Www.michell-instruments.com Калибровка датчиков влажности Национальный стандарт на эксплуатационный прибор Майк Баннистер Michell Instruments Limited. - презентация

1 Калибровка датчиков влажности Национальный стандарт на эксплуатационный прибор Майк Баннистер Michell Instruments Limited

2 План Введение Основы влажности Единицы измерения Способы регистрации Международные стандарты и единство измерения Погрешность измерения Методы калибровки Ограничения Протокол калибровки Типичные калибровочные графики

3 Введение

4 Калибровка это сравнение измеренной величины с истинным значением. Она имеет формальное определение по нормам ISO: Калибровка: набор операций, который учреждает под указанными условиями отношение между величинами отображаемыми измерительным прибором….. И соответствующими значениями величины, которые реализованы вторичным эталоном Регулировка - установка минимального отклонения от измеренной величины и истинного значения. Вновь, согласно ISO: Регулировка: действие предназначенное приводить измерительный прибор в состояние качества и свободы от погрешности измерения соответствующей его использованию Введение: 1 из 3 Что такое калибровка?

5 Другие обозначения Государственный эталон Стандарт признан официальным национальным решением служить в стране, как основа для установления значения всех других стандартов численно описанных. Национальный стандарт является в стране часто основным стандартом Единство измерения Свойство результата измерительного стандарта, обычно международного или национального стандарта, непрерывной цепочкой сопоставлений Все определения взяты из ISO :(1992) Введение: 2 из 3

6 Регулярная калибровка датчиков влажности важна не только для сохранения единства измерений, но также для обеспечения надлежащего функционирования рассмотренного процесса Большинство приборов влажности нуждаются в калибровке по крайней мере ежегодно для обеспечения соответствующих технических характеристик – некоторые нуждаются в калибровке каждые несколько месяцев Калибровка может потребоваться либо при проверке либо при установке, следующей за сертификацией Введение: 3 из 3 Почему калибраторы влажности важны?

7 Основы влажности

8 Водяной пар присутствует во всех газах Он ведет себя как газовый компонент в смеси с воздухом или другими газами В значительной степени подчиняется газовым законам Бойля:PV = Constant Чарльза:V/T = Constant Дальтона:P t = P 1 + P 2 + P 3 + …….. Идеальный:PV = nRT и т.д. Основы влажности: 1из 2 Что такое водяной пар?

9 Закон Дальтона формулирует, что P AIR = P N 2 +P O 2 + P CO 2 + P H 2 O Это означает, что молекулы воды в газе делают вклад в общее давление газа такое же как и другие молекулы Объединенный газовый закон формулирует, что P 1 V 1 = P 2 V 2 T 1 T 2 Это означает, что в реальной среде изменения давления водяного пара может быть легко подсчитано в связи с изменением температуры и объёма Основы влажности: 2 из 2 Законы……..

10 Единицы измерения

11 Это фактически температура при которой возникает конденсация, если газ охлаждён при постоянном давлении В сущности, точка росы (или точка инея) это точный удобный абсолютный метод описания давления водяного пара газа, в простых и привычных единицах Единицы измерения: 1 из 5 Точка росы

12 Относительная влажность Это отношение действующего значения давления водяного пара к его значению насыщения при данной температуре Относительная влажность это очень полезный параметр для сухих технологий или в отношении измерения к водной активности в сухих изделиях Единицы измерения: 2 из 5

13 Отношение концентрации компонентов смеси Это масса водяного пара на единицу массы сухого воздуха, обычно выражаемого в gkg -1 Отношение смеси чаще всего используется в отношении сухих применений, где важно знать массу воды в количестве твердого вещества- что имеет прямое отношение к весовой гравиметрическим технологиям Единицы измерения: 3 из 5

14 Зависимость давления насыщенного пара от точки росы Давление насыщенного пара в зависимости от точки росы Точка росы, °C Единицы измерения: 4 из 5 Давление насыщенного пара, Pa

15 Точка росы по отношению к температуре на различных rh уровнях Единицы измерения: 5 из 5

16 Способы регистрации

17 Импедансный датчик точки росы Керамическая подложка Проводящий слой Пористый проводящий слой Гигроскопический активный слой Импедансный датчик точки росы предлагает диапазон измерений от -100 до +20°C точки росы. Современные датчики сравнительно недорогие, но надёжные и могут дать удовлетворительную точность. Повторная калибровка требуется периодически. Способы регистрации: 1 из 3

18 Емкостной датчик относительной влажности Большинство датчиков основано на принципе поглощения в пористой полимерной пленке, которая имеет непосредственный электрический отклик на изменения относительной влажности. Температура среды ДОЛЖНА быть измерена и записана для предоставления достоверных данных. Может дать хорошую воспроизводимость, но нужна регулярная калибровка для достоверности. Быстрая реакция в отношении диапазона влажности Способы регистрации: 2 из 3

19 Датчик точки росы на охлаждаемом зеркале Принцип датчика на охлаждаемом зеркале основывается на охлаждении металлического зеркала термоэлектрическим куллером. В точке росы, температура зеркала измеряется точным платиновым термометром сопротивления. В основном, высокая точность и долговременная устойчивость. Источник света Смотровое окноИндикатор отраженного света Вход Peltier Зеркало и 4 Wire PT100 Индикатор отраженного света Выход Способы регистрации: 3 из 3

20 Международные стандарты и единство измерения

21 Система стандартов National Physical Laboratory, UK National Institute of Standards and Technology, USA Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Germany Национальная исследовательская лаборатория метрологии, Япония Служба Аккредитации Соединённого Королевства Стандарты: 1из 2 Deutsche Kalibrierdienst Национальные стандарты Национальные системы аккредитации Международные соглашения

22 Калибровочная схема соподчинения эталонов Эталон NPL Эталон NIST NIST гигрометр градуированный S4000 No3 NPL гигрометр градуированный S4000 No2 NPL гигрометр градуированный S4000 No1 Промежуточный переносной образцовый гигрометр S4000 No4 Генераторы точки росы Поверяемый импедансный гигрометр Поверяемый гигрометр на охлаждаемое зеркале Система калибрования - генератор точки росы с S4000 Стандарты: 2 из 2 Государственный эталон Вторичный эталон Рабочий эталон Средство измерения

23 Государственные эталоны

24 Образцовые генераторы влажности Генератор двух давлений Газ насыщается при фиксированной температуре и давлении После декомпрессии, точное измерение давления позволяет точно определять содержание влаги Контролирует большой объём воздуха Пригоден для контроля образцов давление/масса (собственная масса) Быстрота реакции Двух температурный генератор Газ насыщается, проходя через камеру заполненную водой (или льдом), которая регулируется при определённой температуре ниже температуры окружающей среды Как правило рециркулирующий Средний объём воздуха Пригоден для контроля температурных образцов Государственные эталоны: 1 из 4

25 Двух температурный генератор Рециркуляционный насос T3T3 T4T4 T2T2 T1T1 Эталонный гигрометр T d ref Поверяемый гигрометр T d test Газ - носитель (N 2, воздух ) Сатурационная система Государственный эталоны: 2 из 4

26 Генератор Двух Давлений Эталонный гигрометр, T d Поверяемый гигрометр T d Газ - носитель (N 2, воздух ) Сатурационная система Компрессор P1P1 Регулятор давления P2P2 T3T3 T4T4 T2T2 T1T Государственные эталоны: 3 из 4

27 Гравиметрический гигрометр Газ от генератора 1- я стадия H 2 O сепарирования 2- я стадия H 2 O сепарирования Сжижение газа носителя отношение концентраций компонентов смеси = Изменение массы во влагопоглоти теле 1 Изменение массы во влагопоглот ителе 2 Масса газа - носителя + / Государственные эталоны: 4 из 4

28 Погрешность измерения

29 Погрешность измерения Период неточности определяется как поле допуска, в котором (при k=2) измеренное значение будет согласовано с ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫМ значением для 95 % проведенных измерений. Это фактически доверительный интервал для измерения и он может быть посчитан объединением различных экспериментальных и теоретических данных на систему и рабочее средство измерения, согласно хорошо доказанной формуле. Погрешность измерения: 1из 4

30 Погрешность измерения Погрешности рабочих СИ и калибровочных эталонов одинаково важны. Прослеживаемая лаборатория типично имеет неточность порядка ±0.1°C точки росы (k=2 граница). Типичный полевой прибор может иметь погрешность гораздо хуже. Погрешность измерения: 2 из 4

31 Погрешность измерения Калибровка гигрометра будет итогом двух составляющих– смещение (часто определяется как точность) в данной точке и в погрешности значения. Так например, если есть смещение в +0.2 °C точки росы и неточность калибровки ±0.1 °C точки росы, тогда вы имеете 95 % уверенность, что истинное значение = (показания -0.1) ±0.2. Погрешность измерения: 3 из 4

32 Погрешность измерения Погрешность измерения: 4 из 4

33 Тарировочная NPL таблица результатов Тарировочная таблица: 1 из 2

34 NPL свидетельство о поверке Тарировочная таблица: 2 из 2

35 Методы калибровки

36 Общее представление о калибровочных системах Источник воздухаОсушитель Генератор Испытательная камера Эталонный гигрометр точки росы Поверяемое устройство Отслеживаемость по Национальным стандартам Методы калибровки: 1 из 13

37 Общее представление о калибровочных системах Системы могут быть сконфигурированы для калибровки различных типов гигрометров - Емкостные датчики точки росы Гигрометры на охлаждаемом зеркале Зонды относительной влажности Электролитические гигрометры Методы калибровки: 2 из 13

38 Блок-схема калибровочной системы точки росы Calibration manifold S4000RS Sensor DG-4 variable dewpoint PSD-2

39 Генератор Точки Росы Двухступенчатого Типа Смешивания С Ручным Управлением Методы калибровки: 4 из13

40 Генератор Точки Росы С Ручным Управлением. Установки Пропорций Смешивания Расход, л/мин. Точка росы°CПервая ступеньВторая ступень Dry FM1 Wet FM2+FM3 Dry FM4Wet FM Методы калибровки: 5 из 13

41 Автоматический Двухступенчатый Генератор Точки Росы На 11 Точек Методы калибровки: 6 из 13

42 Генераторы Относительной Влажности Режим работыРучной или автоматический с помощью ПК Диапазон

43 Портативный генератор влажности и температуры Обеспечивает регулирование по замкнутому циклу температуры и относительной влажности. Может быть достигнута общая погрешность измерения лучше чем 1,35% от измеренного значения относительной влажности, со встроенным базовым гигрометром Методы калибровки: 8 из 13

44 Автоматический Генератор Влажности Это полностью автоматическая управляемая компьютером система калибровки для различных типов датчиков влажности в диапазоне -40…+40 °C и 1…98 % ОВ. Эта система обеспечивает профилирование обоих параметров, а так же обеспечивает возможность регистрации данных. Методы калибровки: 9 из 13

45 Блок Схема Генератора Влажности Методы калибровки: 10 из 13

46 Насыщенные растворы соли До сих пор существует общая практика калибровки датчиков относительной влажности используя насыщенные растворы соли. По ограниченному температурному диапазону, пересыщенный раствор чистой неорганической соли с дистиллированной водой вызовет фиксированную относительную влажность в закрытом воздушном пространстве в близком контакте с поверхностью жидкости. Различные растворы вызовут широкий диапазон влажностей как показано в следующей таблице. Методы калибровки: 11 из 13

47 Относительная Влажность По Солевым Растворам Методы калибровки: 12 из 13

48

49 Ограничения

50 Все измерительные методы влажности имеют определённые преимущества и так же определённые ограничения. Возможности трёх основных методов, обсуждённых ранее рассмотрены ниже: Ограничения: 1 из 4

51 Типичные технические характеристики различных измерительных технологий Ограничения: 2 из 4

52 Ограничения методики калибровки определяются сочетанием факторов, включая: Физические возможности используемые лабораторией температурный контроль качество воздуха стабильность электроснабжения Класс персонала обучение внимание к деталям воспроизводимость изменения в штате Ограничения: 3 из 4

53 Оборудование для калибровки Точность Воспроизводимость Единство измерения В любой лаборатории эти факторы могут быть определены статистически и объединены, чтобы оценить способности этой лаборатории как "недостоверный уровень". Поэтому для правильной работы, профессиональная лаборатория с возможностью прослеживаемой перекалибровки согласно признанному стандарту, её возможности и ограничения количественно определены и представлены как положение лаборатории. Ограничения: 4 из 4

54 Протокол калибровки Качество процесса калибровки датчиков влажности может в значительной степени находиться под влиянием протокола этого процесса. В целом, датчики влажности должны быть откалиброваны от сухого до влажного – это позволяет датчику и объединённой системе отбора проб быть полностью сухим перед началом калибровки. Т.к система отбора проб и датчик в общем влаголюбивы, важно позволить достаточно высохнуть, чтобы исключить любую адсорбированную влагу перед началом калибровки. Протокол калибровки: 1 из 3

55 Протокол калибровки Типичный протокол калибровки датчика влажности должен содержать: ПунктДопустимое время для стабилизации Примечание Входной контроль при высокой влажности 30 мин. минимумДля перекрёстной ссылки перед конечным показанием ОсушкаОт 24 до 72 часовЗависит от наименьшей влажности Первая контрольная точка От 4 до 8 часов Увеличение шагов влажности Уменьшение времени стабилизации до 30 мин. при влажности окружающей среды Повторить испытание при действии высокой влажности как исходную точку контроля для системы Протокол калибровки: 2 из 3

56 Типичная градуировочная кривая датчика влажности Практическая влажность Измеренное значение Типичные результаты калибровки для датчиков влажности: Теоретический отклик Смещение нуля Уменьшенный интервал Ошибка линеаризации Calibration Protocol: 3 of 3

57 Сравнительная таблица поточных гигрометров НаименованиеEasidewCermet IIOptidew VisionS4000 range * ПрименениеОбщее применениеЧистые газыКритическое применение ТехнологияИмпеданс Охлаждаемое зеркало Общий диапазон °C-100 до до +90, до +130 (высокотемпературный датчик) -100 до +90 Оптимальный диапазон °C -60 до до до до +80 Единицы измерения°C, °F °C, °F, ppm, gm 3, Ibmmscf °C, °F, % RH, aw temp °, °C, °F, gks 1 Точность°C+/- 2+/- 1+/- 0.2 Питание 115 или 230В переключаемый 85 – 265В перем. 90 – 370В пост. 85 – 265В перем. 90 – 265В перем. Выходы4-20mA4-20mA, RS mA, 4-20mA, RS232mV, mA, RS232 СигнализацияОдин сигналДо 4 сигналовОдин сигналНет

58 Сравнительная таблица портативных гигрометров НаименованиеEasidewCermaxCermax ISS4000 Integrale ПрименениеОбщее применениеЧистые газыОпасная зона Критическое применение ТехнологияИмпеданс Охлаждаемое зеркало Общий диапазон °C-100 до до до +40 Оптимальный диапазон °C -60 до до до +20 Точность °C+/- 2+/- 1 +/- 0.2 Питание Перезаряжаемые батареи Мощность потребляемая от сети V ac Выходы4-20mARS232 RS232 (в безопасной зоне) mV, mA, RS232 Масса4kg3kg 9.8kg

59 Сравнительная таблица датчиков влажности НаименованиеёPuraEasidewEasidew TX I.S.Transmet ISOptidew Применение Чистые газы, пр-во полупроводников Общее применение Опасная зона Опасная зона (улучшенные рабочие характеристики) Критическое применение ТехнологияИмпеданс Охлаждаемое зеркало Общий диапазон °C -120 до до до +90 Оптимальный диапазон°C -100 до до до до +80 Точность °C +/- 1+/- 2 +/- 1+/- 0.2 Питание12 – 28В пост В пост.12 – 28В пост.11 – 28В пост.85 – 265В перем. Выходы 4-20mA, опция RS mA 4-2mA, RS232, сигнализация Мах давление24 MPa40 MPa 30 MPa25 MPa

60 Время для вопросов и ответов ООО "Украинская промышленно- торговая компания" Факс:+38 (057) Телефон:+38 (057)