CN201607418U - 低霜点湿度标准的发生装置 - Google Patents

Abstract

一种低霜点湿度标准的发生装置，包括：氮气储罐、减压阀、质量流量计，其特征在于：所述的氮气储罐为液氮，由氮气储罐的液氮气化输出的高纯氮气依次经第一减压阀、气体纯化器后分两路：一路通过质量流量计经第一换热器连通预饱和器的入口，预饱和器的出口通过第二换热器连通冰饱和器入口；另一路：通过质量流量计与冰饱和器的出气管路连通，汇合一起的管路通过第二减压阀、直通阀门至出气管；所述的预饱和器和第一换热器是设置在预饱和槽中；所述的冰饱和器和第二换热器是设置在饱和槽内。它是高准确度湿度发生装置，它的湿度检测的露点测量范围达到-75℃～-25℃，露点测量的不确定度为0.04℃～0.10℃，并具有发生露点-100℃的能力。

Description

低霜点湿度标准的发生装置

技术领域

本实用新型涉及一种湿度标准发生装置，具体是一种低霜点湿度标准的发生装置。

背景技术

湿度是一个重要的环境参数，它不仅影响到人们的生活质量，也影响到工业、农业、国防等生产过程和产品质量。湿度仪器仪表广泛用于航空航天、微电子、原子能、石化、电力、气象、仓储等领域，在中国湿度仪器仪表有很大的市场。随着现代科学技术和国民经济的快速发展，对湿度的测量和控制的要求也日益提高，尤其是航空航天工业，微电子工业，原子能工业，石油化工工业和电力工业等方面，它不仅影响到产品的质量，而且关系到安全生产等问题^[2-5]。建立高水平的国家湿度计量标准装置，对于我国国民经济的健康发展以及国际比对工作和我国湿度量值的准确与统一都显得非常重要和迫切。

湿度的测量方法有很多，其中重量法湿度计被公认为是准确度最高的绝对测量方法，作为湿度量值传递基准^[2]，重量法基准湿度计测量范围较小，并且重量法标准湿度计必须和基准湿度发生器配备才能进行量值传递使用。在露点温度-30℃以下用于湿度量值传递的标准湿度源，目前国内外使用的标准湿度发生器有双压法湿度发生器、双温法湿度发生器、分流法湿度发生器和渗透管湿度发生器^[2]。在低霜点的湿度检测方面特别是在霜点-70℃以下，单压法低霜点湿度检测标准装置比双压法湿度发生器更加经典更加准确，并且是构造是低霜点双压法湿度发生器的基础。

目前我国缺少用于湿度量值传递露点范围达到-75℃～-25℃的低霜点湿度检测标准装置。我国现有的双压法湿度发生器的霜/露点范围为-25℃～+25℃，霜/露点的不确定度为0.04℃，在这一霜/露点范围达到国际同类标准器具先进水平^[13，14]。但其霜/露点测量范围(-25℃～+25℃)与国际先进水平(-75℃～+25℃)存在一定的差距。我们有很大一段范围的湿度量值不能参加国际比对，国内湿度量值传递也受到影响。因此，研制低霜点湿度检测标准装置，对于我国湿度量值的国际比对和国内湿度量值传递具有非常关键的作用。

发明内容

本实用新型的目的在于：为了克服我国现有的双压法湿度发生器的霜/露点范围为-25℃～+25℃，霜/露点的不确定度为0.04℃的不足，填补我国用于湿度量值传递露点范围达到-75℃～-25℃的低霜点湿度检测标准装置的缺失，提供一种低霜点湿度标准的发生装置，它的湿度检测的露点测量范围达到-75℃～-25℃，露点测量的不确定度为0.04℃～0.10℃，并具有发生露点-100℃的能力。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种低霜点湿度标准的发生装置，包括：氮气储罐、减压阀、质量流量计，所述的氮气储罐为液氮，由氮气储罐的液氮气化输出的高纯氮气依次经过第一减压阀、气体纯化器后分为两路：一路通过质量流量计经第一换热器连通预饱和器的入口，预饱和器的出口通过第二换热器连通冰饱和器的入口；另一路：通过质量流量计与冰饱和器的出气管路连通，汇合一起的管路依次通过第二减压阀、直通阀门至出气管；所述的预饱和器和第一换热器是设置在预饱和槽中；所述的冰饱和器和第二换热器是设置在饱和槽内。

所述的预饱和器是由槽体和渗透体构成，所述的渗透体由骨架与缠绕其中间的渗透管构成，渗透管的入口及出口分别设置在槽体之外。

所述的冰饱和器是由壳体、塔板、中间进气管、顶部出气管与底盘构成，所述的中间进气管与底盘固接为T字形，中间进气管与壳体底部连通，中间进气管上下交错套平盘形塔板及设有环突肩形的塔板；所述的塔板与顶部出气管相连通，所述的中间进气管连通入气管。

本实用新型基本原理是根据水的热力学气固两相平衡原理设计的，它是采用单压法在稳定的压力状态下使干燥氮气经过换热器换热到达渗透管预饱和器，然后再通过换热器换热后进入冰饱和器进行冰面饱和，即可得到恒湿气源，其湿度值可根据饱和室温度和压力而精确测定。改变饱和室温度，就可以得到所需湿度的恒定气源。它的湿度检测的霜点测量范围达到-75℃～-25℃，露点测量的不确定度为0.04℃～0.10℃，并具有发生露点-100℃的能力。

附图说明

图1是本实用新型的原理流程示意图；

图2是图1的饱和器结构示意图；

图3是图2的饱和器K向结构示意图；

图4是饱和器的设置突环塔板结构示意图；

图5是图4的A向示意图；

图6是饱和器的平塔板结构示意图；

图7是图6的A-A结构示意图；

图8是的预饱和器结构示意图；

图9是图8中渗透体剖面结构示意图；

图10是图9的A向结构示意图。

具体实施方式

实施例

一种低霜点湿度标准的发生装置，如图1所示，包括：氮气储罐1、减压阀2、质量流量计，所述的氮气储罐1为液氮，由氮气储罐1的液氮气化输出的高纯氮气依次经过第一减压阀2、气体纯化器3后分为两路：一路通过质量流量计5经第一换热器6连通预饱和器7的入口701，预饱和器7的出口704经第二换热器6连通冰饱和器9的入口；另一路：通过质量流量计4与冰饱和器9的出气管路连通，汇合一起的管路依次通过第二减压阀12、直通阀门11至出气管；所述的预饱和器7是设置在预饱和槽8中，所述的预饱和器7和第一换热器6是设置在预饱和槽8中；所述的冰饱和器9和第二换热器6是设置在饱和槽10内。

所述的预饱和器7是由槽体705和渗透体构成，所述的渗透体由骨架703与缠绕其中间的渗透管702构成，渗透管702的入口701及出口704分别设置在槽体705之外。如图8-10所示。

所述的冰饱和器9是由壳体905、塔板、中间进气管901、顶部出气管904与底盘903构成，所述的中间进气管901与底盘903固接为T字形，中间进气管901与壳体905底部连通，中间进气管901上下交错套平盘形塔板902及设有环突肩形的塔板906；所述的塔板顶部与顶部出气管904相连通，所述的中间进气管901连通入气管。如图2-7所示。

本低霜点湿度标准的发生装置的技术路线是在每一个恒定的温度下使干燥气体达到饱和状态。从其工作原理可知，制造低霜点湿度标准的发生装置的关键是：

①、设计制造预饱和器和饱和度接近100％的冰饱和器。

②、研制一套高精度控温设备，控温范围为-80℃～+30℃的恒温设备，温度的波动度为±0.01℃，温度均匀度为0.02℃。

③、研究开发一套压力采集测量系统，在饱和室压力和大气压力测量时，压力的测量的精度优于±0.02％。

④、研制一套深度水分干燥气源系统，霜点小于-100℃。

该低霜点湿度标准的发生装置的设计中采用了下列多项关键技术：

气源系统、氮气储罐1、减压阀2、质量流量计，预饱和器7、冰饱和器9关键技术。

(1)气源系统：采用液氮气化输出的高纯氮气作为干燥气源，加上气体纯化器，使露点可达-100℃以下。

(2)饱和器系统：由放在恒温饱和槽中的换热管及冰饱和器组成，冰饱和器采用塔板式多层结构。

(3)预饱和器系统：为了获得充分饱和的湿气，需要对气体进行预饱和。预饱和器选用渗透管湿度发生器，预饱和的露点温度一般比要求达到的露点温度高几度。

(4)恒温系统：低霜点湿度标准的发生装置操作是在一个恒温条件下进行的过程，要求饱和室在一个恒温条件下进行饱和，并且能根据需要改变饱和温度，需要用恒温槽来实现。根据发生器的准确度要求恒温槽的温度不均匀性和稳定性应分别控制在0.02℃和±0.01℃。恒温系统包括制冷机、制冷器、加热器、搅拌器、恒温槽等。

(5)压力采集测量系统：低霜点湿度标准的发生装置要求对饱和室的压力及大气压力进行准确的测量。

该低霜点湿度标准的发生装置的工作流程如下：

所述的氮气储罐1为液氮，由气化输出的高纯氮气由管路经第一减压阀2和气体纯化器3后分为两条管路，一路：通过质量流量计5经第一换热器6进入预饱和器7，通过调节预饱和槽8内的第一换热器6调节预饱和槽8的温度，从而获得预饱和湿气，预饱和器7出口的霜点温度一般比要求达到的霜点温度要高几度，将预饱和器7输出的湿气经第二换热器6导入冰饱和器9，通过饱和槽10内的第二换热器6改变冰饱和槽10的温度，就可以得到所需湿度的恒定气源；另一路：通过质量流量计4与冰饱和器9的出气管路汇合，汇合后的气路通过第二减压阀12、直通阀门11，通过准确测定冰饱和器的温度和压力，以及当前大气压力。数据采集测量系统就会自动完成数据处理，计算得出湿度量值的结果并将恒湿气源的霜点显示在面板屏幕上。若需更低霜点可将饱和器输出的湿气用另一股干气稀释后达到其技术指标：

1、液氮气化和深度水分纯化气源供应系统：

为了防止载气中的水分在低温下冻结而堵塞管道，采用液氮气化输出的高纯氮气作为干燥气源，通过纯化系统深度水分干燥能使气流露点可达-100℃以下。在进行测定之前应对管路进行干气吹扫，保证管路干燥。

2、关键技术冰饱和器9是复叠式饱和器：

饱和器是产生饱和湿气的装置，是湿度发生器的重要组成部分。湿度发生器的性能与饱和器的结构和效率密切相关。低霜点湿度标准的发生装置的冰饱和器采用复叠式多层塔板结构，这种结构的特点是在一个紧凑的空间中尽量增加冰的表面积，以增加气固传质的机会。在每层塔板中生产适量的冰，气体从塔底进入，在塔板的冰面上迂回通过，饱和气体从塔板的上部输出。改变饱和室温度就可以得到所需湿度的恒定气源，这种结构能提供气体流量较宽的饱和气体。预饱和湿气经过换热器达到饱和槽温后进入冰饱和器，气流达到低霜点饱和所需的水汽量非常小，所以冰的升华和水蒸气的凝结作用不会导致冰面高度明显变化。通过测量冰饱和器出口端气体的温度和压力得到饱和湿气的霜点温度。

3、预饱和器7采用渗透管湿度发生器预饱和系统：

为了达到理想的饱和度往往需要增加预饱和器。采用渗透管预饱和器输出的湿气霜点接近冰饱和温度后，再导入冰饱和器。这样设计是为了增加冰饱和器的饱和度，使其饱和度达到100％。

采用渗透管湿度发生器作为预饱和器，渗透管湿度发生器^[2]本身可作为湿度计量器具，且结构简单，操作方便，准确度能满足检定校准一般湿度计量器具的要求，同时具有体积小和价格便宜的优点。故将预饱和器选用渗透管湿度发生器，其露点范围设置为-70℃～-15℃，与冰饱和器露点相差较小，所需干气用量较少，非常适合做低霜点湿度标准的发生装置的预饱和器。渗透管是整个预饱和器的核心部件。为了保证渗透管不被污染，预饱和恒温槽采用内外槽设计，内槽为不锈钢结构，里面是蒸馏水，渗透管就放置在内槽中。水的渗透率与管子的材料、长度、管径、管壁厚度有关，对于规格一定的渗透管，当载气的流量固定后，温度是输出气体湿度量值的唯一决定因素。通过调节预饱和器恒温槽的温度就可得到预饱和恒湿气体。

上述设备明细如下：

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Claims (3)

1.一种低霜点湿度标准的发生装置，包括：氮气储罐(1)、减压阀(2)、质量流量计，其特征在于：所述的氮气储罐(1)为液氮，由氮气储罐(1)的液氮气化输出的高纯氮气依次经过第一减压阀(2)、气体纯化器(3)后分为两路：一路通过质量流量计(5)经第一换热器(6)连通预饱和器(7)的入口(701)，预饱和器(7)的出口(704)经第二换热器(6)连通冰饱和器(9)的入口；另一路：通过质量流量计(4)与冰饱和器(9)的出气管路连通，汇合一起的管路依次通过第二减压阀(12)、直通阀门(11)至出气管；所述的预饱和器(7)和第一换热器(6)是设置在预饱和槽(8)中；所述的冰饱和器(9)和第二换热器(6)是设置在饱和槽(10)内。

2.如权利要求1所述的低霜点湿度标准的发生装置，其特征在于：所述的预饱和器(7)是由槽体(705)和渗透体构成，所述的渗透体由骨架(703)与缠绕其中间的渗透管(702)构成，渗透管(702)的入口(701)及出口(704)分别设置在槽体(705)之外。

3.如权利要求1所述的低霜点湿度标准的发生装置，其特征在于：所述的冰饱和器(9)是由壳体(905)、塔板、中间进气管(901)、顶部出气管(904)与底盘(903)构成，所述的中间进气管(901)与底盘(903)固接为T字形，中间进气管(901)与壳体(905)底部连通，中间进气管(901)上下交错套平盘形塔板(902)及设有环突肩形的塔板(906)；所述的塔板与顶部出气管(904)相连通，所述的中间进气管(901)连通入气管。

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