冷镜式露点仪测量结果的不确定度评定

2 露点仪测量结果的不确定度评定
    精密露点仪是一种测量仪器，仪器本身没有不确定度。对于“露点仪的不确定度”这一习惯说法，则可以将其理解为露点仪提供的标准量值的不确定度，或在测量结果中由露点仪所引入的不确定度分量，因此实际上应该说是“测量仪器引人的不确定度”。不确定度这一参数不是测量仪器的固有特性。表征测量仪器性能的术语是示值误差或最大允许误差，它们与用仪器得到的测量结果的不确定度有关。
2.1 露点仪检定引入的不确定度分量(不确定度B类评定)
    使用精密双压法标准湿度发生器检定露点仪, 湿度发生器的扩展不确定度为露点值0.08C,包含因子k=2,所以由双压法标准湿度发生器入的标准不确定度为: u1=0.08C/2 = 0.04C。
2.2 露点仪显示值分辩率引入的不确定度分量(不确定度B类评定)
    以目前国内使用较多的M4型精密露点仪为例，其分辩率为0.1℃，对于测量湿度比较稳定的环境分辩率不够高，由此引入的标准不确定度分量为(矩形分布)：u2=0.05C/ = 0.029C。
   对于分辨率为0.01 ℃的露点仪,可以记录7～9个数据,按照贝塞尔公式计算标准不确定度(不确定度A类评定)。
2.3 大气压力的波动(不确定度B类评定)
    以露点仪的测量值为-20℃为例，在测量过程中大气压力的波动值为200Pa，那么所引起的露点的波动值为0.02 ℃，标准不确定度为(矩形分布):
u3=0.02℃/ = 0.012℃。
2.4 露点仪的非线形(不确定度B类评定)
    由于露点仪的非线形所造成的露点测量不确定度为0.05℃，标准不确定度为(矩形分布):u4=0.05℃/ = 0.029℃。
2.5 露点仪镜面露层或霜层的温度梯度
    露点仪镜面露层或霜层的厚度为5um～10um,温度梯度为0.03℃，标准不确定度(矩形分布)为:u5=0.03℃/ = 0.020℃。
    根据方差合成定理，上述各不确定度分量彼此间独立无关，合成标准不确定度uc=（u12+u22+u32+u42+u52）1/2 ℃
=（0.042+0.0292+0.0122+0.0292+0.0202）1/2℃
=0.062℃
    露点仪测量结果的扩展不确定度U=kuc，取k=2，U=0.13℃。
目前国内作为湿度传递标准使用的精密露点仪几乎都是进口仪器，露点测量的最大允许误差一般小于±0.2℃，温度测量的最大允许误差一般小于±0.1℃，如果仪器经过检定或校准，已知修正值并进行修正使用，那么换算成相对湿度的扩展不确定度一般不超过1%RH（k=3）。
3 影响露点仪测量结果的其它不确定度因素
3.1 拉乌尔（Rault）效应
    当露点仪的镜面上存在水溶性杂质时,体系的平衡水气压低于纯水时的饱和水气压。水蒸气压的降低与杂质的浓度成正比。水溶性杂质可能是镜面上固有的，也可能是由被测气体带入的。拉乌尔效应使露点的测量值高于真正的被测气体的露点温度。
不可溶性污染物会影响露点仪镜面的光线反射特性,需要进行补偿。现在的露点仪大部分都具有双光路平衡系统，可通过建立周期性的平衡循环来做补偿。将露点仪的镜面加热到霜点或露点以上,使镜面完全干燥,检查该状态下镜面的光学反射特性,再调节固态光学补偿的偏置对污染进行补偿。当污染比较严重，调整光学系统不能再做补偿时，应该人工清洁镜面。
3.2 开尔文（Kelvin）效应
    开尔文效应对露点测量的影响与拉乌尔效应的作用相反。当被测气体中的水蒸气开始在露点仪的镜面上冷凝时，由于表面张力的作用，水蒸气冷凝不会成为平展的水面，而呈球面状。曲面上的饱和水蒸气压与水平面上的情况是不同的。弯曲的水面使饱和水蒸气压升高，从而使露点的测量值偏低。
3.3 霜和过冷水
    当温度低于0℃时，水蒸气在光滑的镜面上冷凝时容易形成过冷水。形成过冷水时的露点值与结霜时的霜点值是有差别的。例如，在霜点-20℃时与露点的差值达到2.3℃，在霜点-40℃时与露点的差值达到3.7℃。传统光电检测原理的露点仪本身不能区分霜和过冷水，检测人员可以通过光学显微镜或内孔窥视仪直接观察镜面上结露或结霜的状态，然后加以修正。也可以把露点仪的传感器强行制冷,使过冷水转变为霜,或者把露点仪的镜面加热至完全干燥,再制冷,重新开始一次结露(霜)过程。现在有些新型的露点仪采用声波原理检测露点，可以直接判别霜或过冷水，而无需进行人工修正。