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浅谈风速变化对温湿度计测量结果的影响

发布时间:2021-08-28 14:16:12人气:
0  引言
温度是度量物体冷热的物理量;湿度是物象状态的量;风速是指空气相对于地球某一固定地点的运动速率,常用单位是m/s。各种形式的温湿度计被大量应用,如:科研实验室、药品食品的加工和存储、精密机械的加工和装配以及航空器材的保存等各方面都需要对环境的温湿度进行监控。然而,温湿度计在实际使用过程中会受到环境温度、风速、气压、空间大小的影响,测量值会发生变化。了解环境中风速变化对不同类型温湿度计测量结果的影响程度,有助于使用单位更好的提升对温湿度的监控能力,有效提高实验效率和产品质量。为此,笔者对不同风速下的两种不同类型的温湿度计进行了一次测试,以便更清楚的了解风速的变化对温湿度计测量结果的影响。
 
1  实验方案
1.1  测试设备和实验样品
(1)满足JJG205-2005《机械式温湿度计检定规程》[1]和JJF1076-2001《湿度传感仪器校准规范》[2]要求的标准露点仪和温湿度检定箱,其不确定度见表1
 表1
表1
(2)分辨力为1%的机械式温湿度计和分辨力为0.1%的内置传感器的数显温湿度计各三款。
 
(3)分辨力为0.01m/s的热线式风速测量仪。
 
1.2  实验方案
将标准露点仪和热线式风速测量仪的传感器探头放置于温湿度检定箱工作室的中心位置,测试用温湿度计放置于温湿度检定箱工作室的有效工作区内,以不影响检定箱空气循环为准。实验装置框图如图1所示。
 图 1 测试装置框图
图 1 测试装置框图
依据JJG205-2005《机械式温湿度计检定规程》和JJF1076-2001《湿度传感仪器校准规范》检测方法,在温度20℃时,测量被测温湿度计在湿度为40%、60%、80%的示值,并评定本次测试的测量不确定度,同时用热线式风速测量仪测量此时箱内风速值。改变温湿度检定箱内的风速后,按同样的方法再次测量。按式(1)计算出每个仪器校准点的湿度示值误差,并将数据列表进行比较和分析,以评估风速对温湿度计湿度测量结果的影响程度。
ΔUi=Ui-Uib     (1)
式中:
ΔUi———第i校准点相对湿度示值误差;
Ui———第i校准点测试用温湿度计的相对湿度示值;
Uib———第i校准点标准露点仪的相对湿度示值。
 
2  测量数据
在温度20℃时,不同风速下,测得被校温湿度计湿度的示值,依式(1)计算出各测量点的示值误差见表2。
 表2
表2
3  测试结果分析
通过以上测量数据分析,可以看出:
 
(1)温湿度计的湿度测量结果随风速的增大而减小,而且有机高分子材料的机械式温湿度计相较电子湿敏元件的数显温湿度计更为明显,但总体来看相比注水法的干球(湿球)温湿度计而言,其受风速的影响要小很多。
 
(2)测试的环境空间为温湿度检定箱,其空间大小和温湿度的波动性和均匀性较实际使用环境的影响因素少,测试数据表现出风速对测量结果的影响有一定局限。而在实际使用过程中,由于各类温湿度计测湿元件的工作原理和测湿灵敏度差异较大,加之实际使用环境空间的扩大和其温湿度的波动和均匀性变化加剧,均可能加大风速对温湿度测量的影响程度,比如:
①注水法的干湿球温湿度计会因风速的变化,而直接影响其测量结果。
②以有机高分子材料为湿度元件的机械温湿度计受风速的影响相对较小,但其湿滞时间长,灵敏度低,测量准确度较差,难以及时测量出温湿度的变化。
③以电子湿敏元件测量湿度的数显温湿度计,灵敏度和测量准确度都相对较高,但风速的过快变化会引起其环境空间的温湿度出现快速波动,使其因测湿元件湿滞的影响,产生较大的测量误差。
④本次测试的风速变化范围仅局限在微风级(风力),而当风速提高到微风级(风力)以上后,空气流动速度的快速变化会进一步加快热传递,造成传感器测量的温度偏低,湿度的测量结果误差将会进一步加大。总之,各种类型的温湿度计在实际使用过程中,其测量结果均会不同程度的受到环境风速影响。因此,在温湿度测量中,应充分考虑到环境的风速因素,正确选择不同工作原理的温湿度计,将其安装在最佳的测量工作位置,将会更有效的减小风速对温湿度测量的影响,确保其测量的准确可靠。

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