На рис. 12 представлена схема генератора влажного газа, работающего по методу смешения двух потоков.

Газ, поступающий от источника 3, сначала проходит через осушитель 4. Осушенный газ разделяется на два потока. Один из них увлажняется до 100 % относительной влажности в камере насыщения 1. После этого потоки сухого и влажного газов смешиваются и подаются в рабочую камеру. Относительная влажность газа в рабочей камере определяется из соотношения массовых расходов влажного G1 и сухого G2 газа:

Рис. 12. Схема генератора влажности по методу смешения: 1 — камера насыщения; 2 — рабочая камера; 3 — источник газа;

4 — осушитель; 5 — делитель потока; 6 — смеситель; 7 — термостат

Источниками погрешности генераторов смешения являются: погрешность измерения и нестабильность массовых расходов

осушенного и увлажненного потоков; погрешность, вызванная неравенством температур и

давлений осушенного и увлажненного потоков; неполнота насыщения увлажненного потока и недостаточная

глубина осушки осушенного потока.

В генераторах смешения, предназначенных для получения влажного газа с малым содержанием влаги, применяют двукратное смешение потоков.

Принцип действия солевых генераторов основан на том, что равновесное состояние пара воды над раствором гигроскопической соли наблюдается при меньшем парциальном давлении, чем над водой. Относительная влажность газа при этом

31

меньше 100 %.

Равновесная относительная влажность зависит от вида соли, концентрации раствора и в меньшей степени от температуры. Чтобы исключить погрешность измерения концентрации раствора, в генераторах используют насыщенные растворы.

Значения равновесной влажности для различных солей определены с погрешностью с достаточной для целей измерения точностью. Диапазон воспроизводимых значений относительной влажности от 12 до 98 %.

Значения относительной влажности и оценка интервалов абсолютной погрешности при доверительной вероятности Р = 0,9 (расширенной неопределенности при уровне доверия 0,9) над насыщенными водными растворами солей приведены в таблице.

Солевой генератор представляет собой емкость, в которой установлены кассеты с насыщенными растворами солей. В емкости обеспечивается принудительное движение воздуха над кассетой с конкретной солью.

Источники погрешности солевого генератора:

погрешность, вызванная отклонением состояния газа от равновесного;

погрешность от неравномерного распределения влажности в камере;

погрешность от измерения температуры в камере; погрешность измерения температуры.

Среди рассмотренных генераторов влажного газа широко применяются генераторы по методу двух давлений. Такие генераторы имеют самую простую конструкцию. Их важным преимуществом является простая поверка.

32

Для получения низких значений влажности применяются

диффузионные генераторы, в которых увлажнение предварительно осушенного газа происходит за счет диффузии водяного пара через мембраны (полиэтиленовые или хлорвиниловые трубки).

Трубка размещается в термостате с дистиллированной водой. Через трубки пропускают предварительно осушенный воздух или азот. Управление процессом диффузии производится за счет изменения температуры дистиллированной воды. Относительная погрешность таких генераторов около ±10...20 %. Поэтому при требованиях более высокой точности в состав поверочной установки дополнительно входит эталонный гигрометр.

3.3. Методы поверки гигрометров

Гигрометры могут поверяться следующими методами.

1.Прямое измерение газа с известной влажностью. При такой поверке используются эталонные генераторы влажного газа.

2.Сличение с эталонным гигрометром. При этом

необходимо обеспечить возможность измерения газа с различной влажностью. Для этого могут использоваться климатические камеры или генераторы влажного газа, которые обеспечивают значения параметров влажности в требуемом диапазоне. В качестве эталонных средств используются кулонометрические, психрометрические и пьезосорбционные гигрометры. В установках высшей точности используется гравиметрический метод.

3. Поэлементная поверка косвенным методом.

Косвенным методом могут поверяться гигрометры (и вообще любые средства измерений), для которых выполняются следующие условия:

принцип действия хорошо изучен. Известны источники погрешности и их вклад в общую погрешность измерения;

отсутствуют факторы, влияющие на результат измерения, которые трудно или невозможно проконтролировать;

разработаны соответствующие методики и технические средства поверки.

Поэлементным (косвенным) методом могут поверяться психрометрические и кулонометрические гигрометры.

Большинство гигрометров поверяется методом прямого

33

измерения с использованием эталонных генераторов влажного газа. Общий нормативный документ, регламентирующий методики поверки гигрометров, не разработан. Только для поверки пьезосорбционных гигрометров действует ГОСТ 8.472– 82.

Поверка большинства гигрометров проводится в соответствии с требованиями, указанными в технической документации или методических инструкциях. Как правило, основная погрешность определяется в пяти точках диапазона измерения. Соотношение допускаемых погрешностей эталонного средства (эталонного генератора влажности или эталонного

гигрометра) э и поверяемого гигрометра п, как правило, должно удовлетворять условию

э 13 п .

Внекоторых случаях допускается

э 12 п .

Обычно в методике указывается конкретное эталонное средство, например, генератор влажного газа «Родник-2» или «Родник-4».

Далее в качестве примеров изложено основное содержание некоторых методик поверки гигрометров.

Поверка гигрометра «Волна-5»

Гигрометр предназначен для измерения относительной влажности в промышленных, складских, бытовых помещениях, климатических камерах и при проведении научно-исследователь- ских работ.

Метрологические характеристики гигрометра

Диапазон измерений относительной влажности воздуха 0...100 %.

Пределы основной допускаемой абсолютной погрешности ±2,5 %.

Пределы допускаемой дополнительной погрешности, вызванной изменением температуры анализируемого газа на 10 °C ±1,5 %.

Средства поверки: генератор влажного газа типа «Родник»;

34

мегаомметр типа М4100/3, номинальное выходное напряжение 500 В, или типа М4100/1, номинальное выходное напряжение 100 В; манометр, диапазон измерения 0...100 кПа; барометр.

При поверке проводятся следующие операции: внешний осмотр; опробование; проверка электрического сопротивления изоляции; проверка герметичности первичного преобразователя; определение основной абсолютной погрешности; определение дополнительной погрешности, вызванной изменением температуры анализируемого газа.

Основная погрешность определяется не менее чем в пяти точках диапазона измерений, из которых одна точка должна быть на отметке 30 %.

Первичный преобразователь гигрометра устанавливают в рабочую камеру генератора «Родник». В рабочей камере устанавливают температуру (20±1) °C и задают относительную влажность, соответствующую поверяемой точке диапазона измерений.

Для определения дополнительной погрешности, вызванной изменением температуры анализируемого газа, в рабочей камере генератора влажного газа устанавливают температуру (40±1) °C, задают относительную влажность и определяют абсолютную погрешность.

Дополнительная погрешность, вызванная изменением температуры анализируемого газа на 10 °C, рассчитывается по формуле

t 40 2 20 ,

где 20 и 40 — абсолютная погрешность гигрометра при температурах анализируемого газа (20±1) °C и (40±1) °C.

Поверка термогигрометра «Ива-6»

Прибор предназначен для измерения относительной влажности и температуры био- и агротехнических объектов, помещений для хранения сельскохозяйственной и другой продукции, чистых технологических объектов микроэлектроники и т.п.

Метрологические характеристики термогигрометра

Диапазон измерений: относительной влажности 20...98 %; температуры –40…+50 °C.

35

Основная абсолютная погрешность измерения: относительной влажности при температуре 18...22 °C не

более ±3 %, при этом в диапазоне 30...70 % относительной влажности — не более ±2 %;

температуры не более ±1 °C (в диапазоне 15...25 °C — не более ±0,3 °C).

Дополнительная погрешность измерения относительной влажности при изменении температуры на 10 °C не более ±2 %.

Время установления показаний при ступенчатом изменении: относительной влажности не более 2 мин; температуры (при скорости обдува зонда 1 м/с) не более

5 мин.

Рекомендуемые средства поверки: генератор влажного газа Родник-2 с абсолютной погрешностью задания относительной влажности ±0,5 %, температуры ±0,1 °C; термометр с абсолютной погрешностью измерения не более ±0,5 °C.

При поверке гигрометра проводятся внешний осмотр и определение основной погрешности.

При определении основной погрешности измерения относительной влажности датчик термогигрометра устанавливают в рабочей камере генератора влажности. Обеспечивается

температура в рабочей камере генератора 18…22 ºС. Последовательно задаются следующие значения относительной влажности:

φ1 = 20…21 %; φ2 = 37…43 %; φ3 = 57…63 %; φ4 = 72…78 %; φ5 = 95…98 %; φ6 = 57…63 %.

После установления в рабочей камере заданной влажности термогигрометром измеряется относительная влажность. Рассчитываются значения абсолютной погрешности

= max[(φi)п – (φi)э],

где (φi)п — значение относительной влажности по показаниям термогигрометра при i-м заданном значении влажности;

(φi)э — значение относительной влажности, задаваемое

генератором влажности.

Определение основной погрешности измерения

36

температуры проводится при относительной влажности в рабочей камере генератора (18…32) %. Последовательно в рабочей камере генератора задаются следующие значения температуры:

t1 = 4…6 °C; t1 = 18…22 °C; t1 = 38…40 °C.

Температура в камере контролируется термометром с погрешностью не более ±0,5 °С из состава генератора влажности.

Рассчитывается абсолютная погрешность измерения температуры по формуле

= max[(ti)п – (ti)э],

где (ti)п — значение температуры по показаниям термогигрометра при i-м заданном значении температуры;

(ti)э — i-е значение температуры, задаваемое генератором

влажности.

Поверка конденсационного волоконно-оптического преобразователя «КОНГ-Прима 2»

Прибор предназначен ля измерения точки росы в природном газе или воздухе. Рабочее давление анализируемого газа — до 10,0 МПа.

Метрологические характеристики гигрометра

Диапазон измерения температуры точки росы — от –25 до +30 °C. Температура измеряемой среды должна быть выше измеряемого значения не менее чем на 5 °C.

Выходной сигнал 4…20 мА соответствует диапазону изменения точки росы: –30… +30 °C.

Основная погрешность измерения точки росы не более 1 °C. Режим работы — непрерывный, циклический. Время между

циклами измерения точки росы не более 10 мин.

Рекомендуемые средства поверки: источник питания Б5-7, Е30.323.415ТУ; динамический генератор влажного газа Род- ник-2М, Р52.844.019ТУ; вольтметр универсальный цифровой В7-46/1, ХВ2.710.038ТУ. Допускается применение любого эталонного средства, имеющего диапазон измерения точки росы, перекрывающий диапазон поверяемого прибора, и погрешность не менее чем в 2 раза меньше погрешности измерения поверяемого прибора.

37

При поверке проводятся операции: внешний осмотр и проверка комплектности; опробование; определение основной погрешности.

Определение основной погрешности должно проводиться при следующих условиях: температура воздуха (20±5) °C; относительная влажность 45...80 %; атмосферное давление 84...106,4 кПа.

При определении основной погрешности последовательно устанавливают генератором влажности пять значений точки росы, равномерно распределенных в диапазоне от –25 до +30° C. Допускается отклонение от крайних значений на 5...10 °C. Рекомендуемая последовательность установки значений точки росы:

–20 °C; –10 °C; 0 °C; 10 °C; 20 °C.

После выхода на заданный режим и установления показаний поверяемого прибора записывают подряд три значения точки росы, измеренные поверяемым прибором, и показания поверочной установки.

Рассчитывается основная погрешность по формуле i = (tp)i – (tp)э,

где (tp)i — i-е показание поверяемого прибора;

(tp)э — действительное значение точки росы, создаваемое в генераторе влажности.

Поверка психрометров

Психрометры могут поверяться методами прямого измерения газа с известной влажностью, сличением с эталонным гигрометром, а также поэлементным косвенным методом.

Например, при первичной поверке психрометрических гигрометров типа ВИТ (психрометров Августа) определяется погрешность термометров в соответствии с ГОСТ 8.279–78 до их сборки с основанием гигрометра. После сборки проводится внешний осмотр и определяется абсолютная погрешность в установке испытаний гигрометров путем сличения с показаниями эталонного гигрометра Волна-2М в двух точках диапазона измерения с относительной влажностью, отличающейся не менее чем на 20 %.

При периодической поверке проводится внешний осмотр и

38

определяется абсолютная погрешность термометров при температуре окружающей среды сличением с эталонным ртутным термометром с ценой деления 0,1 °С.

Перед определением погрешности термометров

психрометр освобождается от фитиля и питателя и выдерживается при температуре окружающего воздуха не менее 45 мин. Эталонный термометр устанавливается в непосредственной близости к поверяемому психрометру, при этом его резервуар должен находиться на одном уровне с резервуарами поверяемого психрометра.

При поверке аспирационных психрометров (психрометров Ассмана) определяется также скорость аспирации прямым или косвенным методом.

Поверка кулонометрических гигрометров поэлементным методом

Принцип действия кулонометрического гигрометра основан на измерении тока электролиза поглощенной влаги. Соотношение количества электричества и количества разложившейся при электролизе воды основано на фундаментальных физических законах. При этом составляющими погрешности кулонометрического гигрометра могут быть:

погрешность, вызванная неполнотой поглощения и разложения воды в рабочем чувствительном элементе (датчике);

погрешность измерения тока электролиза; погрешность установления расхода воздуха.

При поэлементной поверке проводятся следующие операции: внешний осмотр; опробование; определение метрологических характеристик.

При опробовании проверяются: изоляция, герметичность газовой системы, регулятор расхода, исправность защиты от перегрузки.

При определении метрологических характеристик проводится определение основной погрешности и дополнительной погрешности, вызванной изменением давления анализируемого газа.

Определение основной погрешности включает в себя: определение погрешности преобразования тока в выход-

39

ной сигнал гигрометра, при этом имитируется ток чувствительного элемента и определяется погрешность измерительного прибора;

определение погрешности, вызванной неполнотой извлечения влаги. На вход подается воздух с влажностью не менее

100 ppM, измеряются токи на выходе рабочего и контрольного чувствительных элементов и определяется их соотношение;

определение погрешности, вызванной фоновым выходным сигналом чувствительного элемента гигрометра. Измеряется выходной ток рабочего чувствительного элемента при пропускании практически сухого газа (с влажностью не более 0,1 ppM). Выходной сигнал не должен превышать значения, соответствующего 0,1 ppM.

Затем рассчитывается основная погрешность гигрометра с учетом паспортной погрешности установления расхода газа.

При определении дополнительной погрешности,

вызванной изменением давления анализируемого газа,

измеряется расход газа при номинальном давлении и при отклонении давления ±30 % от номинального.

40