Оглавление
- 1. Введение. Основная и дополнительная погрешности термогигрометров
- 2. Нормальные и рабочие условия эксплуатации термогигрометров
- 3. Физические причины возникновения дополнительных температурных и влажностных погрешностей
- 4. Влияние температуры окружающей среды на показания температуры и относительной влажности
- 5. Влияние влажности окружающей среды на работу датчиков термогигрометров
- 6. Дополнительная погрешность от температуры: коэффициенты влияния и расчёт
- 7. Дополнительная погрешность от влажности: особенности различных типов датчиков
- 8. Методы определения и расчёта дополнительных погрешностей
- 9. Практические примеры расчёта дополнительных погрешностей
- 10. Влияние резких перепадов температуры и влажности (гистерезис и время стабилизации)
- 11. Рекомендации по минимизации дополнительных погрешностей при эксплуатации
- 12. Особенности поверки и калибровки с учётом дополнительных погрешностей
- 13. Сравнительный анализ чувствительности разных типов датчиков
- 14. Заключение. Выбор термогигрометра с учётом условий эксплуатации
1. Введение. Основная и дополнительная погрешности термогигрометров
Термогигрометры предназначены для одновременного измерения температуры и относительной влажности воздуха. Основная погрешность прибора указывается изготовителем при нормальных условиях эксплуатации и характеризует точность измерения в заданном диапазоне. Дополнительная погрешность возникает при отклонении условий эксплуатации от нормальных (температура, влажность, давление, напряжение питания и др.) и проявляется как изменение основной погрешности.
В химической, нефтехимической, фармацевтической и пищевой промышленности, где термогигрометры используются для контроля микроклимата в производственных помещениях, складах и лабораториях, дополнительные погрешности могут достигать значительных величин и приводить к ошибкам в оценке технологических процессов. Нормативные документы, такие как ГОСТ Р 8.596-2002 и ГОСТ 8.558-2013, регламентируют учёт этих погрешностей при выборе и эксплуатации средств измерений.
В статье рассмотрены физические механизмы, расчётные формулы, практические примеры и рекомендации по снижению влияния внешних факторов.
Для тех, кто ценит точность и удобство каждый день, идеальным решением станет приобрести термогигрометр Testo 608-H1.
2. Нормальные и рабочие условия эксплуатации термогигрометров
Нормальные условия эксплуатации (по РМГ 29-2013) для большинства термогигрометров:
- температура окружающего воздуха \( +20 \pm 5^\circ \text{C} \);
- относительная влажность \( 30 \div 80\% \);
- атмосферное давление \( 84 \div 106 \) кПа;
- напряжение питания в пределах номинального значения \( \pm 10\% \).
Рабочие условия указываются в технических характеристиках каждой модели и шире нормальных. Например, рабочий диапазон температуры может составлять от \(-20\) до \(+50^\circ \text{C}\), относительной влажности 0–99 %. Выход за пределы нормальных условий автоматически включает дополнительные погрешности.
При эксплуатации в цехах химических производств, где температура может колебаться от \(+5\) до \(+40^\circ \text{C}\), а влажность достигать 90 %, дополнительные погрешности становятся определяющими для достоверности результатов.
3. Физические причины возникновения дополнительных температурных и влажностных погрешностей
Дополнительные погрешности обусловлены двумя основными группами факторов:
- Температурное влияние на первичные преобразователи:
- Изменение сопротивления термометров сопротивления или терморезисторов.
- Температурный дрейф ёмкости полимерных сорбентов в емкостных датчиках влажности.
- Изменение скорости диффузии паров воды через защитные фильтры.
- Влажностное влияние:
- Гистерезис сорбционных материалов.
- Конденсация влаги на элементах датчика при резких перепадах.
- Изменение теплоотдачи в психрометрических датчиках.
В психрометрических влагомерах температура «мокрого» термометра зависит от интенсивности испарения, которая определяется температурой и влажностью газа. При отклонении температуры окружающей среды от нормальной изменяется разность показаний сухого и мокрого термометров, что приводит к дополнительной погрешности.
В современных емкостных датчиках основная причина — температурный коэффициент диэлектрической проницаемости полимерного сорбента.
4. Влияние температуры окружающей среды на показания температуры и относительной влажности
Температура окружающей среды влияет одновременно на оба измеряемых параметра:
- На температуру: дополнительная погрешность обычно мала (\( \pm 0{,}1 \div 0{,}3^\circ \text{C}/10^\circ \text{C} \)) за счёт компенсации в электронном блоке.
- На относительную влажность: наиболее значима. Относительная влажность \( \varphi \) связана с температурой через давление насыщенного пара:
\[ \varphi = \frac{e}{e_s(T)} \times 100\% \]где \( e \) — парциальное давление пара, \( e_s(T) \) — давление насыщения при температуре \( T \).
При повышении температуры на \( 1^\circ \text{C} \) давление насыщения растёт примерно на 6–7 %, что вызывает кажущуюся погрешность влажности до 3–5 %RH без температурной компенсации.
В ряде моделей встроенная компенсация снижает эту погрешность до \( 0{,}1 \div 0{,}3\% \text{RH}/^\circ \text{C} \).
5. Влияние влажности окружающей среды на работу датчиков термогигрометров
Высокая влажность (>85 %) приводит к:
- конденсации на поверхности датчика (особенно при охлаждении прибора);
- увеличению гистерезиса сорбента;
- коррозии контактов (хотя в современных моделях с высокой степенью защиты этот эффект минимизирован).
Низкая влажность (<20 %) вызывает высыхание сорбента и временное снижение чувствительности.
При влажности свыше 90 % рекомендуется использовать защитные фильтры и обеспечивать время акклиматизации не менее 30 минут.
6. Дополнительная погрешность от температуры: коэффициенты влияния и расчёт
Дополнительная погрешность по температуре рассчитывается по формуле:
где \( K_T \) — коэффициент дополнительной погрешности от температуры (обычно 0,05–0,2 % на каждый градус Цельсия для влажности), \( \Delta T \) — отклонение от нормальной температуры (\( 20^\circ \text{C} \)), \( \delta_{\text{осн}} \) — основная погрешность.
Для емкостных датчиков типичный коэффициент дополнительной погрешности от температуры составляет 0,15 %RH на 1 °C.
Пример расчёта:
Основная погрешность влажности \( \pm 3\% \) RH при \( 20^\circ \text{C} \). При эксплуатации при \( +35^\circ \text{C} \) (\( \Delta T = 15^\circ \text{C} \)):
Суммарная погрешность может достигать \( \pm 9{,}75\% \) RH.
7. Дополнительная погрешность от влажности: особенности различных типов датчиков
Емкостные датчики (основной тип в современных портативных термогигрометрах):
- Коэффициент дополнительной погрешности от влажности на температуру мал (\( \pm 0{,}05^\circ \text{C}/\% \text{RH} \)).
- Основная проблема — гистерезис при переходе через точку росы.
Психрометрические датчики:
- Сильная зависимость от температуры воздуха (дополнительная погрешность до \( \pm 2\% \) RH при изменении температуры на \( 5^\circ \text{C} \)).
Оптические и СВЧ-влагомеры менее чувствительны к влажности окружающей среды, но применяются реже в портативных устройствах.
8. Методы определения и расчёта дополнительных погрешностей
Методы определения:
- Экспериментальный — поверка при различных температурах и влажностях в климатической камере.
- Расчётный — по паспортным коэффициентам влияния.
- По формулам РМГ 29-2013 для суммарной погрешности:
\[ \delta_{\Sigma} = \sqrt{\delta_{\text{осн}}^2 + \sum \Delta_{\text{доп},i}^2}. \]
9. Практические примеры расчёта дополнительных погрешностей
Пример 1.
Основная погрешность влажности \( \pm 3\% \) RH. При эксплуатации при температуре \( 40^\circ \text{C} \) (\( \Delta T = 20^\circ \text{C} \)) и коэффициенте 0,20 %RH/°C дополнительная погрешность составляет:
Суммарная погрешность влажности достигает \( \pm 15\% \) RH.
Пример 2.
Для модели с коэффициентом дополнительной погрешности от температуры 0,05 %RH/°C при том же отклонении температуры дополнительная погрешность составляет всего \( \pm 3\% \) RH.
| Модель | Коэффициент дополнительной погрешности от температуры, %RH/°C | Коэффициент дополнительной погрешности от влажности, °C/%RH | Рекомендуемый диапазон без коррекции |
|---|---|---|---|
| МЕГЕОН 20067 | 0,15 | 0,05 | +15…+30 °C, 30–80 % |
| Testo 625 | 0,05 | 0,02 | +5…+40 °C, 20–90 % |
| RGK TH-12 | 0,20 | 0,08 | +10…+35 °C, 40–75 % |
| VA-TH230 | 0,12 | 0,04 | +10…+45 °C, 25–85 % |
10. Влияние резких перепадов температуры и влажности (гистерезис и время стабилизации)
Резкий перепад температуры на 10 °C вызывает временную погрешность до 10 % RH из-за инерции датчика. Время стабилизации составляет от 10 до 30 минут в зависимости от модели.
Гистерезис сорбента (разница показаний при увлажнении и осушении) достигает 2–5 % RH у недорогих моделей.
Рекомендация: перед измерением выдерживать прибор в условиях измерения не менее 20–40 минут.
11. Рекомендации по минимизации дополнительных погрешностей при эксплуатации
- Выбор модели с минимальным коэффициентом дополнительной погрешности от температуры.
- Установка в местах с минимальными перепадами температуры (избегать прямого солнца, вентиляционных потоков).
- Использование защитных фильтров и экранов.
- Регулярная калибровка каждые 6–12 месяцев.
- Применение кондиционирования воздуха в помещениях контроля.
- Для приборов с выносным датчиком размещение электронного блока в более стабильных условиях.
12. Особенности поверки и калибровки с учётом дополнительных погрешностей
Поверка проводится в климатической камере при нескольких значениях температуры и влажности. При поверке фиксируют дополнительные погрешности и вносят их в протокол. Для моделей с цифровой компенсацией поправки минимальны.
13. Сравнительный анализ чувствительности разных типов датчиков
- Емкостные (полимерные): высокая чувствительность к температуре, низкий гистерезис при правильной эксплуатации.
- Психрометрические: сильная зависимость от температуры воздуха, стабильны при постоянных условиях.
- Оптические и СВЧ: минимальные дополнительные погрешности, но выше стоимость и применяются реже в портативных моделях.
14. Заключение. Выбор термогигрометра с учётом условий эксплуатации
Дополнительные погрешности от температуры и влажности окружающей среды могут многократно превышать основную погрешность и существенно влиять на достоверность контроля микроклимата. При выборе термогигрометра необходимо оценивать коэффициенты дополнительной погрешности от температуры и от влажности, учитывать реальные условия эксплуатации цеха или лаборатории и отдавать предпочтение моделям с эффективной температурной компенсацией.
Правильный учёт дополнительных погрешностей позволяет обеспечить точность измерений в пределах требований технологических регламентов и нормативных документов, повысить безопасность и качество продукции химических производств.
Чтобы оперативно реагировать на изменения климата в производственных цехах, оформите покупку термогигрометра и поддерживайте стабильные условия технологического процесса.
Материал подготовил технический директор НПП "КИПОФФ" Березин Александр Сергеевич