一、工作簡況(包括任務來源、協(xié)作單位、主要工作過程、主要起草人及其所做的工作等)1.任務來源本文件由全國氣象儀器與觀測方法標準化技術委員會(SAC/TC507)提出并歸口。項目項，計劃號20211189-T-416，計劃項目名稱《氣象儀器設備性能測試方法空氣濕度》。該項目由遼寧省氣象裝備保障中心沙莉負責，第一起草單位為遼寧省氣象裝備保障中2.協(xié)作單位本文件由遼寧省氣象裝備保障中心負責起草，遼寧省氣象裝備保障中心、中國氣象局氣象探測中心、戰(zhàn)環(huán)所，中環(huán)天儀(天津)氣象儀器有限公司。3.標準主要起草人及其所做的工作本文件主要起草人為：沙莉、陳曦、姜明波、趙旭、鄭石、張藝萌、李松奎、丁紅英、朱明宇、韓瑩、王龍。姓名單位職稱分工沙莉遼寧省氣象裝備保障中心高級工程師負責標準總體編寫，提出標準結構、主要內容，完成初稿、編制說明、征求意見稿的編寫工作等，協(xié)調工作組成員工作陳曦中國氣象局氣象探測中心高級工程師負責收集、整理相關資料文獻，參與標準主要內容起草，對標準編寫提供技術支持，修改初稿和征求意見稿姜明波戰(zhàn)環(huán)所高級工程師趙旭中國氣象局氣象探測中心高級工程師鄭石遼寧省氣象裝備保障中心高級工程師張藝萌遼寧省氣象裝備保障中心工程師負責相關技術指標的試驗和分析，參與標準起草過程中的討論，對標準結構和內容提出意見李松奎中國氣象局氣象探測中心工程師丁紅英中國氣象局氣象探測中心高級工程師朱明宇遼寧省氣象裝工程師備保障中心韓瑩遼寧省氣象裝備保障中心工程師參與標準起草過程中的討論，對標準結構和內容提出意見，整理匯總意見回復王龍中環(huán)天儀(天津)氣象儀器有限公司高級工程師4.主要工作過程(1)成立起草組、召開啟動部署會、任務分工、制定工作計劃2021年10月，召開了標準編制工作部署會，成立了編寫組，明確了編寫組人員分工任務，確定了標準編制編寫原則和總體思路，制定工作進度計劃。(2)組織調研、研討咨詢、確定技術路線2021年10月-12月，完成標準編寫的前期準備工作，研究學習國內外相關標準、指南、規(guī)范等文件，調研國內外露點類標準器和干濕表類標準器技術現狀，詳細研討目前冷鏡式露點儀、機械通風干濕表和電動通風干濕表技術參數，廣泛征求各方意見，初步確定本標準具體技術參數、編制思路、框架和內容。(3)技術參數的試驗、分析和驗證2022年1月-6月，項目組根據前期調研的情況，又組織相關專家對標準編制的工作進展進行研討，以JJG499-2021精密露點儀、JJG993-2018電動通風干濕表檢定規(guī)程和JJG204-1980氣象用通風干濕表檢定規(guī)程為基礎，開展了大量的實驗、研究和分析，通過上述大量實驗，項目組對本標準中規(guī)定的各項技術參數進行了驗證研究，證明了本標準確定的各項技術參數的可行性。(4)完成初稿編寫2022年7月，項目組召開會議，對前期試驗進行了總結，根據各項性能測試結果，完成國家標準《氣象儀器設備性能測試方法空氣濕度》初稿和編制說明的編寫。(5)完成征求意見稿2022年8月-2022年12月，根據GB/T1.1—2009標準化工作導則第1部分項標準的結構和編寫的原則，對《氣象儀器設備性能測試方法空氣濕度》初稿進行了修改，形成了征求意見稿。同時，對標準編制說明進行完善，增加了相應的工作內容。二、標準編制原則和確定標準主要內容的論據1.編制原則本標準以GB/T1.1--2009《標準化工作導則第1部分：標準的結構和編寫規(guī)則》系列標準為基礎，遵照我國相關法律、法規(guī)、規(guī)章、技術規(guī)范、標準及其規(guī)范，以及氣象行業(yè)標準的特點，以大量的試驗數據和長期以來對自動標準氣壓發(fā)生器的計量測試經驗為基礎，通過廣泛調研，本著完整性、統(tǒng)一性、科學性、開放性和實用性為基本原則進行編制。2.主要內容及確定主要內容的依據(1)結構和內容本標準主要對于空氣濕度氣象觀測儀器的計量性能測試方法進行了規(guī)定，明確了測試方法的適用范圍，測試標準技術指標及試樣計量性能要求，性能測試方法及方法選擇，結果判定以及核查結論的應用等技術要素。本文件除前言外，全文共分10部分，主要包括標準的適用范圍、規(guī)范性引用文件、術語和定義、原理、試驗設備、試樣、狀態(tài)調節(jié)和試驗環(huán)境、試驗步驟、測試結果及數據處理、報告。本標準的主要內容如下：1)范圍概括性地描述了標準所規(guī)定的內容，界定了標準的適用范圍。2)術語對標準中所涉及的關鍵技術術語給出了定義。3)原理描述了空氣濕度氣象觀測儀器的計量性能測試方法的工作原理。4)試驗設備確定了計量標準器和主要配套設備的技術指標。5)試樣規(guī)定了試樣的計量性能要求。6)狀態(tài)調節(jié)和試驗環(huán)境規(guī)定了測試環(huán)境的技術指標。7)試驗步驟規(guī)定了濕度儀器性能測試的各類技術指標測試的具體操作過程。8)測試結果及數據處理確定了露點溫度與相對濕度換算和示值誤差的計算方法。9)報告規(guī)定了報告的主要內容以及使用原則。(2)主要依據本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。采用GB/T37467-2019《氣象儀器術語》和GB/T15768-1995《電容式濕敏元件與濕度傳感器總規(guī)范》中的內容進行本文件規(guī)范性引用并構成本文件必不可少的條款所描述的基本精神和原則，結合對當前濕度計量機構所保持的計量標準裝置、各機構開展?jié)穸仍囼炈裱姆椒ㄕ{研，在綜合分析和研究的基礎上編制。三、主要試驗(或驗證)的分析、綜述報告，技術經濟論證，預期的經濟效果1.技術分析與說明1)關于標準的5.1條和5.2條的技術指標要求項本條定義了標準器露點儀的技術指標的規(guī)定。作出此規(guī)定的考慮如下：依據JJG499-2021《精密露點儀檢定規(guī)程》的準確度等級按最大允許誤差劃分，一級的技術指標測量范圍在(-20~40)℃時的露點Td的最大允許誤差為±0.2℃，換算成相對濕度的最大允許誤差為±0.5%RH(≤80%RH)，±1%RH(>80%RH)。此標準的濕度發(fā)生器作為配套設備，參考JJF1272-2011《阻容法露點濕度計校準規(guī)范》5.2.2條款對濕度發(fā)生器的工作范圍及波動度進行了規(guī)定。2)關于標準的第6.2項列出了濕度傳感器的計量特性，參考WMO《氣象儀器與觀測方法濕度的測量》、GB/T35226-2017《地面氣象觀測規(guī)范空氣溫度和濕度》、JJF1076-2001《濕度傳感器校準規(guī)范》、JJF1094-2002《測量儀器特性評定》相關條款及經驗分析氣象觀測用濕度傳感器誤差來源主要有：樣本的變異，例如穩(wěn)定倉內空氣樣本受熱或水汽源或匯的影響；測量傳感器外觀受塵埃或海水飛沫的污染；校準誤差，包括大氣壓的修正、傳感器和電路板的溫度系數帶來的固有誤差；水相與冰相的不正確處理，例如過冷水問題；操作不當，例如未達到穩(wěn)定平衡狀態(tài)；取樣與平均間隔不當導致傳感器的時間常數和輸出的平均時間與數據要求不合理等方面。依據誤差來源分析，確定的關鍵計量特性指標為示值誤差、時間常數和遲滯，參考GB/T15768-1995《電容式濕敏元件與濕度傳感器總規(guī)范標準》的相關條款確定示值誤差、時間常數和遲滯的計量特性技術指標。3)關于標準第7項氣象濕度傳感器的校準環(huán)境采用實驗室校準，校準條件參考了JJG499-2021《精密露點儀》檢定規(guī)程和JJG1076-2020《數字式溫濕度計校準規(guī)范》。露點測量室和采樣系統(tǒng)的溫度應高于待測氣體的露/霜點溫度;當測量的露/霜點溫度高于環(huán)境溫度時，所有測量管路應加熱，使其至少高于露/霜點溫度(3~9)℃。用自來水或循環(huán)冷卻液來冷卻熱電制冷器的散熱器熱端時，冷卻液的溫度和流量應相對恒定。使用風冷時，環(huán)境溫度應相對恒定。主機工作的環(huán)境溫度應在(5~35)℃之間，有特殊要求者，按其要求確定是否在恒溫條件下校準。4)關于標準第8.1、8.2條外觀檢查主要從敏感元件清潔度、銘牌和數據接口牢固性幾個方面進行檢查。參考GB/T15768-19956.1款的內容和涵蓋證書封面的相關內容，從銘牌及使用說明書中獲取產品名稱、型號、序列號、測量范圍、制造商名稱等傳感器信息；濕度傳感器使用手冊中闡述了傳感器的外觀部件，主要由過濾器、保護蓋和8針數據線接頭三部分組成，過濾器同傳感器在校準過程中同放入試驗箱內開展測試，其過濾水分子的能力直接影響檢測結果，故外觀檢查的清潔度包括過濾器和敏感元件；數據接口外觀檢查主要從連接線的牢固性和防漏電方面進行檢查。從消除校準設備的測試腔對校準結果的外因影響而考慮的條款。經試驗如果測試腔壁內含水珠，可使露點儀讀數偏高導致測量結果不準。露點儀長期使用，鏡面會附著一些肉眼看不見的有機物，導致露點儀讀數偏高，所以在測試前需對鏡面進行清潔，消除此方面對標準讀數的干擾。5)關于標準第8.3.2條參考JJF1272-2011第6.2.3條，露點儀的校準點一般不超過10℃，經過換算，在控制溫度25℃時，大氣壓力在1000hPa的控制環(huán)境下，露點溫度在整10℃測試點換算成相對濕度值如下表所示：露點值(℃)-40-30-20-1000345相對濕度值%RH0.423.38.219.34073.89095從量值溯源方面考慮，盡量選擇露點值接近整10℃測試點的相對濕度測試點，建議的校準點原則是在全量程覆蓋，并兼顧測量效率和非線性測量誤差的獲取，使校準點加密與校準效率進行有效的結合。提供的校準點建議主要參考GB/T15768-1995第10.1.2條款規(guī)定，至少選擇低濕段、中濕段和高濕段各1個校準點。選取2支溫濕度傳感器的校準結果，分析說明從30%~95%，每隔10%RH間隔進行了全量程升濕和降濕兩個趨勢的示值誤差，校準結果如圖1所示。圖1(a)N485065120℃濕度示值誤差散點圖圖1(b)N492032020℃濕度示值誤差散點圖圖2(a)N48506515℃濕度示值誤差散點圖圖2(b)N49203205℃濕度示值誤差散點圖由圖1、圖2所示，在不同溫度點濕度校準的示值誤差曲線基本一致，在低濕點和露點到達0℃附近時，因過冷水現象會出現拐點，從升濕和降濕的趨勢看，雖然示值誤差呈非線性，但是存在一定的規(guī)律性，故校準點可以選擇兩端點外增加1至2個校準點可以反映濕度校準的計量特性。6)關于標準第8.3.3條通過試驗方法驗證示值誤差校準方法。取2支傳感器(vaisala表號為K4920320、K4850651)展開試驗，分別在5℃和20℃溫度點，從0~95%RH范圍內，每隔10%RH間隔開展?jié)穸刃?，待露點標準裝置到達設置點濕度時，穩(wěn)定30分鐘后開始讀數，以每間隔1次/分鐘的方法分別記錄濕度發(fā)生器溫度、濕度點讀數、露點儀溫度、露點值、露點儀相對濕度值、被校準儀器相對濕度讀數，共記錄10組數據，讀數時間持續(xù)10分鐘，在數據分析時采間隔2分鐘取得的3組數據與10組數據進行分析，10組數據的重復性采用貝塞爾公式計算，3組數據的從重復性采用極差法計算得到的數據結果如圖3所示：圖3(a)20℃時N4850651兩種讀數次數示值誤差結果比較圖3(b)20℃時N4920320兩種讀數次數示值誤差比較圖3(c)20℃時N4850651兩次讀數重復性比較和圖3(d)20℃時N4920320兩種讀數重復性比較結論：1、10次與3次測量結果的示值誤差采用算術平均值的方法得到，由圖2(a)和圖2(b)的圖示可以看出兩種讀數次數的示值誤差基本一致，最大差值的絕對值為0.11%RH，被校傳感器的分辨力為0.1%RH,可以判定測量結果的差異可忽略。2、10次測量重復性采用貝塞爾公式法，3次測量重復性采極差法計算，由圖2(c)和圖2(d)的圖示可以看出，兩種方法計算的重復性最大差值的絕對值不超過0.1%RH,而且極差法評定的重復性結果偏大，被校傳感器的分辨力為0.1%RH,在不確定度計算時取偏大值。3、經數據分析可得出測量結果取3次讀數，可以節(jié)省校準時間且不影響校準結果的準確性及滿足測量不確定度評定的要求。7)關于標準第9條a)標準值相對濕度的算法標準器的相對濕度的計算公式依據WMO《GuidetoInstrumentsandMethodsofObservation》(2018)的第四章“MEASUREMENTOFHUMIDITY”的式(4.A.15)、(4.A.17)所表述：(X(pX(e'Uw=100|X)||pX)||e)|p,T(X(pX(e'Xvi)p,TpXvi)p,Tei)p,TUi=Xvi)p,TpXvi)p,Tei)p,T式中：Uw(Ui)-----------水相(冰相)相對濕度，%RH；''ew(ei)-----------水相(冰相)飽和水汽壓,Pa；e'-----------水汽壓，Pa。由露點的定義得到：在相同壓力和混合比的條件下，溫度下降后得到的露點溫度下的飽和水汽壓ew(Td)與測定點溫度的水汽壓e'(T)相同。本規(guī)范計量標準采用冷鏡式露點儀，則標準器的相對濕度計算方法為：式中：U標——校準點標準濕度值，%RH；Ue(Td)——露點溫度的飽和水汽壓，Pa；e(Ts)——測試室內溫度飽和水汽壓，Pa。b)飽和水汽壓算法本規(guī)范附錄A飽和水汽壓的計算公式依據(4.B.1)