CN102520015A - 一种敏感电路式露点测量方法 - Google Patents

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Abstract

一种敏感电路式露点测量方法，该方法有四大步骤：步骤一：制作一个考比兹振荡电路板；步骤二：导体制冷器制冷，考比兹振荡电路持续工作；步骤三：监测考比兹振荡电路输出频率，温度传感器采集两路温度信号；步骤四：监测考比兹振荡电路输出频率是否为零；若为零，考比兹振荡电路停止工作，温度传感器停止采集数据，处理数据并保存结果。本发明构思巧妙，具有测量方法简单、灵敏度高、可靠性好、成本低的优点；它能够在工作和生产环境下提供一个快速的湿度预警。它在空气状态参数测量技术领域里具有较好的实用价值和广阔的应用前景。

Description

一种敏感电路式露点测量方法
技术领域
本发明涉及一种敏感电路式露点测量方法，它利用考比兹振荡电路特性对露点进行识别从而达到对露点温度测量的一种方法，属于空气状态参数测量技术领域。
背景技术
空气中水汽的含量，即所谓的湿度。湿度的精密、快速测量是化学传感器中的难点之一。湿度有三种基本形式，即水汽压(也称绝对湿度)、相对湿度、露点温度，三者存在紧密的联系，并且可以互为换算。其中露点温度的测量已被国际公认为最精密的湿度测量方法。
露点温度是表示空气中水汽含量和气压不变的条件下冷却达到饱和时的温度，单位用摄氏度(℃)表示。目前露点温度测量的方法主要是冷凝露点法、氯化锂露点法和声表面波露点法。
冷凝露点法是利用等压冷却方法使被测气体中的水蒸气开始出现露或霜，测量此时的温度，即为该气体的露(霜)点。传统冷凝露点仪由水银温度计、抛光圆箍、抛光镜和金属容器等部分组成，容器的2/3充有乙醚等低沸点液体。它的工作原理是以观察抛光镜面的亮度确定露点温度。光学冷镜式露点仪就是利用此原理制作的露点测量装置，主要缺点是抗污染能力差，响应速度慢，不能进行露点的连续测量，价格高昂。
氯化锂(LiCL)露点法是通过测量氯化锂饱和溶液的水蒸气压力与环境介质的水蒸气压力平衡时的温度，来确定气体湿度。氯化锂露点传感器的结构是，采用两根细黄铜丝绕在一根薄壁玻璃管上，并在玻璃管表面喷涂一层稀释的氯化锂湿敏介质。氯化锂溶液改变电导率的相对湿度约12％，因此通电加热这些盐类使它们蒸发，溶液的导电率降低.这个过程一直继续到溶液内的水分和空气中的湿度之间达到平街，由第二根导线测量此时的温度，计算出被测湿度.氯化锂露点仪适用于测量不与氯化锂起化学反应的气体。
声表面波露点仪的工作原理是当传感器表面没有露(霜)层时，声表面波没有变化；随着温度的降低，当传感器表面有露(霜)形成后，就会引起声表面波的变化。通过分析接收到的声表面波信号的频率和振幅，控制帕尔帖致冷器调节传感器表面的温度，使得水汽的冷凝速度和露(霜)层的蒸发速度达到平衡状态，在传感器表面形成一层均匀的露(霜)，由铂电阻温度计即可测得气体的露点温度。声表面波露点仪对温度的控制精度有很高的要求。
发明内容
1、目的：本发明的目的是为了提供一种敏感电路式露点测量方法，它能够在一些工作生产环境下提供一个快速的湿度预警。本方法具有测量方法简单、灵敏度高、可靠性好、成本低的优点。
2、技术方案：本发明一种敏感电路式露点测量方法，该方法的工作原理如下：
图2是公知的考比兹振荡电路图。考比兹振荡电路是常规型的振荡电路，经常被用在石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance，简称QCM)中作为驱动电路。作为敏感元件的石英晶体放在考比兹振荡电路中只能被用在测量刚性吸附的质量变化，如果当石英晶体放在液相的环境下，其本身在电路中的特性发生改变导致电路无法满足维持振荡的条件而停止振荡，并且反应非常灵敏。本发明就是利用考比兹振荡电路的上述特性逆推出露点。
本发明一种敏感电路式露点测量方法，该方法的具体步骤如下：
步骤一：按图2所示的电子元件及连接方式，制作一个考比兹振荡电路板。
步骤二：见图1，将两面附有电极的AT切型石英晶片的一面与半导体制冷器的制冷面相贴，半导体制冷器的热面要与散热器相贴以便于发挥更好的制冷效果，从石英晶片的两个电极分别引出两根导线接入考比兹振荡电路板。同时需要两个PT100铂热电阻作为温度传感器，一个贴在石英晶片表面，用来提供石英晶片表面的温度值，另一个裸露在空气环境中，用来提供同一时刻下环境温度。
步骤三：用直流稳压电源分别给半导体制冷器和考比兹振荡电路板供电，考比兹振荡电路板的输出端接入PCI4712AS2高速数据采集卡，高速数据采集卡接入工控机进行实时显示和控制，将两个PT100铂热电阻接入数字万用表，直接将其电阻值转换为温度值同步获取两路温度信号，并与工控机连接，在工控机的软件界面实时显示温度曲线与数值，并作好记录；见图1。
步骤四：当直流稳压电源对考比兹振荡电路进行供电之后，该考比兹振荡电路输出固有的频率信号，频率等于石英晶体的固有频率，同时半导体制冷器通电之后开始制冷工作，对石英晶片进行降温，当降温达到预定温度，石英晶片表面开始结露，此时石英晶片的工作环境就由气相转为液相，由于考比兹振荡电路特性，在结露的那一刻工控机上显示的电路输出的频率为零，当频率输出为零的那一刻利用温度传感器同步记录下两组温度数值Td与Ta，其中石英晶片表面的温度Td就是最后需要的在当时环境温度Ta下的露点温度。
3、优点：本发明一种敏感电路式露点测量方法，其优点是测量灵敏度是由电路特性所决定，外界环境条件对电路特性的影响非常小，尤其是温度和压力的影响可以忽略，所以本发明的方法具有测量简单、灵敏度高、可靠性好、成本低的优点。
附图说明
图1本发明的测试系统框图；
图2本发明所采用的考比兹振荡电路图；
图3本发明的测试方法流程图；
图4本发明方法的测试结果数据。
图中符号说明如下：
PCI4712AS2  高速数据采集卡；2N3904  半导体三极管。
具体实施方式
实施例：
见图3，本发明一种敏感电路式露点温度测量方法，该方法的具体步骤如下：
步骤一：按图2所示的电子元件及连接方式，制作一个考比兹振荡电路板。
步骤二：见图1，用导热银胶涂覆在直径为9mm，电极直径为6mm的AT切型石英晶片，其中一个表面的外围无电极覆盖区域，同时将两根铜丝导线分别用导热银胶粘贴在同一面的电极的两个端脚并且将涂抹银胶后的石英晶片的那一面粘贴在半导体制冷器的制冷面，石英晶片电极两端引出来的导线接入考比兹振荡电路板作为整个振荡电路的一个反馈环节，半导体制冷器的尺寸为20mm×20mm×4mm，半导体制冷器导线两端接直流稳压电源，电流范围为0-3安培。将一个PT100铂热电阻的敏感探头一端用导热银胶粘贴在石英晶片的上表面无电极区域，以便实时测量石英晶片表面的温度，另一个PT100铂热电阻的敏感探头裸露在环境当中，用来获取实时的环境温度。
步骤三：用直流稳压电源分别给半导体制冷器和考比兹振荡电路板供电，考比兹振荡电路板的输出端接入PCI4712AS2高速数据采集卡，高速数据采集卡接入工控机进行实时显示和控制，将两个PT100铂热电阻接入数字万用表，直接将其电阻值转换为温度值，并与工控机连接；通过工控机的软件界面实时显示温度曲线与数值，并作好记录。如图1.
步骤四：将待测量PT100铂热电阻的敏感探头放置在具有一定湿度的环境中，给半导体制冷器提供2.5安培的直流电使其开始工作制冷，同时给考比兹振荡电路板供12伏的直流电压使其电路振荡工作。此时可以从工控机的软件显示界面看到振荡电路输出的正弦波形和两路温度的变化曲线，随着石英晶片表面的温度下降，离结露程度越来越近，电路的振荡输出也在迅速的变化，振幅越来越小，直到最后结露形成电路无输出波形，工控机停止采集数据，同时记录相应停止振荡时刻的两路温度数值，其中石英晶片表面的温度可以看作是在当时环境温度下的露点温度。在保证环境温度不改变的前提下，本发明提供了不同的六组湿度环境对本方法进行验证，得出最后的湿度数据，如图4所示。

Claims (1)

1.一种敏感电路式露点测量方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：
步骤一：按已知的考比兹电路，制作一个考比兹电路板；
步骤二：将两面附有电极的AT切型石英晶片的一面与半导体制冷器的制冷面相贴，半导体制冷器的热面与散热器相贴，从石英晶片的两个电极分别引出两根导线接入考比兹电路板，同时，将两个PT100铂热电阻作为温度传感器，一个贴在石英晶片表面，用来提供石英晶片表面的温度值，另一个裸露在空气环境中，用来提供同一时刻下环境温度；
步骤三：用直流稳压电源分别给半导体制冷器和考比兹电路板供电，考比兹电路板的输出端接入PCI4712AS2高速数据采集卡，该高速数据采集卡接入工控机进行实时显示和控制，将两个PT100铂热电阻接入数字万用表，直接将其电阻值转换为温度值同步获取两路温度信号，并与工控机连接，在工控机的软件界面实时显示温度曲线与数值，并作好记录；
步骤四：当直流稳压电源对考比兹电路进行供电之后，该考比兹电路输出固有的频率信号，频率等于石英晶体的固有频率，同时半导体制冷器通电之后开始制冷工作，对石英晶片进行降温，当降温达到预定温度，石英晶片表面开始结露，此时石英晶片的工作环境就由气相转为液相，由于考比兹电路特性，在结露的那一刻工控机上显示的电路输出的频率为零，当频率输出为零的那一刻利用温度传感器同步记录下两组温度数值Td与Ta，其中石英晶片表面的温度Td就是最后需要的在当时环境温度Ta下的露点温度。
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