專利名稱：低霜點濕度標準的發(fā)生裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種濕度標準發(fā)生裝置，具體是一種低霜點濕度標準的發(fā)生裝置。
背景技術：
濕度是一個重要的環(huán)境參數(shù)，它不僅影響到人們的生活質量，也影響到工業(yè)、農(nóng) 業(yè)、國防等生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質量。濕度儀器儀表廣泛用于航空航天、微電子、原子能、石化、 電力、氣象、倉儲等領域，在中國濕度儀器儀表有很大的市場。隨著現(xiàn)代科學技術和國民經(jīng) 濟的快速發(fā)展，對濕度的測量和控制的要求也日益提高，尤其是航空航天工業(yè)，微電子工 業(yè)，原子能工業(yè)，石油化工工業(yè)和電力工業(yè)等方面，它不僅影響到產(chǎn)品的質量，而且關系到 安全生產(chǎn)等問題。建立高水平的國家濕度計量標準裝置，對于我國國民經(jīng)濟的健康發(fā)展 以及國際比對工作和我國濕度量值的準確與統(tǒng)一都顯得非常重要和迫切。濕度的測量方法有很多，其中重量法濕度計被公認為是準確度最高的絕對測量方 法，作為濕度量值傳遞基準[2]，重量法基準濕度計測量范圍較小，并且重量法標準濕度計必 須和基準濕度發(fā)生器配備才能進行量值傳遞使用。在露點溫度-30°C以下用于濕度量值 傳遞的標準濕度源，目前國內外使用的標準濕度發(fā)生器有雙壓法濕度發(fā)生器、雙溫法濕度 發(fā)生器、分流法濕度發(fā)生器和滲透管濕度發(fā)生器[2]。在低霜點的濕度檢測方面特別是在霜 點-70°C以下，單壓法低霜點濕度檢測標準裝置比雙壓法濕度發(fā)生器更加經(jīng)典更加準確，并 且是構造是低霜點雙壓法濕度發(fā)生器的基礎。目前我國缺少用于濕度量值傳遞露點范圍達到_75°C _25°C的低霜點濕度檢測 標準裝置。我國現(xiàn)有的雙壓法濕度發(fā)生器的霜/露點范圍為_25°C +25°C，霜/露點的不 確定度為0.04°C，在這一霜/露點范圍達到國際同類標準器具先進水平[13’14]。但其霜/露 點測量范圍(_25°C +25°C)與國際先進水平(_75°C +25°C)存在一定的差距。我們有 很大一段范圍的濕度量值不能參加國際比對，國內濕度量值傳遞也受到影響。因此，研制低 霜點濕度檢測標準裝置，對于我國濕度量值的國際比對和國內濕度量值傳遞具有非常關鍵 的作用。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于為了克服我國現(xiàn)有的雙壓法濕度發(fā)生器的霜/露點范 圍為-25°C +25°C，霜/露點的不確定度為0. 04°C的不足，填補我國用于濕度量值傳遞 露點范圍達到_75°C _25°C的低霜點濕度檢測標準裝置的缺失，提供一種低霜點濕度標 準的發(fā)生裝置，它的濕度檢測的露點測量范圍達到_75°C _25°C，露點測量的不確定度為 0. 04°C 0. 10°C，并具有發(fā)生露點-100°C的能力。本實用新型的技術方案是這樣實現(xiàn)的一種低霜點濕度標準的發(fā)生裝置，包括 氮氣儲罐、減壓閥、質量流量計，所述的氮氣儲罐為液氮，由氮氣儲罐的液氮氣化輸出的高 純氮氣依次經(jīng)過第一減壓閥、氣體純化器后分為兩路一路通過質量流量計經(jīng)第一換熱器連通預飽和器的入口，預飽和器的出口通過第二換熱器連通冰飽和器的入口 ；另一路通 過質量流量計與冰飽和器的出氣管路連通，匯合一起的管路依次通過第二減壓閥、直通閥 門至出氣管；所述的預飽和器和第一換熱器是設置在預飽和槽中；所述的冰飽和器和第二 換熱器是設置在飽和槽內。所述的預飽和器是由槽體和滲透體構成，所述的滲透體由骨架與纏繞其中間的滲 透管構成，滲透管的入口及出口分別設置在槽體之外。所述的冰飽和器是由殼體、塔板、中間進氣管、頂部出氣管與底盤構成，所述的中 間進氣管與底盤固接為T字形，中間進氣管與殼體底部連通，中間進氣管上下交錯套平盤 形塔板及設有環(huán)突肩形的塔板；所述的塔板與頂部出氣管相連通，所述的中間進氣管連通 入氣管。本實用新型基本原理是根據(jù)水的熱力學氣固兩相平衡原理設計的，它是采用單壓 法在穩(wěn)定的壓力狀態(tài)下使干燥氮氣經(jīng)過換熱器換熱到達滲透管預飽和器，然后再通過換熱 器換熱后進入冰飽和器進行冰面飽和，即可得到恒濕氣源，其濕度值可根據(jù)飽和室溫度和 壓力而精確測定。改變飽和室溫度，就可以得到所需濕度的恒定氣源。它的濕度檢測的霜 點測量范圍達到_75°C -25°C，露點測量的不確定度為0. 04°C 0. 10°C，并具有發(fā)生露 點-100°C的能力。
[0010]圖1是本實用新型的原理流程示意圖；[0011]圖2是圖1的飽和器結構示意圖；[0012]圖3是圖2的飽和器K向結構示意圖；[0013]圖4是飽和器的設置突環(huán)塔板結構示意圖[0014]圖5是圖4的A向示意圖；[0015]圖6是飽和器的平塔板結構示意圖；[0016]圖7是圖6的A-A結構示意圖；[0017]圖8是的預飽和器結構示意圖；[0018]圖9是圖8中滲透體剖面結構示意圖；[0019]圖10是圖9的A向結構示意圖。
具體實施方式
實施例一種低霜點濕度標準的發(fā)生裝置，如圖1所示，包括氮氣儲罐1、減壓閥2、質量流 量計，所述的氮氣儲罐1為液氮，由氮氣儲罐1的液氮氣化輸出的高純氮氣依次經(jīng)過第一減 壓閥2、氣體純化器3后分為兩路一路通過質量流量計5經(jīng)第一換熱器6連通預飽和器7 的入口 701，預飽和器7的出口 704經(jīng)第二換熱器6連通冰飽和器9的入口 ；另一路通過 質量流量計4與冰飽和器9的出氣管路連通，匯合一起的管路依次通過第二減壓閥12、直通 閥門11至出氣管；所述的預飽和器7是設置在預飽和槽8中，所述的預飽和器7和第一換 熱器6是設置在預飽和槽8中；所述的冰飽和器9和第二換熱器6是設置在飽和槽10內。所述的預飽和器7是由槽體705和滲透體構成，所述的滲透體由骨架703與纏繞
4其中間的滲透管702構成，滲透管702的入口 701及出口 704分別設置在槽體705之外。如 圖8-10所示。所述的冰飽和器9是由殼體905、塔板、中間進氣管901、頂部出氣管904與底盤 903構成，所述的中間進氣管901與底盤903固接為T字形，中間進氣管901與殼體905底 部連通，中間進氣管901上下交錯套平盤形塔板902及設有環(huán)突肩形的塔板906 ；所述的塔 板頂部與頂部出氣管904相連通，所述的中間進氣管901連通入氣管。如圖2-7所示。本低霜點濕度標準的發(fā)生裝置的技術路線是在每一個恒定的溫度下使干燥氣體 達到飽和狀態(tài)。從其工作原理可知，制造低霜點濕度標準的發(fā)生裝置的關鍵是①、設計制造預飽和器和飽和度接近100%的冰飽和器。②、研制一套高精度控溫設備，控溫范圍為-80°C +30°C的恒溫設備，溫度的波 動度為士0.01 °C，溫度均勻度為0. 02°C。③、研究開發(fā)一套壓力采集測量系統(tǒng)，在飽和室壓力和大氣壓力測量時，壓力的測 量的精度優(yōu)于士0.02%。④、研制一套深度水分干燥氣源系統(tǒng)，霜點小于-100°C。該低霜點濕度標準的發(fā)生裝置的設計中采用了下列多項關鍵技術氣源系統(tǒng)、氮氣儲罐1、減壓閥2、質量流量計，預飽和器7、冰飽和器9關鍵技術。(1)氣源系統(tǒng)采用液氮氣化輸出的高純氮氣作為干燥氣源，加上氣體純化器，使 露點可達-100°c以下。(2)飽和器系統(tǒng)由放在恒溫飽和槽中的換熱管及冰飽和器組成，冰飽和器采用 塔板式多層結構。(3)預飽和器系統(tǒng)為了獲得充分飽和的濕氣，需要對氣體進行預飽和。預飽和器 選用滲透管濕度發(fā)生器，預飽和的露點溫度一般比要求達到的露點溫度高幾度。(4)恒溫系統(tǒng)低霜點濕度標準的發(fā)生裝置操作是在一個恒溫條件下進行的過 程，要求飽和室在一個恒溫條件下進行飽和，并且能根據(jù)需要改變飽和溫度，需要用恒溫槽 來實現(xiàn)。根據(jù)發(fā)生器的準確度要求恒溫槽的溫度不均勻性和穩(wěn)定性應分別控制在0. 02°C和 士o.ore。恒溫系統(tǒng)包括制冷機、制冷器、加熱器、攪拌器、恒溫槽等。(5)壓力采集測量系統(tǒng)低霜點濕度標準的發(fā)生裝置要求對飽和室的壓力及大氣 壓力進行準確的測量。該低霜點濕度標準的發(fā)生裝置的工作流程如下所述的氮氣儲罐1為液氮，由氣化輸出的高純氮氣由管路經(jīng)第一減壓閥2和氣體 純化器3后分為兩條管路，一路通過質量流量計5經(jīng)第一換熱器6進入預飽和器7，通過調 節(jié)預飽和槽8內的第一換熱器6調節(jié)預飽和槽8的溫度，從而獲得預飽和濕氣，預飽和器7 出口的霜點溫度一般比要求達到的霜點溫度要高幾度，將預飽和器7輸出的濕氣經(jīng)第二換 熱器6導入冰飽和器9，通過飽和槽10內的第二換熱器6改變冰飽和槽10的溫度，就可以 得到所需濕度的恒定氣源；另一路通過質量流量計4與冰飽和器9的出氣管路匯合，匯合 后的氣路通過第二減壓閥12、直通閥門11，通過準確測定冰飽和器的溫度和壓力，以及當 前大氣壓力。數(shù)據(jù)采集測量系統(tǒng)就會自動完成數(shù)據(jù)處理，計算得出濕度量值的結果并將恒 濕氣源的霜點顯示在面板屏幕上。若需更低霜點可將飽和器輸出的濕氣用另一股干氣稀釋 后達到其技術指標[0038]1、液氮氣化和深度水分純化氣源供應系統(tǒng)為了防止載氣中的水分在低溫下凍結而堵塞管道，采用液氮氣化輸出的高純氮氣 作為干燥氣源，通過純化系統(tǒng)深度水分干燥能使氣流露點可達-100°C以下。在進行測定之 前應對管路進行干氣吹掃，保證管路干燥。2、關鍵技術冰飽和器9是復疊式飽和器飽和器是產(chǎn)生飽和濕氣的裝置，是濕度發(fā)生器的重要組成部分。濕度發(fā)生器的性 能與飽和器的結構和效率密切相關。低霜點濕度標準的發(fā)生裝置的冰飽和器采用復疊式多 層塔板結構，這種結構的特點是在一個緊湊的空間中盡量增加冰的表面積，以增加氣固傳 質的機會。在每層塔板中生產(chǎn)適量的冰，氣體從塔底進入，在塔板的冰面上迂回通過，飽和 氣體從塔板的上部輸出。改變飽和室溫度就可以得到所需濕度的恒定氣源，這種結構能提 供氣體流量較寬的飽和氣體。預飽和濕氣經(jīng)過換熱器達到飽和槽溫后進入冰飽和器，氣流 達到低霜點飽和所需的水汽量非常小，所以冰的升華和水蒸氣的凝結作用不會導致冰面高 度明顯變化。通過測量冰飽和器出口端氣體的溫度和壓力得到飽和濕氣的霜點溫度。3、預飽和器7采用滲透管濕度發(fā)生器預飽和系統(tǒng)為了達到理想的飽和度往往需要增加預飽和器。采用滲透管預飽和器輸出的濕氣 霜點接近冰飽和溫度后，再導入冰飽和器。這樣設計是為了增加冰飽和器的飽和度，使其飽 和度達到100%。采用滲透管濕度發(fā)生器作為預飽和器，滲透管濕度發(fā)生器[2]本身可作為濕度計 量器具，且結構簡單，操作方便，準確度能滿足檢定校準一般濕度計量器具的要求，同時 具有體積小和價格便宜的優(yōu)點。故將預飽和器選用滲透管濕度發(fā)生器，其露點范圍設置 為-70°C _15°C，與冰飽和器露點相差較小，所需干氣用量較少，非常適合做低霜點濕度 標準的發(fā)生裝置的預飽和器。滲透管是整個預飽和器的核心部件。為了保證滲透管不被污 染，預飽和恒溫槽采用內外槽設計，內槽為不銹鋼結構，里面是蒸餾水，滲透管就放置在內 槽中。水的滲透率與管子的材料、長度、管徑、管壁厚度有關，對于規(guī)格一定的滲透管，當載 氣的流量固定后，溫度是輸出氣體濕度量值的唯一決定因素。通過調節(jié)預飽和器恒溫槽的 溫度就可得到預飽和恒濕氣體。上述設備明細如下序號名稱型號規(guī)格生產(chǎn)廠1液氮鋼瓶XL-45180LTaylor Wharton2減壓閥P-741B0~150atmYUTAKA3氣體純化器CE2500KF14R30 L/minEntegris-GatekeeperA質量流量計SY-93220~5L/min北京圣業(yè)科技發(fā)展有限公司0 20 L/min5恒溫槽RTS-20-20°C~80°C湖州晶覓設備有限公司6恒溫槽RTS-80-80°C 10°C湖州晶覓設備有限公司7閥門SS-1RS4/Swagelok
權利要求一種低霜點濕度標準的發(fā)生裝置，包括氮氣儲罐(1)、減壓閥(2)、質量流量計，其特征在于所述的氮氣儲罐(1)為液氮，由氮氣儲罐(1)的液氮氣化輸出的高純氮氣依次經(jīng)過第一減壓閥(2)、氣體純化器(3)后分為兩路一路通過質量流量計(5)經(jīng)第一換熱器(6)連通預飽和器(7)的入口(701)，預飽和器(7)的出口(704)經(jīng)第二換熱器(6)連通冰飽和器(9)的入口；另一路通過質量流量計(4)與冰飽和器(9)的出氣管路連通，匯合一起的管路依次通過第二減壓閥(12)、直通閥門(11)至出氣管；所述的預飽和器(7)和第一換熱器(6)是設置在預飽和槽(8)中；所述的冰飽和器(9)和第二換熱器(6)是設置在飽和槽(10)內。
2.如權利要求1所述的低霜點濕度標準的發(fā)生裝置，其特征在于所述的預飽和器(7) 是由槽體(705)和滲透體構成，所述的滲透體由骨架(703)與纏繞其中間的滲透管(702) 構成，滲透管(702)的入口(701)及出口(704)分別設置在槽體(705)之外。
3.如權利要求1所述的低霜點濕度標準的發(fā)生裝置，其特征在于所述的冰飽和器(9) 是由殼體(905)、塔板、中間進氣管(901)、頂部出氣管(904)與底盤(903)構成，所述的中 間進氣管(901)與底盤(903)固接為T字形，中間進氣管(901)與殼體(905)底部連通，中 間進氣管(901)上下交錯套平盤形塔板(902)及設有環(huán)突肩形的塔板(906)；所述的塔板 與頂部出氣管(904)相連通，所述的中間進氣管(901)連通入氣管。
專利摘要一種低霜點濕度標準的發(fā)生裝置，包括氮氣儲罐、減壓閥、質量流量計，其特征在于所述的氮氣儲罐為液氮，由氮氣儲罐的液氮氣化輸出的高純氮氣依次經(jīng)第一減壓閥、氣體純化器后分兩路一路通過質量流量計經(jīng)第一換熱器連通預飽和器的入口，預飽和器的出口通過第二換熱器連通冰飽和器入口；另一路通過質量流量計與冰飽和器的出氣管路連通，匯合一起的管路通過第二減壓閥、直通閥門至出氣管；所述的預飽和器和第一換熱器是設置在預飽和槽中；所述的冰飽和器和第二換熱器是設置在飽和槽內。它是高準確度濕度發(fā)生裝置，它的濕度檢測的露點測量范圍達到-75℃～-25℃，露點測量的不確定度為0.04℃～0.10℃，并具有發(fā)生露點-100℃的能力。
文檔編號G01N25/66GK201607418SQ20092027811
公開日2010年10月13日 申請日期2009年12月11日 優(yōu)先權日2009年12月11日
發(fā)明者孫國華, 易洪 申請人:中國計量科學研究院