数字式温湿度计校准结果的测量不确定度研究

数字式温湿度计校准结果的测量不确定度研究

叶奎

深圳天溯计量检测股份有限公司       广东深圳        518100

摘要：为了解决数字式温湿度计校准问题，本文结合实际评定试验案例，对数字式温湿度计校准结果的测量不确定度进行研究，分析影响校准结果的各方面因素，如校准设备、参数设置等，并从温度与湿度两方面评定与分析数字式温湿度计校准结果的测量不确定度，以提升校准各环节规范性，从根本上保证校准质量，进一步增强数字式温湿度计准确性，满足各行业领域相关工作应用需求。

关键词：数字式温湿度计；校准结果；测量不确定度

引言：数字式温湿度计是现阶段各类活动中较为常用的辅助工具，准确性是数字式温湿度计使用功能及作用有效发挥的关键要素，通常依据国家现行规范标准对数字式温湿度计准确度进行校准，合理评定数字式温湿度计校准结果的测量不确定度，有利于更好地解决数字式温湿度计校准问题，规范数字式温湿度计校准操作，确保校准结果真实性与可靠性。

1.不确定度基本内容

数字式温湿度计由传感器、微处理器、显示屏和电源等组成，具有精度高、响应速度快等特点，通过温湿度传感器对环境温度和湿度进行检测，在测量方面相较于常规温度计更具应用优势，使其在医疗、农业以及工业等领域中得到广泛应用，由于部分生产活动特殊性，必须保证温度湿度参数指标精准性，温湿度实际参数值与生产活动规定要求的温湿度参数值偏差过大，不仅会影响产品质量，也不利于生产活动顺利进行，降低经济效益，保证数字式温湿度计准确性显得尤为关键[1]。从以往数字式温湿度计准确度校准情况来看，由于所运用的校准方法未统一，促使校准结果缺乏可靠性，难以确定数字式温湿度计真实的温湿度参数。

因该类型温湿度计在实际使用过程中，极易受到诸多因素干扰，导致测量值与实际温湿度参数值存在较大偏差，致使测量值参考价值失效，即为测量不确定度。温湿度测量结果和实际温湿度参数值所存在的偏差可用不确定度大小进行表示，相关人员可以根据不确定度大小，判断温湿度计测量结果是否精准，确定数字式温湿度计测量结果参考价值。不确定度是现阶段测量工作中较为常用的衡量指标，将该项指标合理使用，有利于更好地保证校准设备测评综合性，提升数字式温湿度计校准结果可靠性。

2.基于数字式温湿度计校准结果的测量不确定度评定

    本文从温度与湿度两方面评定和分析数字式温湿度计校准结果的测量不确定度。同时对评定试验过程中按照规程执行数字式温湿度计的校准及校准记录的管理，方便后续对照。校准环境必须保证干燥、无风、温度稳定，使数字式温湿度计的环境与校准设备相同。

2.1评定温度校准结果的测量不确定度

通常情况下，必须严格按照既定流程校准数字式温湿度计的温度，具体操作过程中，需要在温湿度检定箱的中心规范放置数字式温湿度计以及精密露点仪的探头，再按照评定试验前预设目标调整温度，温度设置为20℃。待该温度值稳定10分钟后，即可开始取读温度数值，读取频率控制在0.5次/min；为确保数字式温湿度计示值真实性，可以选取三次读取温度数的平均值（取差）。在掌握差值前提下，利用以下公式进行计算：

公式中为差值；为标准平均值；为显示平均值。在评定试验过程中，标准平均值以及显示平均值均具有明显的独立性特征，针对其灵敏系数计算，可用该等式进行表示：[2]。并根据灵敏系数，利用以下公式表示不确定度：

公式中为计算不确定度。在评定试验过程中，开展10次独立测量工作（以10℃为实验标准），获取读取数值的平均值，再通过计算得到相应结果，即为；在此基础上进一步计算，获得具体数值，因为是取三次平均值，即为。公式中表示重复性引入的不确定度。此外，确定分辨力引入的不确定度，该数值对应分辨力的1/2，通过计算即可获得分辨力引入的分量为=0.1/2=0.029℃[3]。

针对该类型温湿度计的温度测量不确定度计算，除了需要参照以外，也要根据评定要求合理引入不确定度，再确定测量误差，按照现行规范标准，即可得知=U/k=0.042/2=0.021。

结合上述计算结果，对温湿度检定箱均匀度引入不确定度进行计算，检定箱温度均匀度≤0.3℃,再依据校准规范标准，得知=0.3/2=0.087℃；再计算检定箱温度波动度引入的不确定度，波动度±0.2℃,同样依据校准规范标准，得知=0.2/=0.115℃。

按照既定合成标准计算数字式温湿度计的温度校准结果测量不确定度:

=0.148℃。

2.2评定湿度校准结果的测量不确定度

针对数字式温湿度计湿度校准结果的测量不确定度评定试验，其操作流程与上述温度校准结果的测量不确定度评定流程基本一致，但也存在不同之处。基于既定流程开展数字式温湿度计湿度校准，在温湿度检定箱中心规范放置数字温度计、露点取样管以及测温探头，按照评定试验前预设目标调整温度，温度设置为20℃。待该温度值稳定10分钟后，即可开始取读温度数值，读取频率控制在0.5次/min；为确保数字式温湿度计示值真实性，可以选取三次读取温度数的平均值（取差）。在掌握差值前提下，搭建测量模型，利用以下公式进行计算：

公式中为差值；为标准平均值；为显示平均值。在评定试验过程中，标准平均值以及显示平均值均具有明显的独立性特征，针对其灵敏系数计算，可用该等式进行表示：[2]。并根据灵敏系数，利用以下公式表示不确定度：

根据对不确定度u进行计算，在评定试验过程中，为了确保评定结果准确性、真实性，需要重复10次数字式温湿度计的测量操作，再选择合适的方式计算评定试验中所读数均值的对应标准偏差。获得。以30%RH为试验标准，可得0.092%RH=0.053%RH。此外，确定分辨力引入的不确定度，该数值对应分辨力的1/2，通过计算即可获得分辨力引入的分量为=0.1%RH/2=0.029%RH。由于分辨力引入的不确定度未超过重复性，仅需考虑重复性这一要素[3]。

精密露点仪湿度标准值由下述公式计算：

公式中 ----露点温度下的饱和水蒸汽压力，Pa；----环境温度下的饱和水蒸汽压力，Pa。则精密露点仪湿度标准值的标准不确定度为：

公式中----露点温度下的饱和水蒸气压力的相对标准不确定度；----环境温度下的饱和水蒸气压力的相对标准不确定度。采用一级精密露点仪作为湿度标准，其在露点温度(-40~20)℃范围内的最大允许误差为±0.15℃，遵循均匀分布原则，其标准不确定度；

设定精密露点仪的测量分辨力，当其为0.01℃时，遵循均匀分布原则，得知 ；则露点温度测量引入的标准不确定度：。

针对精密露点仪的扩展不确定度设定，参照U=0.1℃，k=2，得知标准不确定度：；针对精密露点仪的环境温度测量分辨力设定，当分辨力为0.1℃时，基于均匀分布原则，得知，则环境温度测量引入的标准不确定度。以30%RH为试验标准，环境温度20℃时的精密露点仪湿度值的不确定度可根据前面的公式得到=0.11%RH。

10%RH~30%RH范围内的湿度校准，借助湿度发生器，将其作为温湿度源使用。则10%RH~30%RH范围内的即为。30%RH~90%RH范围内的湿度校准同上；同时对湿度均匀性及波动性引入的不确定度加以考量，依据现行规范标准，检定箱湿度均匀度≤1.0%RH，波动度±1.0%RH，遵循均匀分布原则，湿度均匀度、波动度两方面所引入不确定度为：

和。

按照既定合成标准计算数字式温湿度计的湿度校准结果测量不确定度:

即可得出30%RH为试验标准下的合成标准不确定度为0.12%RH。通过计算推到即可获得各百分比RH的标准不确定度。按照既定合成标准计算数字式温湿度计的温度校准结果测量不确定度。

对数字式温湿度计进行校准时，必须严格按照既定流程以及现行规范标准进行操作，并综合考虑影响校准结果的各方面因素，如校准设备性能、参数设置、校准环境等，以保证数字式温湿度计校准全过程操作规范性和专业性，进一步提高校准质量。有效解决数字式温湿度计校准问题，使其在各行业领域相关工作中充分发挥数字式温湿度计的作用和优势。

结束语：综上所述，相较于常规温度计，数字式温湿度计在测量方面具有鲜明优势，被广泛应用于农业、医疗以及工业等领域中，使用数字式温湿度计过程中，因测量误差促使测量值的准确性无法被肯定，科学评定数字式温湿度计校准结果的测量不确定度，规范校准流程以及校准设备操作要求明确，以保证校准质量，解决数字式温湿度计校准问题，以便更好地发挥数字式温湿度计使用价值。

参考文献：

[1]赵丹侠,梁林,张锋. 数字式温湿度计湿度修正值的不确定度评定[J]. 计量与测试技术,2022,49(12):118-121.

[2]周文胜,骆建. 数字式温湿度计校准结果的测量不确定度分析[J]. 计量与测试技术,2022,49(08):118-122.

[3]及毅. 数字式温湿度计温度参数校准方法的分析[J]. 大众标准化,2022,(03):177-179.