温湿度检定装置建标报告

计量标准技术报告

计 量 标 准 名 称 温湿度计检定装置 建立计量标准单位 aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa 计量标准负责人 bbb 筹 建 起 止 日 期 cccccccccccccccccccccccccccc

目 录

一、计量标准的工作原理及其组成………………………………………（3） 二、选用的计量标准器及主要配套设备…………………………………（4） 三、计量标准的主要技术指标……………………………………………（5） 四、环境条件………………………………………………………………（5） 五、计量标准的量值溯源和传递框图……………………………………（6） 六、计量标准的测量重复性考核…………………………………………（8） 七、计量标准的稳定性考核………………………………………………（9） 八、测量不确定度评定……………………………………………………（10） 九、计量标准的测量不确定度验证………………………………………（11） 十、结论……………………………………………………………………（12） 十一、附加说明……………………………………………………………（12）

十二、附录…………………………………………………………………（13）

一、计量标准的工作原理及其组成 露点仪工作原理： 冷镜传感器有一个微型的抛光金属镜面， 使用固态珀耳帖电加热泵将其冷却至被测气体 露点温度。当温度抵达降该露点时，镜面会形成冷凝。一个由红色发光二极管高增益光电探测器组成的电光回 路检测冷凝的形成。镜面反射光强度减少量，作为仪表控制电路的反馈输入，调整施加于珀耳帖的冷却功率， 这样镜面就被控制在平衡状态中。蒸发与冷凝量以相同的速率发生。此时(由铂阻温度计)测量到镜面温度等 于被测气体的露点温度。 其中主要计量标准器包括一套 Michell 便携式高精度镜面露点仪，配套设备包括一台 Delta 高精度温湿度 检验箱。 检定时，开启检验箱并设定在被测温湿度点，把被测温湿度计尽可能的接近露点仪，稳定后，读取标准值 和被测值，通过比较法得到被测温湿度计的示值误差。

湿度发生器工作原理：相对湿度(RH)即为在某一温度点下气体中的水蒸气分压力与在该温度点时的饱 和水蒸气压的比值。相对湿度以百分比表示。即：RH = e/ews * 100 (%RH) 压力为 P1 的空气或氮气被引入饱和室。在这里由于有水的存在它将被加湿并产生一个在当时温度条件下 的饱和水蒸气压 ews。然后再把饱和室被加湿并且达到饱和的气体膨胀(减压)至 P2 并引入测量室。在这个 膨胀过程中 ews 也将会按照与主体膨胀的相同比率变

化。因此在测量室，我们即可得到水蒸气分压力 e。 e=ews*P/P1 双压湿度发生器必须采用导热性极好的材料和结构， 它可以保证测量室与饱和室的温度相同。 而由于温度 相同，饱和室产生的饱和水蒸气压 ews 即为测量室的饱和水蒸气压。但由于气体的膨胀，在测量室中我们可 以得到的是水蒸气分压力 e,因此从相对湿度的定义中我们可以得到测量室中的相对湿度。 RH=e/ews=ews*(P/P1)/ews=P/P1 从上式中可以看出，测量室中的相对湿度仅与测量室与饱和室中的压力比有关。 此套设备包括 E+E 的双压法湿度发生器。 检定时，把被测数字温湿度计放入湿度发生器腔体内，调节气阀至设定湿度点，稳定后，同时读取标准值 和被测值，通过比较法得到被测温湿度计的示值误差。

二、选用的计量标准器及主要配套设备 名 称 计 量 标 准 器 精 密 露 点 仪 湿 度 发 生 器 不确定度或 准确度等级或 最大允许误差 MPE:±0.1℃ ±0.2℃DP 制造厂及 出厂编号 检定 证书号

型号

测量范围

OPTIDEWVISION

0.5%RH~100%RH -40℃~+90℃

HUMOR 10S

20%RH~100%RH

U=1%RH k=2

配 套 设 备

高 精 度 温 湿 度 检 验 箱

温湿度稳定性 (±0.2℃ Delta 990-0H 10%RH~98%RH 0℃~100℃ ±0.5%RH) 温湿度均匀性 (0.3℃. 1.0%RH)

三、计量标准的主要技术指标 测量范围： 精密露点仪 温度： (5~50)℃ 露点温度：0℃DP~40℃DP MPE: ±0.1℃ MPE: ±0.2℃DP

温湿度检定箱 温度： (5~50)℃ 温度均匀度 0.3℃,温度波动度±0.2℃ 湿度： (40~90)% RH (20℃时) 湿度均匀度 1.0%RH(20℃时) 湿度波动度 ±0.8%RH(20℃时)

湿度发生器： (20~90)% RH

不确定度≤1%RH 稳定度≤0.2%RH/20min

四、环境条件

项 目

要 求

实际情况

结 论

温

度

(15~35)℃

(15~35)℃

符合要求

湿

度

≤85%

(45~85)%

符合要求

五、计量标准的量值溯源和传递框图

上 一 级 计 量 器 具

基(标)准名称：露点仪检定装置 不确定度或准确度等级 或最大允许误差：MPE:±0.1℃DP 溯源单位： 中国计量科学研究院

比较法

本 单 位 计 量 器 具

计量标准名称：湿度发生器 测量范围：20%RH~100%RH 不确定度或准确度等级或最大 允许误差： U=1%RH k=2

比较法

下 一 级 计 量 器 具 计量器具名称：数字式湿度 计 不确定度或准确度等级 或最大允许误差： MPE:±(2%RH~5%RH)

五、计量标准的量值溯源和传递框图

上 一 级 计 量 器 具

基(标)准名称：精密露点仪标准装置 不确定度或准确度等级 或最大允许误差：0.15℃DP, 1.0%RH。 溯源单位： 华东国家计量测试中心

比较法

本 单 位 计 量 器 具

计量标准名称：精密露点仪 测量范围：0.5%RH~100%RH -40℃~+90℃ 不确定度或

准确度等级或最大允许误差： MPE:±0.1℃ ±0.2℃DP

比较法

下 一 级 计 量 器 具 计量器具名称：机械式温湿度计 不确定度或准确度等级 或最大允许误差： MPE:±(5%RH~7%RH) MPE:±2℃ 计量器具名称：数字式湿度计 不确定度或准确度等级 或最大允许误差： MPE:±(2%RH~5%RH)

六、计量标准的测量重复性考核 选取上海气象仪器生产的型号为 HM10 的温湿度计一只，在 60%RH 处进行重复检定 10 次，测试数据如 下：单位(%RH) 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

xn 2 ( xi x ) i 1 n 1

s

0.23

因 s 的值小于不确定度评定中的合成标准不确定度，故重复性考核通过。

七、计量标准的稳定性考核 选取上海气象仪器生产的型号为 HM10 的温湿度计一只，在 60%RH 处每隔 1 个月进行重复检定 10 次， 测试数据如下：单位(%RH) 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 200×年 6 月 200×年 7 月 200×年 8 月 200×年 9 月

x其四次测量的平均值最大值与最小值之差为 0.3%RH 此值小于示值误差测量结果的扩展不确定度，故稳定性考核通过。

八.不确定度评定 不确定度的评定过程见不确定度评定报告，评定结果如下： 1、机械式温湿度计

2、数字湿度计

3、干湿计

九、计量标准的测量不确定度验证

上海气象仪器生产的型号为 HM10 的温湿度计一只(出厂编号为 bbb,送省气象所检定取得证书后，用本 院装置检测，检测结果列表如下：

温度计标称值%RH

本院给出的示值误差 %RH

省气象检定所得出的示值误 差%RH +1.8 -1.0 -2.8

40 60 80

+2.6 -0.8 -2.5

比对结果，示值误差最大差值为 0.8 %RH,小于测量结果的扩展不确定度，故符合要求。

十、结

论

本装置主标准器和配套设备的技术指标均符合规程要求，重复性考核、稳定性考核和不确定度验证均符 合要求，可开展温湿度计的检定工作。

十一、附加说明

附录：

机械式温湿度计湿度测量示值误差的不确定度评定

1 概述

1.1 测量依据： JJG 205－2005《机械式温湿度计》。 1.2 测量标准：精密露点仪。

1.3 被测对象：机械式温湿度计（以下简称温湿度计），分度值为1%RH、2%RH和5%RH。 1.4 测量过程

按JJG 205－2005的检定方法，将精密露点仪和被校温湿度计置于温湿度检定箱中，当温湿度计在测量点上稳定后，按标准→被检1→被检2→…→被检2→被检1→标准的次序读取标准和被校温湿度计示值，分别求得标准和被检的示值平均值，然后通过公式计算得出示值误差。 1.5 评定结果的使用

在符合上述条件的情况下，一般可直接使用本不确定度的评定结果。

2 数学模型

H (Hi H0) Hx (1)

将式(1)转化为 H h Hx (2) 式中： H──温湿度计的湿度示值误差，%RH；

H0──精密露点仪的湿度显示值，%RH； Hx──精密露点仪湿度显示值的修正值，%RH；

Hi──温湿度计湿度显示值，%RH;

h──温湿度计与精密露点仪湿度测量值的差值，%RH

3 输入量的标准不确定度评定

3.1 温湿度计与精密露点仪湿度测量值的差值引起的标准不确定度分量u h 3.1.1 测量重复性引入的标准不确定度u( h1）；

该项不确定度的来源如下：检定箱的温湿度波动，露点仪与被检温湿度计的短期不稳定性等均会引起温湿度计的测量不重复性, 采用A类方法进行评定。 3.1.1.1 分度值为1%RH的温湿度计

取一只温湿度计放入温湿度检定箱内，当检定箱的相对湿度稳定在60%时，测量精密露点仪和被检温湿度计的显示值。在相同的条件下重复测量10次，得到测量列 h为： 0.2%RH、0.6%RH、0.8%RH、0.5%RH、0.5%RH、0.6%RH、0.8%RH、0.3%RH、0.1%RH、0.4%RH。

此测量列的平均值为： h

h

i 1

n

i

n

0.48%

则单次实验标准偏差为： s

h

i 1

n

i

h

0.23%

n 1

任选5台同种类的温湿度计，在检定箱的相对湿度稳定在60%时，作同样的测量，得到5组单次测量标准偏差，如表1所示：

合并样本标准差为： sp

1m2

sj 0.30%RH mj 1

实际测量时作2次测量，则u h1 = sp/2=0.17%RH

u h1 的自由度为： h1 5 (10 1) 45

3.1.1.2 分度值为2%RH的湿度计

取一只温湿度计放入温湿度检定箱内，当检定箱的相对湿度稳定在60%时，测量精密露点仪和被检温湿度计的显示值。在相同的条件下重复测量10次，得到测量列 h为为： 0.6%RH、1.7%RH、1.0%RH、0.7%RH、0.7%RH、1.5%RH、0.6%RH、 1.0%RH、1.4%RH、1.5%RH。

此测量列的平均值为： h

h

i 1

n

i

n

1.07%RH

则单次实验标准偏差为： s

h

i 1

n

i

h

0.42%RH

n 1

任选5台同种类的湿度计，在检定箱的相对湿度稳定在60%RH时，作同样的测量，得到5组单次测量标准偏差，如表2所示：

表2

合并样本标准差为：

sp

1m2

sj 0.48%RH jm 1

实际测量时作2次测量，则u h1 = sp/2=0.34%RH

u Hi1 的自由度为： h1 5 (10 1) 45

3.1.1.3 分度值为5%RH的湿度计

取一只温湿度放入温湿度检定箱内，当检定箱的相对湿度稳定在60%时，测量精密露点仪和被检温湿度计的显示值。在相同的条件下重复测量10次，得到测量列 h为为： 2.3%RH、1.5%RH、1.8%RH、2.7%RH、0.7%RH、1.5%RH、1.6%RH、 1.0%RH、2.4%RH、1.5%RH。

此测量列的平均值为： h

h

i 1

n

i

n

1.7%RH

则单次实验标准偏差为： s

h

i 1

n

i

h

0.62%RH

n 1

任选5台同种类的湿度计，在检定箱的相对湿度稳定在60%RH时，作同样的测量，得到5组单次测量标准偏差，如表1所示：

表3

合并样本标准差为： sp

1m2

sj 0.68%RH jm 1

实际测量时作2次测量，则u h1 = sp/2=0.48%RH

u h1 的自由度为： h1 5 (10 1) 45

3.1.2 温湿度计分度值和精密露点仪显示分辨力引入的标准不确定度u( h2） 3.1.2.1 温湿度计分度值引入的标准不确定度u( h21）；

采用B类方法进行评定

3.1.2.1.1 分度值为1%RH的温湿度计

在温湿度计检定时，读数一般读到分度值的1/2，则分度值为1%时，估读误差不超过0.5%RH，其导致的标准不确定度的区间半宽为温湿度计分度值的1/2。其分布为矩形分布，则包含因子k

3，

1 u xi

因此u h21 0.5/k 0.29%RH。取不可靠性为10%，则自由度为 h21

2 uxi

2

50。

3.1.2.1.2 分度值为2%RH的湿度计

在温湿度计检定时，读数一般读到分度值的1/2，则分度值为2%时，估读误差不超过1.0%RH，其导致的标准不确定度的区间半宽为温湿度计分度值的1/2。其分布为矩形分布，则包含因子k

3，

1 u xi

因此u h21 1.0/k 0.58%RH。取不可靠性为10%，则自由度为 h21

2 uxi

2

50

3.1.2.1.3 分度值为5%RH的湿度计

在温湿度计检定时，读数一般读到分度值的1/4，则分度值为5%时，估读误差不超过1.25%RH，其导致的标准不确定度的区间半宽为0.625%RH。其分布为矩形分布，则包含因子k

3，因此

1 u xi

u h21 1.25/k 0.95%RH。取不可靠性为10%，则自由度为 h21

2 uxi

3.1.2.2 精密露点仪湿度显示值分辨力引入的标准不确定度u( h22）。

2

50

精密露点仪湿度显示值分辨力为0.1%RH ，由其导致的标准不确定度的区间半宽为显示分辨力值的1/2。其分布为矩形分布，则包含因子k

，因此u h22 0.05/k 0.03%RH。取不可靠性为

1 u xi 10%，则自由度为 h22

2 uxi

由于上述各分量彼此相互独立，故

2

50

22

u( h2) u（ h21） u（ h22）

u4( h2)自由度： ( h2) 4 4

u( h21)u( h22)

( h21) ( h22)

根据以上公式得到: 分度值为1%RH时

u( h2) 0.29%RH

自由度： h2 50

分度值为2%RH时

u( h2) 0.58%RH

自由度： h2 50

分度值为5%RH时

u( h2) 1.44%RH

自由度： h2 50

3.1.3 温湿度检定箱不均匀引入标准不确定度u( h3）

温湿度检定箱的湿度不均匀性为±1.0%RH，则该区间的半宽为1.0%RH，该分布为均匀分布，则 u( h3) (1.0%RH)/3=0.58%RH

取不可靠性为10%,故自由度为:

h3

1 u xi

2 uxi

2

50

3.1.4 u h 的计算

3.2 精密露点仪修正值引起的的标准不确定度分量u Hx

采用B类评定方法进行评定。 精密露点仪修正值不确定度为：

U=1%RH，k=2。

根据u

U1%RH

0.5%RH。 计算，则u Hx

k2

2

1 u xi

取不可靠性为5%，则自由度为 HX

2 uxi

4 合成标准不确定度的评定 4.1 灵敏系数

200

对公式（1）中的各个分量求偏导数，得到 h的灵敏系数c h

h

1，Hx的灵敏系数 H

c Hx

H

1。 Hx

4.2 标准不确定度汇总表

各输入量的标准不确度的汇总见表4所示：

表4 标准不确定度汇总表

4.3 合成标准不确定度和有效自由度的计算

4.3.1 输入量 h、Hx相互之间彼此独立，则合成标准不确定度可按公式（3）计算：

uc

c h u h 2 c Hx u Hx 2

uc4

2

（3）

有效自由度可按公式（6）计算：

eff

c hu h4 cHxuHx4 （4）

h Hx根据公式（3）、（4）计算得到温湿度计分度值为1%RH、2%RH和5%RH时的合成不确定度和有

效自由度见表5所示。

表5 合成标准不确定度和自由度

eff大于

eff=100

时，得到t95（ν

取置信概率p=95%，有效自由度νeff）=1.984。

100的取100，查t分布表，当ν

按U95 t95 eff uc计算扩展不确定度，则得到温湿度计分度值为1%RH、2%RH 和5%RH时的扩展不确定度见表6

表6 扩展不确定度和自由度

6 扩展不确定度的报告

温湿度计湿度示值修正值测量结果的不确定度的报告可以按表7的方式给出。

机械式温湿度计温度修正值的不确定度评定

(第一部分：玻璃温度计指示)

1 概述

1.1 测量依据： 参照 JJG 205-2005《机械式温湿度计检定规程》。 1.2 测量标准：精密露点仪。

1.3 被测对象：机械式温湿度计（以下简称温湿度计），温度测量采用玻璃液体温度计，温度指示的分度值为0.5℃或1℃。

1.4 测量条件： 环境温度15℃~25℃，温度波动应不超过±3℃／6h；相对湿度不超过75%RH。 1.5 测量过程

按照 JJG 205-2005的检定方法，将被校温湿度计置于温湿度检定箱中，当温度在测量点上稳定后，按标准→被检1→被检2→…→被检2→被检1→标准的次序读取标准和被校温湿度计示值，分别求得标准和被检的示值平均值，然后通过公式计算得出示值误差。 1.6 评定结果的使用

在符合上述条件的规范化操作下，一般可直接使用本不确定度的评定结果。

2 评定模型 2.1 数学模型

依据规程，温湿度计的温度示值修正值y的计算公式为： y= t实-t=T+d -t=(T-t)+d=Δt+d 式中：t实──温湿度检定箱中的实际温度，℃； T──精密露点仪的读数，℃；

t──被检温湿度计的温度读数，℃；

d──精密露点仪在各温度点上的示值修正值，℃； y──被检温湿度计在各温度测量点的修正值，℃； Δt──标准与被检温湿度计的温度读数之差，℃。 2.2 灵敏系数

Δt的灵敏系数c1 d的灵敏系数c2 3 标准不确定度来源

3.1 输入量Δt的标准不确定度u( t)来源 1）测量重复性引入的标准不确定度u( t1)

2）精密露点仪显示分辨力引入的标准不确定度u( t2)； 3) 温湿度计读数引入的标准不确定度u( t3)

4）温湿度检定箱不均匀性引入的标准不确定度u( t4)。

因u( t1)，u( t2)、u( t3)和u( t4)彼此互相独立，故： u( t)=u( t1) u( t2) u( t3) u( t4) 3.2 输入量d引入的标准不确定度u(d)评定

标准不确定度u(d)由一个分量构成，即由精密露点仪的传递引起的。 4 标准不确定度的评定 4.1 标准不确定度u( t)的评定

4.1.1 测量重复性引入的标准不确定度u( t1)

采用A类方法评定。 在重复性测量条件下，分别对精密露点仪与分度值为0.5℃和1℃的被检温湿度计各一只进行10次重复性测量，温度控制并稳定在20℃，计算每次测量中二者读数的差值，按以下公式求出单次标准偏差，即s1( t1)。

2

2

2

2

y

t

1

y

d

1

s1 t1

s1( t1)的数据见表1所示。

( t

i 1

10

i

t)2

10 1

自由度v( t1)=10-1=9

另外在相同温度点下，另选分度值为0.5℃和1℃的被检温湿度计各四只，用同样的方法求出各自的标准偏差，数据见表2

按以下公式计算分度值为0.5℃和1℃的被检温湿度计的Sp：

152

Sp=

5i 1si

则被检温湿度计温度分度值为0.5℃时，Sp=0.04℃； 被检温湿度计温度分度值为1℃时，Sp=0.05℃

实际测量以2次测量的平均值作为测量结果，按u( t1)

则被检温湿度计温度分度值为0.5℃时，u( t1)=0.03℃； 被检温湿度计温度分度值为1℃时，u( t1)=0.04℃ 自由度v( t1)=5×（10-1）=45

4.1.2 精密露点仪分辨力引入的标准不确定度u( t2)

采用B类方法评定。

精密露点仪显示值的分辨力为0.1℃，则由其导致的标准不确定度的区间半宽为a=0.05℃,其分布

符合矩形分布，则包含因子k=3，因此u( t2)=a/k=0.03℃。

sp2

计算u( t1)，

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