阻容法露点传感器 、露点变送器 (以下简称为露 点仪) 的校准 。其他工作原理 (如 晶 振 频 率 、光 学 吸 收 等) 的 露 点 湿 度 计 或 露 点 传 感
器 、露点变送器可以参照本规范进行校准 。
2 引用文献
本规范引用下列文献 :
JJF1094— 2002 测量仪器特性评定
JJF1001— 1998 通用计量术语及定义
JJF1059— 1999 测量不确定度评定及表示
使用本规范时 , 应注意使用上述引用文献的现行有效版本 。
3 概述
露点仪一般是指以高分子湿敏电阻 、湿敏电容 、氧化铝薄膜等为感湿元件 、测量气 体湿度的仪器仪表 , 常用于低湿范围的测量 。露点仪主要由湿度传感器或变送器和测量
电路组成 。
露点仪广泛用于石化 、 电子 、 电力 、冶金等部门进行气体湿度的检测 , 包括间断测
量及在线测量 。
图 1 阻容法湿度传感器结构示意图
湿度传感器主要由电极 、感湿材料和电极基底等几部分组成 。其中上层电极由特殊 的传导材料制造 , 能保证水分子通过 , 同时又保护湿敏材料不受灰尘 、油污或导电粒子 的影响 。 电极的基底材料常见为玻璃或硅 , 主要用来支撑传感器的结构 (见图 1) 。感 湿材料一般为氧化铝或高分子活性聚合物薄膜 , 能够吸收水蒸气 , 并达到动态平衡 , 其 电参数如电容 、 电阻 、介电常数或频率等与被测体系中水蒸气含量具有某种直接或间接
的函数关系 。测量系统测量湿敏元件电参数的变化 , 并换算成相应的露点值 。
4 计量特性
4.1 露点仪示值的准确度
在露点仪的测量范围内 , 给出仪器的修正值 (或示值误差) 。
4.2 露点仪的电信号值 (注 : 针对于露点传感器和变送器)
对于不能直接显示露点值的露点传感器和变送器 , 测量其电信号值 (例如 : 电压 、 电流或其他电量值) 。
4.3 露点仪的稳定性
在一定的时间间隔内露点仪示值的变化量 , 用 ℃/单位时间表示 。
5 校准条件
5.1 实验室环境条件
实验室应具备在校准过程中确保湿度标准设备和被校准仪器正常工作的环境条件 , 无明显的震动和强电磁干扰 。环境温度一般在 (23±5) ℃ , 相对湿度不高于 80%。
5.2 湿度标准仪器及其他设备
5.2.1 冷镜式精密露点仪
冷镜式精密露点仪作为湿度测量标准仪器 , 计量性能指标如表 1所示 。
表 1 湿度测量标准仪器的计量性能指标
露点测量范围最大允许误差 (MPE)
露点 (霜点) 温度 ≤ -50 ℃±0.3 ℃
露点 (霜点) 温度 > -50 ℃±0.2 ℃
5.2.2 湿度发生器
常见的有如下几种类型 :
a) 双压法湿度发生器 ;
b) 分流法 (稀释法) 湿度发生器 ;
c) 双温法湿度发生器 ;
d) 渗透管湿度发生器 。
湿度发生器 的 低 湿 工 作 范 围 至 少 要 达 到 露 点 (霜) 点 - 50 ℃ , 波 动 性 应 不 大 于 0.2 ℃/30min。
注 : 如果直接以湿度发生器作为湿度标准设备 , 在露点 (霜点) 低于 - 50 ℃时 , 要求湿度发生 器的最大允许误差为 ±0.3 ℃ , 在露点 (霜点) 高于 - 50 ℃时 , 发生器的最大允许误差为 ±0.2 ℃ 。
湿度发生器作为湿度标准仪器 , 计量性能指标如表 2所示 。
表 2 湿度发生器计量性能指标
发生范围最大允许误差 (MPE)
露点 (霜点) 温度 ≤ -50 ℃±0.3 ℃
露点 (霜点) 温度 > -50 ℃±0.2 ℃
如果以湿度发生器作为配套设备 , 要求配备精密露点仪作为湿度标准器 。
5.2.3 载气
校准过程所用的载气通常为高纯氮气或空气 , 露 (霜) 点应低于 - 75 ℃ 。 否则需 配备气体干燥装置 。
5.2.4 数字多用表 : 四位半 。
6 校准项目和校准方法
6.1 校准前的准备工作
检查以下各项 : 仪器上应有仪器的名称 、型号 、编号 、制造厂名 、测量范围 、输入 输出信号等内容的铭牌 ; 指针式露点仪的仪表刻度应清晰 , 指针不得弯曲 ; 数显式露点 仪的数字显示完整清晰 ; 仪器电源线插接安全可靠 , 各开关 、旋钮或按键等功能正常 。
所有的气路接口紧密牢固 , 针阀 、快速插头 、转向插头等在工作压力范围内 , 可保 证气密性 。
使用符合要求的气体管路连接标准湿度发生器 、被校准的露点仪或标准精密露点 仪 。气体管路系统的连接管应为不锈钢管 、紫铜管或管壁厚度大于 1mm 的聚四氟乙烯 (PTFE) 管 , 不能使用塑料管 、橡胶管 、乳胶管等 。
整个管路系统的吹洗干燥过程应该不少于 3h。
6.2 露点仪的校准
6.2.1 露点仪的校准过程一般是在常压下进行 。使用针阀调节载气流量时 , 要在仪器 的进气口进行调节 , 禁止在露点仪的出气口调节流量 。载气的流量应该尽量满足被校准 仪器的要求 。
6.2.2 作为标准器的冷镜式精密露点仪 , 要与被校准的露点仪并联连接 。
6.2.3 在系统的干燥过程结束后 , 调节标准湿度发生器的参数 , 对露点仪进行校准 。 结合被校准露点仪的工作范围或客户的要求 , 一般从低湿到高湿的顺序 , 期间不能通入 湿度高于露点设定值的湿气 。每个湿度点可以间隔 10 ℃左右 , 逐点进行校准 。校准点 不能少于 3个 , 低的两个校准点间隔应不大于 10 ℃ 。
6.2.4 对于不需要干燥吹洗的露点仪 , 只要把露点仪直接连接到吹洗好的管路上直接 进行校准即可 。
6.2.5 如果露点仪的生产厂商对仪器的干燥过程和校准方法有特殊的要求 , 参照生产 厂商所提供的技术说明书进行校准 。
6.2.6 当湿度发生器和被校准露点仪的变化量在 30min内小于 0.2℃时 , 可以认为系 统达到了平衡 , 记录标准湿度发生器和精密露点仪的露点值及被校准露点仪的露点显示 值 。对于露点传感器或变送器 , 用数字多用表或其他显示仪表记录其输出的电信号值 。
6.2.7 如果在校准过程中 , 对被校准露点仪的工作曲线 、 电位器或其他参数进行了调 节 , 露点仪必须重新进行校准 。
6.2.8 露点湿度传感器或变送器的校准过程与露点湿度计的过程相同 , 在进行数据处 理的时候 , 需要把变送器输出的电量值 (如电压 、 电流或其他电信号值) 换算成露点 值 , 计算被校准仪器的修正值 。
6.2.9 根据露 (霜) 点标准值和被校准露点仪的示值 , 计算被校仪器的修正值 。
6.2.10 如果被校准的露点传感器或变送器的输出电信号值与露点值之间有明确的对应 关系 , 计算出被校准仪器的露点值 , 并给出修正值 。
注 :
1 例如 , 被校准仪器的输出信号为 4mA~20mA, 对应于露点测量范围 -80℃ ~ +20℃ , 仪
器的露点测量值的计算公式为 : Td ( ℃) - 80, 其中 A 为露点仪显示的电流 (mA)
值 , Td 为露点仪的露点值 。
2 如果被校准的露点传感器或变送器输出电信号值与露点值没有直接的对应关系 , 则只需记录 露点标准值对应的仪器电信号值即可 , 不必给出修正值 。
6.3 露点仪的稳定性 (漂移)
如果需要 , 可以对露点仪的稳定性进行检测 。
稳定性检测可以分为三个月 、六个月或一年 。三个月的稳定性检测可以每隔一个月 对仪器进行一次校准 , 六个月的稳定性可以每两个月进行一次校准 , 一年的稳定性可以 每三个月进行一次校准 。对于每一组测量结果 , 选取极差值作为仪器的稳定性 (漂移) 测量结果 。
7 校准结果表达
经过校准的露点仪出具校准证书 。校准证书应给出露点仪的修正值及修正值的不确 定度 。其内容格式见附录 B。
8 复校时间间隔
建议露点仪复校时间间隔由送检单位根据实际使用情况自主决定 。如果露点仪更换 传感器或湿敏元件 , 或者仪器的工作曲线 、零度和满度调节调整 , 仪器应该重新进行 校准 。
湿度露点知识补充如下：
湿度理论上听起来很简单——毕竟，它只是对空气中水汽含量的度量。然而，并非所有人都了解不同湿度参数之间的关系，或者湿度如何随温度和气压变化。本文旨在以通俗化的语言介绍几个关键湿度参数，同时阐述它们在不同工业应用中的重要作用。
为什么了解湿度很重要？
大多数工程师都能测量湿度，但并非所有人都了解不同湿度参数之间的相关关系，以及这些参数如何随温度和气压变化。如果在这些方面犯错误，即使是看似微小的错误，都有可能导致重大工艺影响，例如产品质量下降、能源浪费或不合规。
湿度测量不准确的后果会因应用场景而异。下面是一些应用示例，以及测量不准确可能带来的问题：
暖通空调与楼宇自动化：舒适度降低、室内空气质量下降、能效降低
洁净室（医药、生物技术、半导体领域）：监管不合规、产品安全风险
半导体制造：制造良率下降
电池生产及干燥室：安全风险、性能下降、制造良率降低
食品和饮料：产品一致性差、污染
压缩空气系统：冷凝和腐蚀
每位工程师都应了解的关键湿度概念
无论哪个行业，对湿度水平的误判都会导致控制决策失误，包括过度干燥、增加能源成本、低估冷凝风险和产品变质。那么，如何准确测量湿度？下文便是您需要了解的简要说明。
相对湿度 (RH)
RH 是湿度单位，但仍常被误解。RH 主要受温度影响——“相对湿度"中的“相对"就是指的空气中现有水汽量与当前温度下空气所能容纳的最大水汽量的比例。RH 以百分比表示，即水汽分压与饱和压力的比值。
Equation
pw = 水汽分压
pws = 饱和水汽压
当 RH 达到 100%，也就是空气中能容纳的最大水分含量时，如果水分继续增加，多余的水分就必须通过冷凝转化为液态水或冰。当空气中没有水汽时，无论温度如何，RH 都会是 0%。这是因为饱和气压主要受温度影响，温度升高，饱和气压也会上升。也就是说，即使湿度保持不变，RH 也会随着温度升高而下降。
真实环境中的 RH：室外温度为 -14 °C，相对湿度为 60%。当进入办公楼的空气被加热至 +21 °C，但空气中的水分含量保持不变时，正常的通风系统都不会进行加湿或除湿。这是因为加热时水汽的饱和气压上升，空气中能容纳的最大水汽含量也会增加。由于水汽分压未发生变化，RH 会降至 5%，这通常意味着空气过于干燥，容易引起不适。
为什么依赖 RH 可能会导致判断失误：RH 主要受温度影响，即便是细微的温度变化也会导致 RH 大幅波动，而湿度实际上并未改变。这是因为 RH 反映的是空气在当前温度下接近饱和的程度，而不是实际的水分含量。故而，如果将 RH 作为独立参数使用，就会具有误导性。在极其干燥的加压环境中（如压缩空气系统中），RH 几乎没有参考价值，因为所有相关数值都极低（通常低于 1 %RH），导致分辨率差，无法准确区分压缩空气质量。
露点 (Td) 和霜点 (Tf)）
露点温度是仅次于相对湿度的常用湿度参数。简而言之，露点温度就是必须将空气冷却到水汽饱和状态时的温度。在这一节点上，多余的水分会开始冷凝。不同于 RH 的是，露点温度不受环境温度影响，而是与空气中的水分含量相关，并且总是低于或等于实际温度。
当露点温度低于 0 °C 时，为了更精确地表述，我们会将其称为霜点 (Tf)，此时水分将以冰的形式沉积，而不再是液态水。实践中，这两个术语常会交叉使用，仪表通常会报告“露点/霜点"(Td/f) 的合并值。
露点温度受气压影响，气压越高，露点温度越高。在正常大气条件下，露点温度不会超过 100 °C，因为在 100 °C 时，空气将由水汽组成。要进一步增加水分含量，必须相应增加水汽密度和气压。在半导体工艺等特殊应用中，为了提高材料的干燥效果，会使用真空，此时露点可以低至 –80 °C，约相当于 1 ppm 的水汽。
当不同温度下的饱和水汽压是已知变量时，可以根据 RH 和温度来计算露点。相反，如果已知露点和温度/RH，也可以计算出缺少的变量。露点是低湿度水平下的测量指标。测量中的不确定性会传递到所计算出的湿度参数中。因此，当湿度水平非常低时，直接测量露点通常更为准确，因为由 RH 和温度计算得出的露点可能与精确值相去甚远。
