Study for relative humidity generator temperature extension

Abstract

This thesis investigates the feasibility of extending the operational saturation temperature range of a room temperature humidity generator up to 70 °C. The study is motivated by the need for more accurate and traceable calibration of humidity sensors, particularly at higher temperatures.

A test setup was constructed to characterize the performance of a Vaisala humidity generator across the extended temperature range. The generator’s efficiency was evaluated by comparing the generated dew points with those calculated for an ideal generator. The study found that the generator could produce humid gas at all tested temperatures. However, the efficiency decreased with increasing temperature. Additionally, flow dependence increased rapidly at temperatures over 55 °C. A preliminary correction function was fitted to account for this efficiency drop, which showed promise in reducing the uncertainty in dew point generation. The uncertainty analysis, based on previous studies and the experimental results, indicated that the expanded uncertainty in generated dew points ranged from 0.10 °C to 0.13 °C without the correction function and from 0.09 °C to 0.11 °C with the correction function.

These results are promising, suggesting that even with the decrease in efficiency, the generator can be used for humidity calibration at higher temperatures with manageable uncertainties. More research is required in order to use the generator for calibration. However, the findings provide a solid foundation for future development of humidity generators for high-temperature calibrations.

Tässä diplomityössä tutkitaan mahdollisuutta laajentaa huoneenlämpötilaan suunnitellun kosteusgeneraattorin saturointilämpötila-aluetta 70 °C:een asti. Tutkimuksen taustalla on tarve tarkalle ja jäljitettävälle kosteussensoreiden kalibroinnille, erityisesti korkeammissa lämpötiloissa.

Tutkimuksessa rakennettiin testijärjestely Vaisalan kosteusgeneraattorin suorituskyvyn karakterisoimiseksi laajennetulla lämpötila-alueella. Generaattorin tehokkuutta arvioitiin vertaamalla tuotettuja kastepisteitä sellaisiin kastepisteisiin, mitä ihanteellisen generaattori tuottaisi samoissa olosuhteissa. Tutkimuksessa havaittiin, että generaattori pystyi tuottamaan kosteaa kaasua kaikissa testatuissa lämpötiloissa, mutta tehokkuus heikkeni lämpötilan noustessa. Lisäksi virtausriippuvuus kasvoi nopeasti yli 55 °C:n lämpötiloissa. Tehokkuuden laskun kompensoimiseksi kehitettiin alustava korjausfunktio, joka osoitti lupausta kastepisteen tuottamisen epävarmuuden vähentämiseksi. Alustava epävarmuusanalyysi arvioi, että laajennettu epävarmuus tuotetuissa kastepisteissä vaihteli välillä 0,10 °C – 0,13 °C ilman korjausfunktiota ja 0,09 °C – 0,11 °C korjausfunktion kanssa.

Nämä tulokset ovat lupaavia ja viittaavat siihen, että vaikka tehokkuus heikkenee, generaattoria voidaan käyttää kosteuden kalibrointiin korkeammissa lämpötiloissa hallittavissa olevin epävarmuuksin. Lisätutkimuksia tarvitaan, jotta generaattoria voidaan käyttää kalibrointiin. Löydökset tarjoavat kuitenkin vankan perustan kosteusgeneraattorin tulevalle kehitykselle korkeiden lämpötilojen kalibrointia varten.