一種測(cè)量水汽過(guò)飽和度的方法及其裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測(cè)量氣體過(guò)飽和度的方法及其裝置，屬于氣體濕度測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]過(guò)飽和氣體在自然界非常普遍，比如夜晚氣溫下降，空氣冷卻至露點(diǎn)，這時(shí)候空氣中的水蒸汽便達(dá)到飽和狀態(tài)，當(dāng)溫度進(jìn)一步降低水蒸汽就達(dá)到了過(guò)飽和狀態(tài)，這時(shí)過(guò)飽和的水蒸汽便會(huì)發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象。
[0003]水汽相變促進(jìn)PM2.5的脫除就是在過(guò)飽和條件下發(fā)生的，PM2.5顆粒極難被傳統(tǒng)的除塵設(shè)備脫除，因此利用水汽相變促進(jìn)PM2.5長(zhǎng)大后再利用傳統(tǒng)除塵設(shè)備脫除成為非常具有應(yīng)用前景的除塵預(yù)處理技術(shù)。而水汽在PM2.5顆粒表面凝結(jié)長(zhǎng)大的首要條件就是構(gòu)成水汽過(guò)飽和。研究結(jié)果表明，水汽過(guò)飽和度是影響PM2.5長(zhǎng)大的重要影響因素之一。所以如何測(cè)量構(gòu)成的水汽過(guò)飽和度非常具有研究意義。但是直接采用濕度計(jì)并不能測(cè)量氣體的過(guò)飽和值，這是因?yàn)闈穸扔?jì)的測(cè)量范圍RH〈 100%，而過(guò)飽和狀態(tài)的RH〉100 %。另外，過(guò)飽和水汽也用于亞微米細(xì)顆粒凝結(jié)計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，如TSI公司的3785系列的顆粒凝結(jié)計(jì)數(shù)器(water condensat1n particles counter)。其原理是通過(guò)水汽凝結(jié)在細(xì)顆粒表面然后通過(guò)光學(xué)方法進(jìn)行顆粒的計(jì)數(shù)測(cè)量。
[0004]過(guò)飽和度的定義一般有2種:1.實(shí)際水汽分壓力與對(duì)應(yīng)溫度壓力條件下的水汽飽和分壓的比值；2.實(shí)際水汽濃度與對(duì)應(yīng)溫度壓力條件下的水汽飽和水汽濃度的比值。這兩種定義的值差別并不大，本發(fā)明采用第二種計(jì)算方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種測(cè)量水汽過(guò)飽和度的方法及其裝置，該方法和裝置能夠測(cè)量非平衡態(tài)的水汽過(guò)飽和度。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案為:
[0007]一種測(cè)量水汽過(guò)飽和度的方法，測(cè)量過(guò)飽和狀態(tài)下的溫度和壓力，得出該溫度壓力條件下飽和氣體的含濕量；將過(guò)飽和狀態(tài)的氣體經(jīng)過(guò)等壓加熱至RH〈100%的狀態(tài)，測(cè)量加熱后氣體的溫度和相對(duì)濕度，并據(jù)此得出氣體的絕對(duì)含濕量，氣體的絕對(duì)含濕量與加熱前氣體的溫度壓力條件下飽和氣體含濕量的比值即為氣體的過(guò)飽和度。
[0008]—種測(cè)量水汽過(guò)飽和度的裝置，包括溫度壓力測(cè)量探頭、等壓加熱箱體、壓力反饋控制單元；
[0009]所述溫度壓力測(cè)量探頭設(shè)置在所述過(guò)飽和氣體內(nèi)；在所述等壓加熱箱體氣體入口設(shè)置有閥門；在所述等壓加熱箱體內(nèi)設(shè)置有用于測(cè)量等壓加熱箱體內(nèi)氣體溫濕度的溫濕度測(cè)量探頭，在所述等壓加熱箱體上設(shè)置有用于加熱等壓加熱箱體內(nèi)氣體的加熱帶，在所述等壓加熱箱體內(nèi)還設(shè)置有用于密封所述等壓加熱箱體的活塞；在所述活塞上連接有用于抽吸氣體的動(dòng)力單元；在所述溫度壓力測(cè)量探頭與所述動(dòng)力單元之間連接有用于保持所述等壓加熱箱體內(nèi)壓力的壓力反饋控制單元。
[0010]所述壓力反饋控制單元讀取由所述溫度壓力測(cè)量探頭測(cè)量的壓力值，將其反饋給所述動(dòng)力單元；所述動(dòng)力單元設(shè)置施加的壓力，使等壓加熱箱體的壓力保持與所述溫度壓力測(cè)量探頭所測(cè)值相等。
[0011]所述溫度壓力測(cè)量探頭測(cè)量的溫度范圍為O?374 °C，壓力范圍為O?21.115MPa0
[0012]所述的閥門為閉路閥、閘閥、截止閥、旋塞閥、球閥或蝶閥。
[0013]所述等壓加熱箱體內(nèi)壁為可承壓的疏水材料，外側(cè)由鋼板固定。
[0014]所述等壓加熱箱體內(nèi)壁材料為聚四氟乙烯。
[0015]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明提供了一種間接的測(cè)量過(guò)飽和度的方法及其裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)量含水汽過(guò)飽和氣體的過(guò)飽和程度，為研究水汽相變促進(jìn)PM2.5長(zhǎng)大并脫除及亞微米細(xì)顆粒凝結(jié)計(jì)數(shù)器的研究提供準(zhǔn)確的過(guò)飽和場(chǎng)測(cè)量方案和裝置。將濕度計(jì)的測(cè)量量程擴(kuò)大到RH>100的范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明中各狀態(tài)點(diǎn)氣體溫度與相對(duì)濕度關(guān)系示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中:1_溫度壓力測(cè)量探頭；2_閥門；3_等壓加熱箱體；4_溫濕度測(cè)量探頭；
5-加熱帶；6_活塞；7_動(dòng)力單元；8_壓力反饋控制單元。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖1、2，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0020]本發(fā)明測(cè)量水汽過(guò)飽和度的方法，具體為測(cè)量過(guò)飽和態(tài)的氣體的溫度和壓力，得出該溫度壓力條件下飽和氣體含濕量；將過(guò)飽和態(tài)的氣體經(jīng)過(guò)等壓加熱至RH〈100%的狀態(tài)，測(cè)量加熱后氣體的溫度和相對(duì)濕度，并據(jù)此得出氣體的絕對(duì)含濕量，氣體的絕對(duì)含濕量與加熱前氣體的溫度壓力條件下飽和氣體含濕量的比值即為氣體的過(guò)飽和度。
[0021]圖1為氣體溫度與相對(duì)濕度關(guān)系示意圖。結(jié)合圖1，A點(diǎn)是過(guò)飽和氣體的初始狀態(tài)，其對(duì)應(yīng)的溫度為T_，對(duì)應(yīng)的壓力為Pncin，根據(jù)溫度和壓力可計(jì)算出其在飽和線上對(duì)應(yīng)B點(diǎn)的飽和絕對(duì)含濕量ds;過(guò)飽和氣體在等壓條件下密閉加熱到C點(diǎn)，C點(diǎn)的溫度和相對(duì)濕度可測(cè)，因此可計(jì)算其絕對(duì)含濕量(U，根據(jù)S = (^/4則水汽過(guò)飽和度值可得。
[0022]圖2為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，本發(fā)明測(cè)量水汽過(guò)飽和度方法的裝置包括溫度壓力測(cè)量探頭1、閥門2、等壓加熱箱體3、溫濕度測(cè)量探頭4、加熱帶5、活塞6、動(dòng)力單元7和壓力反饋控制單元8 ；
[0023]溫度壓力測(cè)量探頭I設(shè)置在過(guò)飽和氣體內(nèi)；閥門2設(shè)置在等壓加熱箱體3氣體入口 ；溫濕度測(cè)量探頭4設(shè)置在等壓加熱箱體3內(nèi)，用于測(cè)量等壓加熱箱體3內(nèi)氣體溫濕度；加熱帶5設(shè)置在等壓加熱箱體3上，用于加熱等壓加熱箱體3內(nèi)的氣體；活塞設(shè)置在等壓加熱箱體3內(nèi)，用于密封所述等壓加熱箱體3 ;動(dòng)力單元7與活塞6上連接，設(shè)置在活塞外側(cè)，用于抽吸氣體；壓力反饋控制單元8分別與溫度壓力測(cè)量探頭I和動(dòng)力單元7連接，用于保持等壓加熱箱體3內(nèi)的壓力。
[0024]在本發(fā)明中，溫度壓力測(cè)量探頭I測(cè)量的溫度范圍為O?374°C，壓力范圍為O?21.115MPa。閥門2為閉路閥、閘閥、截止閥、旋塞閥、球閥或蝶閥。等壓加熱箱體3內(nèi)壁為可承壓的疏水材料，外側(cè)由鋼板固定。等壓加熱箱體3內(nèi)壁材料為聚四氟乙烯。
[0025]本發(fā)明的水汽過(guò)飽和度測(cè)量步驟如下:將裝置與過(guò)飽和氣體連接，溫度和壓力探頭I測(cè)量過(guò)飽和氣體的溫度τ_和壓力P _，壓力反饋控制單元8讀取由探頭I測(cè)量的壓力值，將其反饋給動(dòng)力單元7，由動(dòng)力單元7設(shè)置壓力，使加熱箱體的壓力保持與探頭I所測(cè)值相等；打開閥門2，在動(dòng)力單元7的作用下，活塞緩慢由初始位置6 ‘移動(dòng)將非平衡態(tài)的過(guò)飽和氣體等壓力(即ρ = ρ_)抽吸到等壓加熱箱3中，活塞到達(dá)終點(diǎn)位置6時(shí)關(guān)閉閥門2，保持活塞壓力不變，加熱帶5對(duì)氣體進(jìn)行加熱，溫濕度測(cè)量探頭4測(cè)量新的氣體溫度相對(duì)濕度RH_利用相對(duì)濕度得出對(duì)應(yīng)溫度Lq和壓力P下的絕對(duì)含濕量cUq，同時(shí)通過(guò)查詢水蒸汽焓濕圖得出過(guò)飽和氣體的溫度T_和壓力P _下的飽和含濕量d s,可計(jì)算出過(guò)飽和氣體的水汽過(guò)飽和度S = deq/dso
[0026]以下結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明不只限于此實(shí)施例。
[0027]過(guò)飽和氣體由流動(dòng)的飽和冷卻氣流(7°C )與循環(huán)流動(dòng)的熱水(50°C )接觸產(chǎn)生，測(cè)得過(guò)飽和氣體的溫度為30°C，表壓力為0，打開閥門緩慢移動(dòng)活塞抽取過(guò)飽和氣體至等壓加熱箱體中，待活塞位置到達(dá)終點(diǎn)關(guān)閉閥門，維持動(dòng)力單元壓力為0，打開加熱帶的電源加熱氣體至50°C，測(cè)得氣體的相對(duì)濕度為RH為47%。查詢水蒸汽焓濕圖可得附圖1中狀態(tài)C點(diǎn)含濕量C^q= 37.78g/kg，附圖1中狀態(tài)B點(diǎn)飽和含濕量d s= 27.198g/kg。所以該水汽過(guò)飽和氣流的過(guò)飽和度為S = deq/ds = 37.78/27.198 = 1.389。
[0028]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種測(cè)量水汽過(guò)飽和度的方法，其特征在于，測(cè)量過(guò)飽和狀態(tài)下的溫度和壓力，得出該溫度壓力條件下飽和氣體的含濕量；將過(guò)飽和狀態(tài)的氣體經(jīng)過(guò)等壓加熱至RH〈100%的狀態(tài)，測(cè)量加熱后氣體的溫度和相對(duì)濕度，并據(jù)此得出氣體的絕對(duì)含濕量，氣體的絕對(duì)含濕量與加熱前氣體的溫度壓力條件下飽和氣體含濕量的比值即為氣體的過(guò)飽和度。2.一種實(shí)施權(quán)利要求1所述測(cè)量水汽過(guò)飽和度方法的裝置，其特征在于，包括溫度壓力測(cè)量探頭(I)、等壓加熱箱體(3)、壓力反饋控制單元(8)； 所述溫度壓力測(cè)量探頭(I)設(shè)置在所述過(guò)飽和氣體內(nèi)；在所述等壓加熱箱體(3)氣體入口設(shè)置有閥門(2);在所述等壓加熱箱體(3)內(nèi)設(shè)置有用于測(cè)量等壓加熱箱體(3)內(nèi)氣體溫濕度的溫濕度測(cè)量探頭(4)，在所述等壓加熱箱體(3)上設(shè)置有用于加熱等壓加熱箱體(3)內(nèi)氣體的加熱帶(5)，在所述等壓加熱箱體(3)內(nèi)還設(shè)置有用于密封所述等壓加熱箱體⑶的活塞(6);在所述活塞(6)上連接有用于抽吸氣體的動(dòng)力單元(7);在所述溫度壓力測(cè)量探頭(I)與所述動(dòng)力單元(7)之間連接有用于保持所述等壓加熱箱體(3)內(nèi)壓力的壓力反饋控制單元(8)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述壓力反饋控制單元(8)讀取由所述溫度壓力測(cè)量探頭(I)測(cè)量的壓力值，將其反饋給所述動(dòng)力單元(7);所述動(dòng)力單元(7)設(shè)置施加的壓力，使等壓加熱箱體(3)的壓力保持與所述溫度壓力測(cè)量探頭(I)所測(cè)值相等。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述溫度壓力測(cè)量探頭(I)測(cè)量的溫度范圍為O?374°C，壓力范圍為O?21.115MPa。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的閥門(2)為閉路閥、閘閥、截止閥、旋塞閥、球閥或蝶閥。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述等壓加熱箱體(3)內(nèi)壁為可承壓的疏水材料，外側(cè)由鋼板固定。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述等壓加熱箱體(3)內(nèi)壁材料為聚四氟乙烯。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種測(cè)量水汽過(guò)飽和度的方法及其裝置，具體為測(cè)量過(guò)飽和態(tài)的氣體的溫度和壓力，得出該溫度壓力條件下飽和氣體含濕量；將過(guò)飽和態(tài)的氣體經(jīng)過(guò)等壓加熱至RH<100％的狀態(tài)，測(cè)量加熱后氣體的溫度和相對(duì)濕度，并據(jù)此得出氣體的絕對(duì)含濕量，氣體的絕對(duì)含濕量與加熱前氣體的溫度壓力條件下飽和氣體含濕量的比值即為氣體的過(guò)飽和度。本發(fā)明提供了一種間接的測(cè)量過(guò)飽和度的方法及其裝置，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量含水汽過(guò)飽和氣體的過(guò)飽和程度，將濕度計(jì)的測(cè)量量程擴(kuò)大到RH>100的范圍。
【IPC分類】G01N25/62
【公開號(hào)】CN105136857
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510638606
【發(fā)明人】張軍, 徐俊超, 孟強(qiáng), 于燕
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年9月30日