便攜式濕度發(fā)生器的研制

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1、便攜式濕度發(fā)生器的研制叢繼信,等:便攜式濕度發(fā)生器的研制61便攜式濕度發(fā)生器的研制叢繼信張學(xué)范張光友崔劍夏本立辛宗偉(1.總裝備部防疫大隊,北京100101;2.中國兵器工業(yè)集團第五三研究所,濟南250031)摘要介紹一種便攜分流式濕度發(fā)生器的工作原理及研制過程.該便攜式濕度發(fā)生器利用分流法濕度發(fā)生原理.采用微控制器和質(zhì)量流量控制技術(shù)實現(xiàn)了自動發(fā)生不同流量,不同露點氣體的功能,可為露點測試儀檢定和校準提供動態(tài)標準濕度氣體.通過驗證試驗證明,該裝置測量準確可靠.關(guān)鍵詞露點濕度分流發(fā)生器特種氣體在航天發(fā)射領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,氣體濕度是表征特種氣體

2、質(zhì)量的重要指標.為保障露點測試儀的準確性,規(guī)定每年必須對其進行計量檢定.濕度發(fā)生器是濕度計量工作中不可缺少的計量儀器,其主要用途是作為標準露點儀的配套設(shè)備,在標定各類濕度器時作為動態(tài)濕度源.但在實際計量巡檢過程中,工作氣體露點偏高,露點和流量調(diào)節(jié)難以滿足計量檢定的需求,造成露點檢定缺乏低濕系列數(shù)據(jù)和工作效率偏低等問題.為此,筆者研制了能夠同時檢定多臺露點儀的智能化的便攜式濕度發(fā)生器,以滿足濕度量值傳遞和計量保障服務(wù)的需求.1設(shè)計方案1.1基本原理分流法濕度發(fā)生器的工作原理¨.2是把一股干燥氣體準確地分成已知比例的兩股,其中一股在一定條件

3、下于飽和器內(nèi)的純水表面上飽和,另一股仍然保持干燥,然后兩股氣流以一定流量比在混合室中混合,即可得到不同相對濕度的氣體.輸出氣體的露點溫度按以下步驟計算.(1)根據(jù)飽和溫度計算飽和蒸氣壓:lg[ew(tv)]=(1)式中:e(t)——飽和器內(nèi)的飽和水蒸汽壓,Pa;tv——飽和溫度,K.(2)根據(jù)分流比和飽和蒸汽壓溫度計算相對濕度::———————×100%(2)1一f1一r)p式中:相對濕度,%;r——分流比;p——飽和器內(nèi)總壓力,Pa.(3)根據(jù)相對濕度和飽和蒸汽壓溫度計算濕氣蒸汽壓:e(td)=(3)(4)根據(jù)濕氣蒸汽壓計算濕氣露點溫

4、度:351g[e(td)]一2148.4909/,td—_二_【4)式中:td——濕氣的露點溫度,K.1.2技術(shù)路線研制的便攜式濕度發(fā)生器能自動按照設(shè)定的濕度,氣體總流量,飽和溫度等參數(shù)自動計算干氣流量和濕氣流量,控制質(zhì)量流量控制器輸出干,濕氣體,進行混合后得到所需濕度的氣體.然后由多路轉(zhuǎn)子流量計通過快接插頭輸出氣體,各路氣體流量由用戶根據(jù)需要調(diào)節(jié),供濕度測量標準儀器或測量儀器使用J.由于配有濕度測量儀器的場所都有干燥氣源(氣瓶或制氣設(shè)備),但有時其干燥程度不符合要求,因此需要在便攜式濕度發(fā)生裝置中配備可自動再生的分子篩干燥器,用它對氣

5、體進一步干燥,使氣體露點溫度低于一70℃.本項目采用分流法原理研制便攜式濕度發(fā)生器,原理框圖見圖1.圖1便攜式濕度發(fā)生器原理框圖收稿日期:2007-04-0562化學(xué)分析汁量2007年,第l6卷,第4期進入發(fā)生器的干燥氣體,一路通過質(zhì)量流量控制器A(用于控制較大流量)或質(zhì)量流量控制器B(用于控制微小流量),經(jīng)換熱后送人恒溫增濕飽和器增濕;一路通過質(zhì)量流量控制器c后,在混合室與飽和器輸出濕氣進行混合,得到所需濕度的氣體,輸出供濕度測量裝置,濕度傳感器校準裝置,并同時供給多臺被校準濕度測量儀器使用.分流法濕度發(fā)生器的不確定度由流量計的精度,

6、氣體干燥的程度,系統(tǒng)氣密性,溫度穩(wěn)定性等一系列因素所決定.流量控制部分采用高準確度的質(zhì)量流量控制器,分別對干氣和濕氣進行精密的調(diào)節(jié)和控制,提供準確的分流比.通過理論計算結(jié)果表明,選擇3支質(zhì)量流量控制器完全可以滿足發(fā)生一60～一20c【=露點的要求.濕度發(fā)生裝置中的流量控制,溫度測量,數(shù)據(jù)處理與通訊由微控制器通過軟件進行統(tǒng)一控制.2濕度發(fā)生器的設(shè)計2.1飽和器飽和器是產(chǎn)生飽和水蒸氣的裝置,是便攜式濕度發(fā)生裝置的重要組成部分,其性能的優(yōu)劣直接影響到濕度發(fā)生器的濕度量值不確定度的大小.飽和器必須有良好的傳熱,傳質(zhì)效果,才能保證其中水的飽和度的

7、穩(wěn)定.設(shè)計時遵循以下兩個基本原則:(1)使氣體與水有充分的接觸面積和接觸時問;(2)盡量減少氣體在飽和系統(tǒng)內(nèi)壓力降.飽和器整體結(jié)構(gòu)采用有機玻璃材料加工而成,為了滿足防震和溫度穩(wěn)定的需要,飽和器的壁厚為10mm.為了防止飽和器中蒸餾水流入質(zhì)量流量控制器造成損壞,在飽和器的兩端安裝了高質(zhì)量的不銹鋼球閥.飽和器內(nèi)的水面溫度由精密數(shù)字溫度計來測量.傳統(tǒng)的濕度飽和器,需要一個進水口和一個出水口,為了保證飽和器的氣密性,將進水口和出水口合并,既方便注水,又有效地保證了氣密性.2.2溫度測量系統(tǒng)濕度發(fā)生器需要對飽和器的溫度進行測量,采用DS18B20

8、型數(shù)字化溫度傳感器完成測量.測量溫度范圍為一55～+125c【=,在一10～+85c【=范圍內(nèi),分辨率為0.0625cIC,校準后準確度高于±0.5℃.該溫度測量系統(tǒng)響應(yīng)速度快,傳感器通用性強,維護和校準方