一種快速獲取恒定氣體濕度的方法
【專利摘要】一種快速獲取恒定氣體濕度的方法，屬于氣體濕度發(fā)生領域。為了解決現(xiàn)有獲取恒定濕度的方法，獲取的濕度發(fā)生范圍窄、操作復雜的問題。該方法首先，通過電加熱器和制冷器實時控制恒溫水浴箱體內(nèi)的水浴的溫度，使恒溫水浴箱體內(nèi)的水浴溫度保持恒定；其次，待恒溫水浴箱體內(nèi)的恒溫水浴的溫度恒定后，通過壓力控制器將干燥氮氣同時壓入1至3號質(zhì)量流量控制器內(nèi)，流經(jīng)1、2號質(zhì)量流量控制器的干燥氮氣，均通過飽和器后進入混合室，流經(jīng)3號質(zhì)量流量控制器的干燥氮氣，通過1號換熱管后，進入混合室，混合室輸出恒定濕度氣體，完成了對恒定氣體濕度的獲取。本發(fā)明主要用于恒定氣體濕度的獲取。
【專利說明】一種快速獲取恒定氣體濕度的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于氣體濕度發(fā)生領域。
【背景技術】
[0002] 六氟化硫及其混合氣體具有優(yōu)異的絕緣和滅弧性能，是高壓電氣設備主要絕緣介 質(zhì)，而氣體濕度決定了其絕緣性能優(yōu)劣，因此在生產(chǎn)運行中應監(jiān)測新六氟化硫和運行電氣 設備中六氟化硫氣體的濕度。用于氣體濕度測量的儀器根據(jù)其檢測原理通常分為電解法濕 度儀、阻容法濕度儀和露點儀。不同檢測原理的儀器、同一原理不同廠家生產(chǎn)的儀器，以及 同一臺儀器在使用過程中的不同階段，由于儀器性能、穩(wěn)定性和操作條件的變化，使其檢測 結(jié)果出現(xiàn)偏差，因此應定期對儀器進行檢驗，通常一年檢定一次，在懷疑儀器異常時應隨時 進行檢定。因此，需要研究一種恒定氣體濕度快速發(fā)生裝置，配置精密露點儀，實現(xiàn)對氣體 濕度檢測儀的檢定。
[0003] 氣體濕度是指氣體中水蒸汽的含量，通常以體積分數(shù)、質(zhì)量分數(shù)或露點溫度表示。 濕度的測量關鍵在于其溯源性和測量不確定度。濕度的溯源性與濕度的基準和定義相聯(lián) 系，濕度測量的不確定度與濕度測量儀器和測量過程相聯(lián)系。因此，需要建立濕度標準源對 濕度進行溯源，對濕度測量儀器進行檢定和校準。根據(jù)電力系統(tǒng)氣體濕度測量工作的準確 度要求，屬于濕度標準流程中的"普通濕度計"，可以用二級標準濕度源對其進行檢定。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有獲取恒定濕度的方法，獲取的濕度發(fā)生范圍窄、操作復雜 的問題，本發(fā)明提供了一種快速獲取恒定氣體濕度的方法。
[0005] -種快速獲取恒定氣體濕度的方法，該方法是基于一種濕度發(fā)生裝置實現(xiàn)的，該 裝置包括壓力控制器、1號質(zhì)量流量控制器、2號質(zhì)量流量控制器、3號質(zhì)量流量控制器、溫 控器、飽和器、1號換熱管、混合室、電動攪拌器、溫度傳感器、恒溫水浴箱體、電加熱器、電加 熱棒、制冷換熱管和制冷器；
[0006] 所述的壓力控制器用于將氣源同時壓入1號質(zhì)量流量控制器、2號質(zhì)量流量控制 器和3號質(zhì)量流量控制器，且1號質(zhì)量流量控制器和2號質(zhì)量流量控制器的出氣口同時與 飽和器連通，飽和器的出氣口與混合室進氣孔連通，3號質(zhì)量流量控制器的出氣口經(jīng)1號換 熱管后與混合室的進氣孔連通；混合室的出氣口作為濕度發(fā)生裝置的出氣口；
[0007] 所述的飽和器、1號換熱管、混合室、溫度傳感器和電動攪拌器的旋轉(zhuǎn)葉片均設置 在恒溫水浴箱體內(nèi)，
[0008] 溫度傳感器的信號輸出端與溫控器的溫度信號輸入端連接，溫控器的第一控制信 號輸出端與電加熱器的控制信號輸入端連接，溫控器的第二控制信號輸出端與制冷器的控 制信號輸入端連接，電加熱器的控制信號輸出端與電加熱棒的控制信號輸入端連接，制冷 器的控制信號輸出端與制冷換熱管的控制信號輸入端連接；
[0009] 電加熱棒和制冷換熱管均設置在恒溫水浴箱體內(nèi)；
[0010] 獲取恒定氣體濕度的方法包括如下步驟：
[0011] 步驟一，使飽和器、1號換熱管、混合室、溫度傳感器和電動攪拌器的旋轉(zhuǎn)葉片均處 于恒溫水浴箱體內(nèi)的水浴內(nèi)；
[0012] 步驟二，設置恒溫水浴箱體內(nèi)的水浴的溫度，溫控器通過溫度傳感器采集恒溫水 浴箱體內(nèi)水浴的溫度，并通過控制電加熱器和制冷器實時控制恒溫水浴箱體內(nèi)的水浴的溫 度，同時電動攪拌器處于工作狀態(tài)，用于使恒溫水浴箱體內(nèi)的水浴的溫度均勻；
[0013] 步驟三，待恒溫水浴箱體內(nèi)的水浴的溫度恒定后，通過壓力控制器將干燥氮氣同 時壓入1號質(zhì)量流量控制器、2號質(zhì)量流量控制器和3號質(zhì)量流量控制器內(nèi)，流經(jīng)1號質(zhì)量 流量控制器和2號質(zhì)量流量控制器的干燥氮氣，均通過飽和器后進入混合室，流經(jīng)3號質(zhì)量 流量控制器的干燥氮氣，通過1號換熱管后，進入混合室，1號換熱管用于使其內(nèi)部的干燥 氮氣與飽和器生成的飽和濕氣溫度保持相同，混合室輸出恒定濕度氣體的流量范圍為大于 0且小于等于10. 〇L/min，完成了對恒定氣體濕度的獲取。
[0014] 本發(fā)明提供了一種快速獲取恒定氣體濕度的方法，該方法濕度發(fā)生范圍寬、穩(wěn)定 時間快、準確度高、成本低、操作簡單、自動化程度高優(yōu)點。采用的濕度發(fā)生裝置性能技術參 數(shù)準確可靠，配置精密露點儀后，適用于六氟化硫露點儀、氫氣濕度檢測儀和其他常用的濕 度計進行校準；濕度發(fā)生裝置本身也可作為獨立的標準裝置，對濕度計進行日常工作中的 檢測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明所述的一種濕度發(fā)生裝置的原理示意圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0016] 一：參見圖1說明本實施方式，本實施方式所述的一種快速獲取恒 定氣體濕度的方法，該方法是基于一種濕度發(fā)生裝置實現(xiàn)的，該裝置包括壓力控制器1、1 號質(zhì)量流量控制器Q wl、2號質(zhì)量流量控制器Qw2、3號質(zhì)量流量控制器QD、溫控器3、飽和器4、 1號換熱管5、混合室6、電動攪拌器7、溫度傳感器8、恒溫水浴箱體9、電加熱器10、電加熱 棒11、制冷換熱管12和制冷器13 ;
[0017] 所述的壓力控制器1用于將氣源同時壓入1號質(zhì)量流量控制器Qwl、2號質(zhì)量流量 控制器Q w2和3號質(zhì)量流量控制器Qd，且1號質(zhì)量流量控制器Qwl和2號質(zhì)量流量控制器Q w2 的出氣口同時與飽和器4連通，飽和器4的出氣口與混合室6進氣孔連通，3號質(zhì)量流量控 制器QD的出氣口經(jīng)1號換熱管5后與混合室6的進氣孔連通；混合室6的出氣口作為濕度 發(fā)生裝置的出氣口；
[0018] 所述的飽和器4、1號換熱管5、混合室6、溫度傳感器8和電動攪拌器7的旋轉(zhuǎn)葉 片均設置在恒溫水浴箱體9內(nèi)，
[0019] 溫度傳感器8的信號輸出端與溫控器3的溫度信號輸入端連接，溫控器3的第一 控制信號輸出端與電加熱器10的控制信號輸入端連接，溫控器3的第二控制信號輸出端與 制冷器13的控制信號輸入端連接，電加熱器10的控制信號輸出端與電加熱棒11的控制信 號輸入端連接，制冷器13的控制信號輸出端與制冷換熱管12的控制信號輸入端連接；
[0020] 電加熱棒11和制冷換熱管12均設置在恒溫水浴箱體9內(nèi)；
[0021] 獲取恒定氣體濕度的方法包括如下步驟：
[0022] 步驟一，使飽和器4、1號換熱管5、混合室6、溫度傳感器8和電動攪拌器7的旋轉(zhuǎn) 葉片均處于恒溫水浴箱體9內(nèi)的水浴內(nèi)；
[0023] 步驟二，設置恒溫水浴箱體9內(nèi)的水浴的溫度，溫控器3通過溫度傳感器8采集恒 溫水浴箱體9內(nèi)水浴的溫度，并通過控制電加熱器10和制冷器13實時控制恒溫水浴箱體 9內(nèi)的水浴的溫度，同時電動攪拌器7處于工作狀態(tài)，用于使恒溫水浴箱體9內(nèi)的水浴的溫 度均勻；
[0024] 步驟三，待恒溫水浴箱體9內(nèi)的水浴的溫度恒定后，通過壓力控制器1將干燥氮氣 同時壓入1號質(zhì)量流量控制器Q wl、2號質(zhì)量流量控制器Qw2和3號質(zhì)量流量控制器QD內(nèi)，流 經(jīng)1號質(zhì)量流量控制器Q wl和2號質(zhì)量流量控制器Qw2的干燥氮氣，均通過飽和器4后進入 混合室6,流經(jīng)3號質(zhì)量流量控制器Q D的干燥氮氣，通過1號換熱管5后，進入混合室6,1 號換熱管5用于使其內(nèi)部的干燥氮氣與飽和器4生成的飽和濕氣溫度保持相同，混合室6 輸出恒定濕度氣體的流量范圍為大于〇且小于等于10. 〇L/min，完成了對恒定氣體濕度的 獲取。
[0025] 本實施方式，飽和器4、1號換熱管5和混合室6都浸于統(tǒng)一水浴中，飽和器4用于 發(fā)生飽和濕氣；1號換熱管5用于加熱或冷卻另一路氮氣，使其溫度與飽和濕氣溫度相同， 且在混合室6內(nèi)氣體溫度不發(fā)生變化。水浴中安裝有電加熱器10、制冷換熱管12和溫度傳 感器8,用于水浴中水的加熱、降溫和溫度控制；電動攪拌器7用于使水浴中的溫度場均勻。 1號換熱管5的作用是管內(nèi)的氣體，能與恒溫水浴的溫度及飽和器4生成的氣體的溫度保持 一致。
[0026] 溫控器3接收溫度傳感器8的檢測信號，經(jīng)處理后，控制電加熱器和制冷器的運 行，對水浴中的水進行加熱、降溫和溫度控制。
[0027] 本實施方式中，制冷器13可以采用壓縮式，冷媒為R_134a四氟乙烷。
[0028] 本實施方式中，混合室6輸出的濕氣流量范圍為0?10. OL/min，混合室6的出氣 口可以設計為多路，例如混合室6的出氣口設計為3路時，混合室6的出氣口，可以同時接 精密露點儀和2臺被檢濕度計，氣體管路可選用不銹鋼管和聚四氟乙烯管。
[0029] 本實施方式中，發(fā)生低濕度的氣體時，由于飽和濕氣的流量很小，為了提高氣體流 量的控制精度和穩(wěn)定性，用2號質(zhì)量流量控制器Q w2控制。
[0030] 本實施方式中，壓力控制器1可選用數(shù)字輸出型石英壓力傳感器進行測量，其量 程為0?1. 38MPa，最大允許誤差為讀數(shù)的0. 012%，帶有標準RS485通訊接口。壓力值由 控制電路通過RS485串口讀取。
[0031] 本實施方式中，恒溫水浴箱體9內(nèi)溫度的穩(wěn)定性和溫場的均勻性以及溫度測量的 不確定度，是保證分流法濕度發(fā)生器性能的關鍵技術措施。恒溫水浴箱體9可采用不銹鋼 內(nèi)膽，四周包裹厚度達100mm的低溫多孔保溫材料，不銹鋼內(nèi)膽與溫水浴箱體9金屬框架之 間的接觸處都采用絕熱性能和機械強度好的非金屬材料過渡，以確保溫水浴箱體9的保冷 性能。
[0032] 本實施方式中，制冷器13還可選用了進口全封閉壓縮機重疊式制冷系統(tǒng)，水浴內(nèi) 制冷管分為兩級控制；選擇了環(huán)形加熱板加熱最大功率為100W，使用精密控溫儀實現(xiàn)溫度 自動控制，在5?95°C范圍內(nèi)可以任意設置控制溫度，溫度穩(wěn)定性好、溫場均勻，控溫精度 高，恒溫水浴的控制精度為±0. 1°C。
【具體實施方式】 [0033] 二：本實施方式與一所述的一種快速獲取恒定氣體濕 度的方法的區(qū)別在于，一種濕度發(fā)生裝置還包括截止閥2,且截止閥2設置在1號質(zhì)量流量 控制器Q wl的出氣口處。
[0034] 本實施方式中，為了防止1號質(zhì)量流量控制器Qwl漏氣而影響2號質(zhì)量流量控制器 Qw2對氣體流量的控制，加裝截止閥2將該路截止。
【具體實施方式】 [0035] 三：本實施方式與一所述的一種快速獲取恒定氣體濕 度的方法的區(qū)別在于，所述的恒溫水浴箱體9內(nèi)壁設有絕熱層。
[0036] 本實施方式，該絕熱層更好的維持恒溫水浴箱體9內(nèi)恒溫水浴的溫度。
【具體實施方式】 [0037] 四：本實施方式與一所述的一種快速獲取恒定氣體濕 度的方法的區(qū)別在于，所述的1號質(zhì)量流量控制器Q wl的流量控制范圍為0?1. 〇L/min，2 號質(zhì)量流量控制器Qw2的流量控制范圍為〇?10. OmL/min，3號質(zhì)量流量控制器QD的流量 控制范圍為0?10. OmL/min。
[0038] 本實施方式中，可以采用了高性能的質(zhì)量流量控制器，其流量控制精度為±1. 0% S. P.(彡 35% F. S.)、±0. 35% F. S. ( < 35% F. S.)，工作壓差范圍為 0· 05 ?0· 35MPa ;漏 氣率小于1 X 10-10atm · mL/s He (1 X 10-llPa · m3/s He)。流量計帶有標準RS485通訊接 口，流量的大小由控制電路通過RS485串口控制。
【具體實施方式】 [0039] 五：本實施方式與一所述的一種快速獲取恒定氣體濕 度的方法的區(qū)別在于，所述的干燥氮氣為露點溫度低于_58°C的瓶裝氮氣。
【具體實施方式】 [0040] 六：本實施方式與一所述的一種快速獲取恒定氣體濕 度的方法的區(qū)別在于，所述的制冷換熱管12為蛇形換熱管。
[0041] 本實施方式，制冷換熱管12為蛇形換熱管作用是增加了恒溫水浴與換熱管熱交 換的面積。
[0042]
【具體實施方式】七：本實施方式與【具體實施方式】一所述的一種快速獲取恒定氣體濕 度的方法的區(qū)別在于，所述的飽和器4采用疊盤迷宮式飽和器。
[0043] 飽和器4為裝置的核心部件，為了保證飽和濕氣的發(fā)生，選用了疊盤迷宮式飽和 器。它由多個內(nèi)部帶有十圈螺旋式氣流通道的不銹鋼圓盤疊加而成，每個圓盤處于水平狀 態(tài)，氣流通道中下部40%充以水。干氣在氣流通道中水平流過水面得到增濕，最終變成飽和 濕氣。飽和器的有效傳質(zhì)長度為60m以上，通道壓降小于100Pa，從而保證了飽和器出口氣 體的飽和度接近100%。為增加氣流擾動、強化傳質(zhì)效果、增加有效傳質(zhì)面積、加速飽和過 程，在氣流通道中設置了聚四氟乙烯填料，這樣還可防止氣流夾帶水滴。
【具體實施方式】 [0044] 八：本實施方式與一所述的一種快速獲取恒定氣體濕 度的方法的區(qū)別在于，所述的1號換熱管5為蛇形換熱管。
[0045] 本實施方式中，1號換熱管5的作用是增加了氣體的傳輸路徑，使其管內(nèi)的氣體， 能與恒溫水浴的溫度及飽和器4生成的氣體的溫度保持一致。
[0046] 本發(fā)明所述一種快速獲取恒定氣體濕度的方法的結(jié)構不局限于上述各實施方式 所記載的具體結(jié)構，還可以是上述各實施方式所記載的技術特征的合理組合。
【權利要求】
1. 一種快速獲取恒定氣體濕度的方法，該方法是基于一種濕度發(fā)生裝置實現(xiàn)的，該裝 置包括壓力控制器（1)、1號質(zhì)量流量控制器（Q wl)、2號質(zhì)量流量控制器（Qw2)、3號質(zhì)量流 量控制器（QD)、溫控器（3)、飽和器（4)、1號換熱管（5)、混合室（6)、電動攪拌器（7)、溫度 傳感器（8)、恒溫水浴箱體（9)、電加熱器（10)、電加熱棒（11)、制冷換熱管（12)和制冷器 (13)； 所述的壓力控制器（1)用于將氣源同時壓入1號質(zhì)量流量控制器（Qwl)、2號質(zhì)量流量 控制器（Qw2)和3號質(zhì)量流量控制器（QD)，且1號質(zhì)量流量控制器（Qwl)和2號質(zhì)量流量控 制器（Q w2)的出氣口同時與飽和器（4)連通，飽和器（4)的出氣口與混合室（6)進氣孔連通， 3號質(zhì)量流量控制器（Q D)的出氣口經(jīng)1號換熱管（5)后與混合室（6)的進氣孔連通；混合 室（6)的出氣口作為濕度發(fā)生裝置的出氣口； 所述的飽和器（4)、1號換熱管（5)、混合室（6)、溫度傳感器（8)和電動攪拌器（7)的 旋轉(zhuǎn)葉片均設置在恒溫水浴箱體（9)內(nèi)， 溫度傳感器（8)的信號輸出端與溫控器（3)的溫度信號輸入端連接，溫控器（3)的第 一控制信號輸出端與電加熱器（10)的控制信號輸入端連接，溫控器（3)的第二控制信號輸 出端與制冷器（13)的控制信號輸入端連接，電加熱器（10)的控制信號輸出端與電加熱棒 (11)的控制信號輸入端連接，制冷器（13)的控制信號輸出端與制冷換熱管（12)的控制信 號輸入端連接； 電加熱棒（11)和制冷換熱管（12)均設置在恒溫水浴箱體（9)內(nèi)； 其特征在于，獲取恒定氣體濕度的方法包括如下步驟： 步驟一，使飽和器（4)、1號換熱管（5)、混合室（6)、溫度傳感器（8)和電動攪拌器（7) 的旋轉(zhuǎn)葉片均處于恒溫水浴箱體（9)內(nèi)的水浴內(nèi)； 步驟二，設置恒溫水浴箱體（9)內(nèi)的水浴的溫度，溫控器（3)通過溫度傳感器（8)采 集恒溫水浴箱體（9)內(nèi)水浴的溫度，并通過控制電加熱器（10)和制冷器（13)實時控制恒 溫水浴箱體（9)內(nèi)的水浴的溫度，同時電動攪拌器（7)處于工作狀態(tài)，用于使恒溫水浴箱體 (9)內(nèi)的水浴的溫度均勻； 步驟三，待恒溫水浴箱體（9)內(nèi)的水浴的溫度恒定后，通過壓力控制器（1)將干燥氮氣 同時壓入1號質(zhì)量流量控制器（Qwl)、2號質(zhì)量流量控制器（Qw2)和3號質(zhì)量流量控制器（Q d) 內(nèi)，流經(jīng)1號質(zhì)量流量控制器（Qwl)和2號質(zhì)量流量控制器（Qw2)的干燥氮氣，均通過飽和器 ⑷后進入混合室（6)，流經(jīng)3號質(zhì)量流量控制器（Q D)的干燥氮氣，通過1號換熱管（5)后， 進入混合室（6)，1號換熱管（5)用于使其內(nèi)部的干燥氮氣與飽和器（4)生成的飽和濕氣溫 度保持相同，混合室（6)輸出恒定濕度氣體的流量范圍為大于0且小于等于10. OL/min，完 成了對恒定氣體濕度的獲取。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種快速獲取恒定氣體濕度的方法，其特征在于，所述的一 種濕度發(fā)生裝置還包括截止閥（2)，且截止閥（2)設置在1號質(zhì)量流量控制器（Q wl)的出氣 口處。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種快速獲取恒定氣體濕度的方法，其特征在于，所述的恒 溫水浴箱體（9)內(nèi)壁設有絕熱層。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種快速獲取恒定氣體濕度的方法，其特征在于，所述的1號 質(zhì)量流量控制器（Qwl)的流量控制范圍為大于〇且小于等于1. 〇L/min，2號質(zhì)量流量控制器 (Qw2)的流量控制范圍為大于0且小于等于10.0mL/min，3號質(zhì)量流量控制器（QD)的流量控 制范圍為大于0且小于等于10. OmL/min。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種快速獲取恒定氣體濕度的方法，其特征在于，所述的干 燥氮氣為露點溫度低于_58°C的瓶裝氮氣。
6. 根據(jù)權利要求1所述的一種快速獲取恒定氣體濕度的方法，其特征在于，所述的制 冷換熱管（12)為蛇形換熱管。
7. 根據(jù)權利要求1所述的一種快速獲取恒定氣體濕度的方法，其特征在于，所述的飽 和器（4)采用疊盤迷宮式飽和器。
8. 根據(jù)權利要求1所述的一種快速獲取恒定氣體濕度的方法，其特征在于，所述的1號 換熱管（5)為蛇形換熱管。
【文檔編號】G01N33/00GK104155415SQ201410412329
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權日:2014年8月20日
【發(fā)明者】李國興, 姜子秋, 王曉丹 申請人:國家電網(wǎng)公司, 黑龍江省電力科學研究院