НПК МИКРОФОР
Производство приборов для измерения влажности и температуры
 

Рекомендации по работе с генератором влажного газа HygroGen

      Гигрометры с емкостными сенсорами влажности, как правило, должны проходить ежегодную поверку. Вследствие некоторых особенностей сенсоров этого типа их характеристики могут изменяться при воздействии различных факторов в процессе эксплуатации. Поэтому многие производители выпускают комплекты для юстировки гигрометров на основе насыщенных или ненасыщенных солей. Предусмотрены также процедуры очистки сенсоров от загрязнений. Эти процедуры, назовем их техническим обслуживанием, должны предшествовать поверке или проводится после ее неудовлетворительного результата. Наш опыт свидетельствует о том, что в большинстве случаев метрологические отказы гигрометров связаны, в первую очередь, с игнорированием пользователями необходимости выполнения их технического обслуживания перед направлением в поверку. Как результат, после получения свидетельства о непригодности СИ владельцы приборов вынуждены обращаться к производителю.

      При поступлении СИ по рекламации мы проверяем прибор на образцовом генераторе влажного газа «Родник-2», анализируем причины сдвига характеристик, при необходимости чистим или заменяем сенсор. Однако, иногда возникают ситуации, когда после проверки выясняется, что характеристики не прошедшего поверку прибора полностью соответствуют паспортным, а в протоколах поверки фигурируют далекие от реальности цифры. Такие же проблемы с недавних пор стали возникать и с каналом измерения температуры термогигрометров ИВА-6. Ситуация очень неприятная, поскольку любые попытки выяснить причины несоответствия наталкиваются на почти агрессивное неприятие. 

      Анализ возможных причин неудовлетворительных результатов поверки по температуре выявил одну общую закономерность. Во всех этих случаях в качестве термостата использовалась рабочая камера генератора влажного газа Hygrogen 2. Чтобы разобраться в причинах недостоверности результатов поверки мы провели ряд испытаний термогигрометров и преобразователей влажности на генераторе Hygrogen 2, предоставленном нам Менделеевским ЦСМ. 

      Генератор HygroGen (без контрольного конденсационного гигрометра Optidew Vision!) нам очень понравился. Основным его достоинством с нашей точки зрения является быстрый выход на температурно-влажностный режим за счет интенсивного обдува преобразователя в камере генератора. Мы сделали для своей лаборатории аналог такого генератора для экспресс-проверки приходящих на техническое обслуживание приборов на необходимость отмывки сенсора. 

      Много вопросов вызвал конденсационный гигрометр Optidew Vision, используемый в генераторе для повышения точности. Основные проблемы, с которыми мы столкнулись при работе с гигрометром следующие:
  • неопределенность показаний при точке инея около -16° (соответствует 5% относительной влажности при 23°С, другие точки поблизости мы не смотрели) – длительное время гигрометр фиксирует точку росы, затем спонтанно вода на зеркале кристаллизуется и гигрометр начинает работать штатно;
  • при температуре 50°С и относительной влажности 70% показания гигрометра стали колебаться в пределах нескольких процентов, а затем «уперлись» в 100%. При извлечении зонда конденсационного гигрометра из камеры, он оказался залитым водой;
  • воспроизводимость измерений гигрометром Optidew Vision значительно хуже воспроизводимости встроенного в генератор преобразователя. Это хорошо видно при сравнении нескольких градуировочных характеристик испытуемого преобразователя; 
  • нам осталось непонятным, каким образом применение гигрометра Optidew Vision приводит к погрешности задания влажности 0,5% (об этом ниже).
      Согласно ЦАРЯ.2772.001 МП поверка термогигрометров ИВА-6 осуществляется с использованием образцового генератора влажного газа «Родник-2». В соответствии с методикой поверки «...допускается применять другие средства поверки, не уступающие им по техническим и метрологическим характеристикам...» 

      По формальным признакам характеристики генератора влажного газа Hygrogen 2 «...не уступают...» характеристикам образцового генератора влажного газа «Родник-2». Пределы допускаемой абсолютной погрешности задания относительной влажности у этих генераторов не более ±0,5%. 

      При внимательном рассмотрении заявленных характеристик генератора влажного газа Hygrogen 2 возникает ряд вопросов, подробно освещенных здесь. Мы считаем, что применение контрольного конденсационного гигрометра в генераторе HygroGen 2 не позволяет снизить его погрешность до ±0,5% относительной влажности. 

      При применении генератора HygroGen 2 вместо «Родник-2» часто возникает другая проблема, обусловленная конструктивным исполнением генератора. 

      Конструкция генератора «Родник-2» обеспечивает нахождение всего измерительного преобразователя в термостатируемом объеме. В генераторе HygroGen 2, как правило, в термостатируемом объеме находится лишь часть преобразователя. Благодаря интенсивному перемешиванию воздуха конструкторам удалось минимизировать градиент температуры вдоль корпуса поверяемого преобразователя за счет соответствующего расположения преобразователя в камере генератора (рис.1).

Рис.1. Рекомендуемое расположение испытуемого преобразователя в камере генератора.

Несоблюдение этого правила приводит к некорректным показаниям преобразователя вследствие того, что температура чувствительных элементов температуры и относительной влажности отличается от температуры в рабочем объеме генератора. 

      Мы предполагаем, что именно этим фактором объясняются неудовлетворительные результаты поверки заведомо годных приборов. 
В комплекте имеющегося в нашем распоряжении генератора только одна втулка («съемный зажим») позволила устанавливать преобразователи диаметром 12 мм. При этом вследствие недостаточной длины преобразователей ДВ2ТСМ-Б/080 и зондов термогигрометров Ива-6Н их установка в соответствии с рекомендациями оказалась невозможной. Нами была изготовлена втулка с гермовводом на внутренней стороне «съемного зажима». На рис.2 показаны штатная («родная») и доработанная (наша) втулки: 

Рис.2 Штатная («родная») и доработанная (наша) втулки

      На рис.3 показаны преобразователи, установленные в штатную и доработанную втулку. 

Рис.3 Преобразователи, установленные в штатную и доработанную втулку

      Далее на генераторе HygroGen 2 были выполнены два цикла измерений характеристик преобразователей: 

      В первом цикле один из двух испытуемых преобразователей (зав.№3C98) был установлен в штатную втулку, второй (зав.№2B93) – в доработанную. Снаружи генератора рядом с преобразователями был размещен преобразователь термогигрометра Ива-6А (зав.№6B13) для контроля температуры окружающего воздуха. 

      Во втором цикле оба преобразователя были установлены в доработанные втулки. На рис.4 показан вид генератора в процессе второго цикла измерений. Измерения проводились при температуре в камере генератора 23°С. 

Рис.4 Вид генератора в процессе второго цикла измерений

      Показания преобразователей в процессе измерений фиксировались на компьютере. 

      На рис.5 приведен график показаний температуры преобразователей. Отсюда видно, что несоблюдение требований по расположению испытуемого преобразователя в камере генератора приводит к тому, что температура преобразователя сильно отличается от температуры в камере. Это ведет к значительным расхождениям в показаниях относительной влажности, иллюстрируемым рис.6. 

Рис.5 График показаний температуры преобразователей в процессе измерений. Желтым цветом выделен преобразователь, установленный снаружи камеры генератора, синим – в штатную втулку, серым – в доработанную втулку..

Рис.6 График показаний относительной влажности преобразователей в процессе измерений.
Синим цветом выделен преобразователь, установленный в штатную втулку, серым – в доработанную втулку.

      На рис.7 приведены протоколы показаний преобразователей в двух циклах измерений. 

Рис.7. Протоколы показаний преобразователей в двух циклах измерений. 

      Таким образом, неправильно установленный преобразователь был бы забракован при поверке по влажности, и, тем более, по температуре. 
Съемный зажим для установки преобразователей ДВ2ТСМ-Б и Ива-6Н в генератор влажного газа HygroGen 2 Вы можете приобрести в НПК «Микрофор». 

      Следует отметить еще одну замеченную нами особенность работы генератора HygroGen 2. На протоколе видно, что при значении относительной влажности 5% наблюдается существенное отклонение показаний термогигрометра Ива-6Н (-2%). При этом показания конденсационного гигрометра и внутреннего датчика генератора совпадали. Этот факт очень озаботил нас, поскольку подвергал сомнению метрологические характеристики нашего оборудования. В ходе дополнительных исследований конденсационного гигрометра Optidew Vision на генераторе «Полюс» мы выяснили, что причина этого в неопределенности показаний конденсационного гигрометра при этом значении влажности. В начальный период (до полутора часов) гигрометр показывает значение точки росы газа, затем вода на зеркале гигрометра спонтанно кристаллизуется и гигрометр показывает температуру точки инея. Вооруженные этим знанием и терпением мы добились хорошего согласования между показаниями испытуемого преобразователя, отградуированного на образцовом генераторе «Родник-2М», и гигрометра Optidew Vision. При этом совпадение в начальный момент показаний конденсационного гигрометра и внутреннего датчика генератора HygroGen 2 может объясняться тем, что градуировка внутреннего датчика осуществлялась по показаниям Optidew Vision. 



Исследование конденсационного гигрометра Optidew Vision на генераторе влажного газа «Полюс».

      Как упоминалось выше, при первом знакомстве с генератором HygroGen 2 наблюдалось значительное расхождение между показаниями испытуемых преобразователей, прошедших градуировку на образцовом генераторе влажного газа «Родник-2М» и показаниями контрольного гигрометра Optidew Vision и штатного преобразователя влажности, установленного в генераторе.

      Так, при температуре 23°С и относительной влажности в камере HygroGen 2 (по показаниям штатного преобразователя) 5%, показания Optidew Vision составили 5%, а испытуемого преобразователя ДВ2ТСМ-Б №7777 – 5,85%.

      Для выяснения причины такого значительного для низкого значения влажности расхождения мы исследовали характеристики гигрометра Optidew Vision на генераторе влажного газа «Полюс».

      Преобразователь гигрометра Optidew Vision был установлен в проточную камеру, которая была подключена к выходу генератора «Полюс». На выходе камеры была также установлена проточная камера с преобразователем ДВ2ТСМ-1Т-4П-В в составе термогигрометра Ива-6Б2.

      С выхода генератора «Полюс» на контрольные гигрометры подавался газ с точкой инея -16,6°С. Относительная влажность такого газа при 23°С составляет 5,06%. Показания гигрометра Optidew Vision установились на значении -18,5°С, термогигрометра Ива-6Б2    -16,7°С. После примерно часа ожидания показания конденсационного гигрометра стали медленно изменяться и через десять минут стабилизировались на уровне -16,6°. Показания термогигрометра Ива-6Б при этом не менялись.

      Таким образом, очевидно, что по крайней мере при температуре точки инея около -16°С для гигрометра Optidew Vision характерна неопределенность измеряемого параметра – точки росы или точки инея. Гигрометр длительное время измеряет температуру выпавшей на зеркало росы. Спустя некоторое время роса спонтанно кристаллизуется и далее фиксируется температура инея. При точке инея -16,6°С точка росы этого газа составляет -18,5°С, что мы и наблюдали в течении первого часа.

      Вооруженные этим знанием и терпением мы добились хорошего согласования между показаниями испытуемого преобразователя, отградуированного на образцовом генераторе «Родник-2М», и гигрометра Optidew Vision.

Время

HygroGen

Optidew Vision

ДВ2ТСМ

 

RH,%

T,°C

Tdp,°C

T,°C

RH,%

№7777, %RH

9:50

4,9

23

-17

23

4,8

5,81

10:00

5

23

-16,8

23

4,9

5,81

10:12

5

23

-16,7

22,9

5

5,81

10:25

5

23

-16,6

22,9

5

5,81

10:40

5

23

-16,8

22,9

4,9

5,78

10:49

5

23

-15,8

22,9

5,4

5,78

11:00

5

23

-15,4

22,9

5,6

5,76

11:12

5

23

-15,3

22,9

5,6

5,78

11:25

5

23

-15,2

22,9

5,7

5,75

11:37

5

23

-15,1

22,9

5,8

5,75

11:54

5

23

-15,1

22,9

5,8

5,75




О погрешности генератора влажного газа HygroGen 2.

      Согласно описанию типа «...Для измерения воспроизводимых значений относительной влажности, температуры точки росы и температуры используется внешний контрольный конденсационный гигрометр (для модификаций HygroGen 2, HygroGen 2-473, HygroGen 2-973, HygroGen 2-373LHX) либо встроенный сорбционный гигрометр (для модификации HygroGen 1)...».

      Следовательно, погрешность задания влажности генератором HygroGen 2 определяется погрешностью контрольного гигрометра. Погрешность контрольного конденсационного гигрометра Optidew Vision, входящего в состав HygroGen 2 составляет ±0,2°С по температуре точки росы и ±0,1°С по температуре. 

      Нетрудно посчитать к чему приводят такие погрешности при вычислении значения относительной влажности. Величины этой погрешности при различных значениях относительной влажности и температуры приведены в таблице:


1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

T,°C

RH, %

Тр,°С

T,°C

Тр-0,2

RH',%

Тр+0,2

RH',%

RH(-0,2),%

RH(+0,2),%

 

 

 

0

 

4,9

 

5,11

-0,1

0,11

 

5

-32,05

-0,1

-32,25

4,94

-31,85

5,15

-0,06

0,15

 

 

 

0,1

 

4,86

 

5,07

-0,14

0,07

 

 

 

0

 

49,11

 

50,87

-0,89

0,87

0

50

-8,16

-0,1

-8,36

49,52

-7,96

51,28

-0,48

1,28

 

 

 

0,1

 

48,76

 

50,5

-1,24

0,5

 

 

 

0

 

93,45

 

96,59

-1,55

1,59

 

95

-0,62

-0,1

-0,82

94,22

-0,42

97,39

-0,78

2,39

 

 

 

0,1

 

92,77

 

95,9

-2,23

0,9

 

 

 

25

 

4,91

 

5,09

-0,09

0,09

 

5

-15,45

24,9

-15,65

4,94

-15,25

5,12

-0,06

0,12

 

 

 

25,1

 

4,88

 

5,06

-0,12

0,06

 

 

 

25

 

49,35

 

50,65

-0,65

0,65

25

50

13,86

24,9

13,66

49,64

14,06

50,95

-0,36

0,95

 

 

 

25,1

 

49,06

 

50,35

-0,94

0,35

 

 

 

25

 

93,85

 

96,13

-1,15

1,13

 

95

24,14

24,9

23,94

94,42

24,34

96,71

-0,58

1,71

 

 

 

25,1

 

93,3

 

95,56

-1,7

0,56

 

 

 

50

 

4,93

 

5,07

-0,07

0,07

 

5

0,132

49,9

-0,068

4,95

0,332

5,1

-0,05

0,1

 

 

 

50,1

 

4,9

 

5,05

-0,1

0,05

 

 

 

50

 

49,46

 

50,55

-0,54

0,55

50

50

36,684

49,9

36,484

49,7

36,884

50,8

-0,3

0,8

 

 

 

50,1

 

49,21

 

50,3

-0,79

0,3

 

 

 

50

 

94,06

 

95,95

-0,94

0,95

 

95

48,97

49,9

48,77

94,52

49,17

96,43

-0,48

1,43

 

 

 

50,1

 

93,59

 

95,48

-1,41

0,48


      Отсюда видно, что максимальная величина абсолютной погрешности измерения относительной влажности гигрометром Optidew Vision достигает 2,4% (при относительной влажности 95% и температуре 0°С). Что почти в пять! раз превышает декларируемую погрешность.

      Необходимо отметить, что фирма Michell Instruments выпускающая похожий генератор влажного газа HG1, также снабженный контрольным гигрометром Optidew Vision, так описывает его метрологические характеристики (http://michell.com/uk/products/hg1.htm):
«   Reference accuracy   Typically ±2% of reading (% relative humidity), 0,2°Cdp, 0.1°C ambient temperature (with Optidew reference hygrometer)...»


      Не совсем точно (оправдывает слово «Typically»), но уже гораздо ближе к истине...

      На сайте фирмы Rotronic - производителя генератора HygroGen 2 найти упоминание о гигрометре Optidew Vision больше не удается. Кроме того в новом и единственном описании генератора, датируемом 13.06.2014 (http://www.rotronic.com/productattachments/index/download?id=203), нет ни одного указания на гипотетическую возможность достижения погрешности ±0,5% относительной влажности. Есть лишь упоминание, что при использовании внешнего контрольного гигрометра с погрешностью 0,1°С точки росы возможно достижение неопределенности измерений (measure uncertainty) менее 0,7%RH.



 

НОВОСТИ

29.06.2016

Предлагаем Вашему вниманию новый компонент беспроводной сети - термогигрометр ИВА-6Н(Д) с радиомодулем стандарта ZigBee.

19.04.2016

Представляем Вашему вниманию адаптер КИ-3, предназначеный для подключения термогигрометров Ива-6А(-Д) и Ива-6Н(-Д)  
- к многоканальной системе контроля микроклимата и других параметров технологических сред на основе контроллера Ива-128
- персональному компьютеру с программным обеспечением SensNet; 
- к SCADA-системам различных разработчиков. 

16.02.2016

НОВИНКА! Представляем новую разработку - измерители влажности сжатого воздуха и неагрессивных технологических газов ИВА-206 и ИВА-208. Выполнены в одном блоке, имеют световую и звуковую сигнализацию выхода измеряемых значений за установленные пределы.

Copyright ООО НПК "МИКРОФОР" © '2004-2014'