CN103537208A - 水饱和蒸汽法相对湿度发生装置及其湿度算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水饱和蒸汽法相对湿度发生装置及其湿度算法，包括气源、减压阀、质量流量控制器、输入气管、输出气管、水蒸气发生液罐、气体混合螺旋弯管、电磁阀和恒温控制箱；质量流量控制器包括第一质量流量控制器和第二质量流量控制器；电磁阀包括第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀；恒温控制箱包括第一恒温控制箱、第二恒温控制箱和第三恒温控制箱。先根据分压定律计算饱和蒸汽中的含水量C₀，再计算稀释后的含水量C₁，然后计算tx温度时的水汽含量C_tx，最后温度tx下，计算相对湿度RH。本发明的水饱和蒸汽法相对湿度发生装置及其湿度算法，具有能够获得多温度点、多湿度点的湿度标准气体，配气操作灵活且效率高等优点。

Description

水饱和蒸汽法相对湿度发生装置及其湿度算法

技术领域

本发明涉及一种水饱和蒸汽法相对湿度发生装置及其湿度算法。

背景技术

很多需要湿度控制的领域对于湿度都需要实施监控，因此，湿度计和湿度传感器被广泛应用。它们的准确与否直接关系到监控的有效性，用于湿度计和湿度传感器量值传递的标准是这种监控有效性的重要保障。

目前，无论在我国和国际上，湿度标准器具所采用的技术方案主要是通过控制工作空间的温度并利用加湿器加湿、再利用标准的湿度传感器进行监控测量来反馈控制加湿器的加湿量从而得到标准湿度环境，用于量值传递。由于采用这种方式难以准确控制加湿量，其实时性较差，系统的稳定时间较长，尤其是要实现多温度点，多湿度点的测量往往需要很长时间。而且较好的装置都价格昂贵。

事实上，湿度主要表达空气中所含水分的浓度，因此完全可以采用干燥空气和水汽直接进行浓度配制来得到湿度气体，由于没有适当的配气方法等手段，所以目前还没有这种直接配制湿度气体的装置。本发明就是采用配气方式，在恒温装置的配合下实现多温度点，多湿度点的湿度标准气体的配制。

发明内容

本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种水饱和蒸汽法相对湿度发生装置及其湿度算法，以能够获得多温度点、多湿度点的湿度标准气体供使用。

本发明提供了一种水饱和蒸汽法相对湿度发生装置及其湿度算法。

水饱和蒸汽法相对湿度发生装置，其结构特点是，包括气源、减压阀、质量流量控制器、输入气管、输出气管、水蒸气发生液罐、气体混合螺旋弯管、电磁阀和恒温控制箱；

所述质量流量控制器包括第一质量流量控制器和第二质量流量控制器；所述电磁阀包括第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀；所述恒温控制箱包括第一恒温控制箱、第二恒温控制箱和第三恒温控制箱；

所述第一恒温控制箱包括第一气体恒温铜质弯管和第一恒温工作腔；所述第二恒温控制箱包括第二气体恒温铜质弯管和第二恒温工作腔；所述第三恒温控制箱包括第三气体恒温铜质弯管和第三恒温工作腔；

所述气源输出的气体经减压阀分为两路输出：第一路气体依次通过第一质量流量控制器、输入气管、水蒸气发生液罐、输出气管和气体混合螺旋弯管输出；第二路气体依次通过第二质量流量控制器和气体混合螺旋弯管输出；

气体混合螺旋弯管输出的一定湿度气体可供第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀分别选择使用；

当第一电磁阀接通后，气体经过第一电磁阀依次进入第一恒温控制箱的第一气体恒温铜质弯管和第一恒温工作腔；

当第二电磁阀接通后，气体经过第二电磁阀依次进入第二恒温控制箱的第二气体恒温铜质弯管和第二恒温工作腔；

当第三电磁阀接通后，气体经过第三电磁阀依次进入第三恒温控制箱的气体恒温铜质弯管和恒温工作腔。

本发明的水饱和蒸汽法相对湿度发生装置的特点也在于：

所述水蒸气发生液罐的顶盖上装有用于测量所述水蒸气发生液罐内温度的温度传感器和用于测量所述水蒸气发生液罐内压力的绝压压力传感器

插入于所述水蒸气发生液罐内的输入气管的下端浸入在水蒸气发生液罐内的水体之内，输出气管置于水蒸气发生液罐的顶部；

所述水蒸气发生液罐放置于恒温控制箱内。

所述质量流量控制器的流量范围是：0ml/min～500ml/min。

本发明还提供了一种所述的水饱和蒸汽法相对湿度发生装置的湿度算法，其包括以下步骤：

步骤1：根据分压定律计算饱和蒸汽中的含水量C₀：

式中P(t)为温度t下水饱和蒸汽的蒸汽压，P为水蒸汽发生液罐上部气体的绝对压力；其中，所述蒸汽压P(t)和所述绝对压力P的单位均为Pa；

步骤2：对饱和蒸汽进行稀释，计算稀释后的含水量C₁（绝对湿度），其稀释公式如下：

式中：Q₁为载带气体的流量；Q₂为稀释气体的流量；

为在载带气体Q₁作用下流出的饱和水汽的气体流量；流量Q₁和流量Q₂的单位均为ml/min；

步骤3：根据P(t)计算标准大气压P₀下，tx温度时的水汽含量（绝对湿度）C_tx：式中：P(tx)为温度tx下水饱和蒸汽的蒸汽压，P(tx)的单位为Pa；

步骤4：温度tx下，计算相对湿度RH：

其中温度tx为水饱和蒸汽法相对湿度发生装置的恒温控制箱所设定控制的温度。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明的水饱和蒸汽法相对湿度发生装置及其湿度算法，包括气源、质量流量控制器、饱和水蒸汽发生液罐所组成的湿度发生气路系统及后置的电磁阀和恒温控制箱。恒温控制箱内包括使气体得到充分恒温所需的铜质弯管和恒温工作腔。本发明根据温度和压力参数准确得出水汽含量，采用连续动态方式提供相对湿度气体或绝对湿度气体，在三个不同温度的后置恒温控制箱内（也可设计为一个）可获得三个温度下的相对湿度标准气体，且温度可以根据需要调整、湿度可以根据需要改变，能够获得多温度点、多湿度点的湿度标准气体，配气操作灵活且效率高。

本发明的水饱和蒸汽法相对湿度发生装置及其湿度算法，具有能够获得多温度点、多湿度点的湿度标准气体，配气操作灵活且效率高等优点。

附图说明

图1为本发明的水饱和蒸汽法相对湿度发生装置及其湿度算法的结构示意图。

附图1中标号：1气源，2减压阀，3第一质量流量控制器，4第二质量流量控制器，5水蒸气发生液罐测温传感器，6水蒸气发生液罐，7水蒸气发生液罐测压传感器，8气体混合螺旋弯管，9第一电磁阀，10第二电磁阀，11第三电磁阀，12第一恒温控制箱，13第二恒温控制箱，14第三恒温控制箱，15第一气体恒温铜质弯管，16第二气体恒温铜质弯管，17第三气体恒温铜质弯管，18第一恒温控制箱，19第二恒温控制箱，20第三恒温控制箱，21输入气管，22输出气管，23水蒸气发生液罐顶盖。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图1，水饱和蒸汽法相对湿度发生装置，其包括气源1、减压阀2、质量流量控制器、输入气管21、输出气管22、水蒸气发生液罐6、气体混合螺旋弯管8、电磁阀和恒温控制箱；

所述质量流量控制器包括第一质量流量控制器4和第二质量流量控制器3；所述电磁阀包括第一电磁阀9、第二电磁阀10和第三电磁阀11；所述恒温控制箱包括第一恒温控制箱12、第二恒温控制箱13和第三恒温控制箱14；

所述第一恒温控制箱12包括第一气体恒温铜质弯管15和第一恒温工作腔18；所述第二恒温控制箱13包括第二气体恒温铜质弯管16和第二恒温工作腔19；所述第三恒温控制箱14包括第三气体恒温铜质弯管17和第三恒温工作腔20；

所述气源1输出的气体经减压阀2分为两路输出：第一路气体依次通过第一质量流量控制器4、输入气管21、水蒸气发生液罐6、输出气管22和气体混合螺旋弯管8输出；第二路气体依次通过第二质量流量控制器3和气体混合螺旋弯管8输出；

气体混合螺旋弯管8输出的湿度气体可供第一电磁阀9、第二电磁阀10、第三电磁阀11分别选择使用；

当第一电磁阀9接通后，气体经过第一电磁阀9依次进入第一恒温控制箱12的第一气体恒温铜质弯管15和第一恒温工作腔18；

当第二电磁阀10接通后，气体经过第二电磁阀10依次进入第二恒温控制箱13的第二气体恒温铜质弯管16和第二恒温工作腔19；

当第三电磁阀11接通后，气体经过第三电磁阀11依次进入第三恒温控制箱14的气体恒温铜质弯管17和恒温工作腔20。

所述水蒸气发生液罐6的顶盖23上装有用于测量所述水蒸气发生液罐内温度的温度传感器5和用于测量所述水蒸气发生液罐内压力的绝压压力传感器7

插入于所述水蒸气发生液罐6内的输入气管21的下端浸入在水蒸气发生液罐6内的水体之内，输出气管22置于水蒸气发生液罐6的顶部；

所述水蒸气发生液罐6放置于恒温控制箱内。可以根据湿度发生的温度要求，当环境温度达不到时，放置于某一恒温控制箱内。

所述质量流量控制器的流量范围是：0ml/min～500ml/min。

一种所述的水饱和蒸汽法相对湿度发生装置的湿度算法，其包括以下步骤：

步骤1：根据分压定律计算饱和蒸汽中的含水量C₀：

式中P(t)为温度t下水饱和蒸汽的蒸汽压，P为水蒸汽发生液罐上部气体的绝对压力；其中，所述蒸汽压P(t)和所述绝对压力P的单位均为Pa；

步骤2：对饱和蒸汽进行稀释，计算稀释后的含水量C₁（绝对湿度），其稀释公式如下：

式中：Q₁为载带气体的流量；Q₂为稀释气体的流量；

为在载带气体Q₁作用下流出的饱和水汽的气体流量；流量Q₁和流量Q₂的单位均为ml/min；

步骤3：根据P(t)计算标准大气压P₀下，tx温度时的水汽含量（绝对湿度）C_tx：

式中：P(tx)为温度tx下水饱和蒸汽的蒸汽压，P(tx)的单位为Pa；

步骤4：温度tx下，计算相对湿度RH：其中温度tx为水饱和蒸汽法相对湿度发生装置的恒温控制箱所设定控制的温度。

所述的水的饱和蒸汽的蒸汽压（Pa）与水温度t（℃）按下式计算：

P(t)=611.05776+44.4645337t+1.41990447t²+0.027265409t³

+0.000270627t⁴+0.00000275384t⁵

P(t)公式，根据常见的“水的饱和蒸汽压列表”，即下表1，在常温范围内分散选择六个点（选择其他点效果相同），按照幂级数待定系数的方法获得。

表1：所用到的水的饱和蒸汽压数据

蒸汽压	935.223Pa	1402.51Pa	2197.57Pa	3168.74Pa	4495.02Pa	6279.33Pa
							温度（℃）	6.0	12.0	19.0	25.0	31.0	37.0

所述水蒸气发生液罐也可以放置于恒温控制箱内。一次实验中，所有的恒温控制箱的温度应该控制为相同温度。

本发明的水饱和蒸汽法相对湿度发生装置采用的是水饱和蒸汽经过稀释获得工作用湿度气体，在此过程中，需根据水饱和蒸汽温度和压力参数准确得出水汽的含量，然后根据预期湿度量值的需求，决定稀释气体的流量和载带气体的流量，这是个配制湿度气体的主动过程，对获得预知湿度值来说是个非常快的过程；而已有的湿度装置采用的是湿度传感器感知湿度，然后改变加湿器来得到预期的湿度，这可认为是被动的湿度发生装置，对于多点温度、多点湿度的要求时，它需要较长时间，而所以本发明具有极高的灵活性和极高的效率。

本发明所涉及的水饱和蒸汽法相对湿度发生装置，由于量值溯源流量、温度、压力三个计量要素，所以一般的省级计量技术机构即可完成，因此具有普及的优势，而现有的省级计量技术机构对于标准湿度传感器进行量值传递却较为困难。

本发明的水饱和蒸汽法相对湿度发生装置，还体现在装置可以对湿度传感器、温湿度表（计）进行量值传递。

Claims (6)

1.水饱和蒸汽法相对湿度发生装置，其特征是，包括气源（1）、减压阀（2）、质量流量控制器、输入气管（21）、输出气管（22）、水蒸气发生液罐（6）、气体混合螺旋弯管（8）、电磁阀和恒温控制箱； 

所述质量流量控制器包括第一质量流量控制器（4）和第二质量流量控制器（3）；所述电磁阀包括第一电磁阀（9）、第二电磁阀（10）和第三电磁阀（11）；所述恒温控制箱包括第一恒温控制箱（12）、第二恒温控制箱（13）和第三恒温控制箱（14）； 

所述第一恒温控制箱（12）包括第一气体恒温铜质弯管（15）和第一恒温工作腔（18）；所述第二恒温控制箱（13）包括第二气体恒温铜质弯管（16）和第二恒温工作腔（19）；所述第三恒温控制箱（14）包括第三气体恒温铜质弯管（17）和第三恒温工作腔（20）； 

所述气源（1）输出的气体经减压阀（2）分为两路输出：第一路气体依次通过第一质量流量控制器（4）、输入气管（21）、水蒸气发生液罐（6）、输出气管（22）和气体混合螺旋弯管（8）输出；第二路气体依次通过第二质量流量控制器（3）和气体混合螺旋弯管（8）输出； 

气体混合螺旋弯管（8）输出的湿度气体可供第一电磁阀（9）、第二电磁阀（10）、第三电磁阀（11）分别选择使用； 

当第一电磁阀（9）接通后，气体经过第一电磁阀（9）依次进入第一恒温控制箱（12）的第一气体恒温铜质弯管（15）和第一恒温工作腔（18）； 

当二电磁阀（10）接通后，气体经过第二电磁阀（10）依次进入第二恒温控制箱（13）的第二气体恒温铜质弯管（16）和第二恒温工作腔（19）； 

当第三电磁阀（11）接通后，气体经过第三电磁阀（11）依次进入第三恒温控制箱（14）的气体恒温铜质弯管（17）和恒温工作腔（20）。 

2.根据权利要求1所述的水饱和蒸汽法相对湿度发生装置，其特征是，所述水蒸气液罐（6）的顶盖（23）上装有用于测量所述水蒸气发生液罐内温度的温度传感器（5）和用于测量所述水蒸气发生液罐内压力的绝压压力传感器（7）。 

3.根据权利要求1所述的水饱和蒸汽法相对湿度发生装置，其特征是，插入于所述水蒸气液罐（6）内的所述输入气管（21）的下端浸入在水蒸气发生液罐（6）内的水体之内，输出气管（22）置于水蒸气发生液罐（6）的顶部。 

4.根据权利要求1所述的水饱和蒸汽法相对湿度发生装置，其特征是，所述水蒸气液罐（6）放置于恒温控制箱内。 

5.根据权利要求1所述的水饱和蒸汽法相对湿度发生装置，其特征是，所述流量控制器的流量范围是：0ml/min～500ml/min。 

6.一种根据权利要求1、2、3、4和5所述的水饱和蒸汽法相对湿度发生装置的湿度算法，其特征是，包括以下步骤： 

步骤1：根据分压定律计算饱和蒸汽中的含水量C₀：

式中P(t)为温度t下水饱和蒸汽的蒸汽压，P为水蒸汽发生液罐上部气体的绝对压力；（其中，所述蒸汽压P(t)和所述绝对压力P的单位均为Pa；） 

步骤2：对饱和蒸汽进行稀释，计算稀释后的含水量（C₁），其稀释公式如下： 

式中：Q₁为载带气体的流量；Q₂为稀释气体的流量；

为在载带气体Q₁作用下流出的饱和水汽的气体流量；（其中，流量Q₁和流量Q₂的单位均为ml/min；） 

步骤3：根据P(t)计算标准大气压P₀下，tx温度时的水汽含量Ctx： 

式中：P(tx)为温度tx下水饱和蒸汽的蒸汽压，P(tx)的单位为Pa； 

步骤4：温度tx下，计算相对湿度RH：

其中温度tx为水饱和蒸汽法相对湿度发生装置的恒温控制箱所设定控制的温度。 

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