Рекомендации по работе с генератором влажного воздуха HygroGen
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 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.