湿度传感器能力验证分析范文

《计测技术杂志》2015年第二期

1误差来源分析

首先对照作业指导书和规程规范［3］对此次活动重新进行梳理。对原始数据、数据的处理、不确定度的评定等环节进行分析，并进行了模拟实验。在排除了几个可能造成误差的因素之后，重点怀疑下述几个因素:

1.1露点仪修正值的使用问题露点仪是该次实验所使用的主要标准器，本实验室所用露点仪经上级溯机构溯源后，证书给出露点温度的修正值为0.2℃(换算成相对湿度最大可达到1.2%RH)。日常使用时，我们直接读取露点仪上显示的经换算后的相对湿度值作为标准值，将露点温度修正值的最大允许误差作为引入不确定度分量的一个来源。这样做可以满足日常工作要求，但同时也会使测量误差和不确定度加大。露点仪的温度传感器也存在一定误差，虽满足使用的要求，但也会对结果产生影响。利用原始记录对代入修正值后的En进行模拟计算，在10%RH，70%RH，90%RH这三个校准点上，用于判定结果的En值分别为－0.8，0.4和0.7，较之前的数据有了一定的改善。计算结果见表1。

1.2露点仪漂移产生的影响本实验室开展能力验证试验的时间为2012年8月，在2012年3月露点仪的溯源证书中其最大露点示值误差为－0.2℃，而在2013年3月的溯源中，证书体现其最大露点示值误差为0.3℃，且其中3个温度点示值误差为0.3℃，该数值已超出精密露点仪指标要求。故有可能在两次溯源之间，即能力验证时数值已经漂移，可能对能力验证结果造成了影响。

1.3露点探头自热产生的影响最终结果报告［4］在技术建议中提出主标准器最好选用抽气式的精密露点仪，以避免露点探头在工作过程中产生热量对湿度发生器测量室的温度场产生影响。而我室使用的为投入式精密露点仪，需将整个探头投入湿度发生器内，其测量湿度的原理为通过露点探头上的半导体冷阱将空气中水分凝结成露，利用感光元件监视结露情况。达到平衡点后，再通过测温元件测量露点，配合铂电阻传感器测得的温度，换算出相对湿度。一般情况下，校准点的选择应接近环境温，而本实验室收到湿度传感器样品的时间为8月21日，地理位置又处于沿海地带，环境温湿度较高，实验室环境(开空调的情况下)调节为25℃，50%RH左右，而能力验证作业指导书要求测试温度为20℃。在能力验证的测量要求下，将20℃样气中水分冷凝势必需要更多的冷量，同时散发较大热量。投入式露点仪可能导致冷镜头部局部温度略高，影响了湿度发生器测量室的温度场均衡，也在一定程度上影响了读取数据的真实性。

1.4环境对湿度发生器内湿度场的影响本实验室使用的湿度发生器的端盖上有直径7.5～25不同孔径的测试孔若干。但此次能力验证活动中所传递的湿度传感器样品，其前端部分并不十分规则，外径略小于本实验室发生器与其尺寸接近的孔径，因为相差很小，当时并未进行进一步的密封处理。同时，为了使传感器尽可能的靠近露点仪，插入发生器的深度较浅，样气泄露后，湿度场发生变化，使得传感器周围部分的湿度与场内湿度有些差别。在校准低湿时，传感器周围湿度较高;校准高湿时，传感器周围湿度较低。从数据上来看，10%RH校准点En值为－0.8，根据En值计算公式说明本实验室提供的传感器湿度修正值小于参考实验室修正值，倒推出被校传感器的读数可能偏大。同样70%RH，90%RH校准点时，En值分别为0.8和1.0，倒推出被校传感器的读数可能偏小。而在30%RH，50%RH校准点上，由于和环境湿度接近，漏气的干扰并不明显。

2改进措施

针对上述可能产生误差的原因，本小组提出了相应的改进措施:对于高准确度的湿度传感器测量，采用代入修正值的做法，修改相应的作业文件。在提高测量准确度的同时，减小测量不确定度的结果表达。通过合理有效的手段，利用现有仪器设备，提高校准数据的准确性。加强对精密露点仪的日常监测，关注其期间核查、质控图的数据。对于发生漂移等问题要尽早发现，及时进行校准调整，避免校准结果偏离。在规程允许的范围内根据环境温度的不同调整校准点。尽可能保证校准的温湿度点接近实际环境条件，避免由于湿度发生器内外环境差异过大带来的影响。使用密封塞等工具将传感器探头与测试腔端盖密封好，减少漏气所带来的对测量结果的影响。在今后的能力验证活动中，积极研究测量结果的验证方法。使用合理有效的方法对校准结果进行验证，以佐能力验证结果，降低离群的可能性。

3结束语

本文以一个实例介绍了能力验证中得到不良结果应该如何分析解决问题。而最终的验证工作还需通过能力验证活动来实现。本实验室随后将该项目与其他实验室进行了测量审核，得到了满意的结果。说明改进措施取得了预期的效果。

作者：王传博贺胜单位：天津市电子仪表实验所