CN104155415A - 一种快速获取恒定气体湿度的方法 - Google Patents

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李国兴
姜子秋
王晓丹
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Abstract

一种快速获取恒定气体湿度的方法，属于气体湿度发生领域。为了解决现有获取恒定湿度的方法，获取的湿度发生范围窄、操作复杂的问题。该方法首先，通过电加热器和制冷器实时控制恒温水浴箱体内的水浴的温度，使恒温水浴箱体内的水浴温度保持恒定；其次，待恒温水浴箱体内的恒温水浴的温度恒定后，通过压力控制器将干燥氮气同时压入1至3号质量流量控制器内，流经1、2号质量流量控制器的干燥氮气，均通过饱和器后进入混合室，流经3号质量流量控制器的干燥氮气，通过1号换热管后，进入混合室，混合室输出恒定湿度气体，完成了对恒定气体湿度的获取。本发明主要用于恒定气体湿度的获取。

Description

一种快速获取恒定气体湿度的方法
技术领域
本发明属于气体湿度发生领域。
背景技术
六氟化硫及其混合气体具有优异的绝缘和灭弧性能，是高压电气设备主要绝缘介质，而气体湿度决定了其绝缘性能优劣，因此在生产运行中应监测新六氟化硫和运行电气设备中六氟化硫气体的湿度。用于气体湿度测量的仪器根据其检测原理通常分为电解法湿度仪、阻容法湿度仪和露点仪。不同检测原理的仪器、同一原理不同厂家生产的仪器，以及同一台仪器在使用过程中的不同阶段，由于仪器性能、稳定性和操作条件的变化，使其检测结果出现偏差，因此应定期对仪器进行检验，通常一年检定一次，在怀疑仪器异常时应随时进行检定。因此，需要研究一种恒定气体湿度快速发生装置，配置精密露点仪，实现对气体湿度检测仪的检定。
气体湿度是指气体中水蒸汽的含量，通常以体积分数、质量分数或露点温度表示。湿度的测量关键在于其溯源性和测量不确定度。湿度的溯源性与湿度的基准和定义相联系，湿度测量的不确定度与湿度测量仪器和测量过程相联系。因此，需要建立湿度标准源对湿度进行溯源，对湿度测量仪器进行检定和校准。根据电力系统气体湿度测量工作的准确度要求，属于湿度标准流程中的“普通湿度计”，可以用二级标准湿度源对其进行检定。
发明内容
本发明是为了解决现有获取恒定湿度的方法，获取的湿度发生范围窄、操作复杂的问题，本发明提供了一种快速获取恒定气体湿度的方法。
一种快速获取恒定气体湿度的方法，该方法是基于一种湿度发生装置实现的，该装置包括压力控制器、1号质量流量控制器、2号质量流量控制器、3号质量流量控制器、温控器、饱和器、1号换热管、混合室、电动搅拌器、温度传感器、恒温水浴箱体、电加热器、电加热棒、制冷换热管和制冷器；
所述的压力控制器用于将气源同时压入1号质量流量控制器、2号质量流量控制器和3号质量流量控制器，且1号质量流量控制器和2号质量流量控制器的出气口同时与饱和器连通，饱和器的出气口与混合室进气孔连通，3号质量流量控制器的出气口经1号换热管后与混合室的进气孔连通；混合室的出气口作为湿度发生装置的出气口；
所述的饱和器、1号换热管、混合室、温度传感器和电动搅拌器的旋转叶片均设置在恒温水浴箱体内，
温度传感器的信号输出端与温控器的温度信号输入端连接，温控器的第一控制信号输出端与电加热器的控制信号输入端连接，温控器的第二控制信号输出端与制冷器的控制信号输入端连接，电加热器的控制信号输出端与电加热棒的控制信号输入端连接，制冷器的控制信号输出端与制冷换热管的控制信号输入端连接；
电加热棒和制冷换热管均设置在恒温水浴箱体内；
获取恒定气体湿度的方法包括如下步骤：
步骤一，使饱和器、1号换热管、混合室、温度传感器和电动搅拌器的旋转叶片均处于恒温水浴箱体内的水浴内；
步骤二，设置恒温水浴箱体内的水浴的温度，温控器通过温度传感器采集恒温水浴箱体内水浴的温度，并通过控制电加热器和制冷器实时控制恒温水浴箱体内的水浴的温度，同时电动搅拌器处于工作状态，用于使恒温水浴箱体内的水浴的温度均匀；
步骤三，待恒温水浴箱体内的水浴的温度恒定后，通过压力控制器将干燥氮气同时压入1号质量流量控制器、2号质量流量控制器和3号质量流量控制器内，流经1号质量流量控制器和2号质量流量控制器的干燥氮气，均通过饱和器后进入混合室，流经3号质量流量控制器的干燥氮气，通过1号换热管后，进入混合室，1号换热管用于使其内部的干燥氮气与饱和器生成的饱和湿气温度保持相同，混合室输出恒定湿度气体的流量范围为大于0且小于等于10.0L/min，完成了对恒定气体湿度的获取。
本发明提供了一种快速获取恒定气体湿度的方法，该方法湿度发生范围宽、稳定时间快、准确度高、成本低、操作简单、自动化程度高优点。采用的湿度发生装置性能技术参数准确可靠，配置精密露点仪后，适用于六氟化硫露点仪、氢气湿度检测仪和其他常用的湿度计进行校准；湿度发生装置本身也可作为独立的标准装置，对湿度计进行日常工作中的检测。
附图说明
图1为本发明所述的一种湿度发生装置的原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种快速获取恒定气体湿度的方法，该方法是基于一种湿度发生装置实现的，该装置包括压力控制器1、1号质量流量控制器Qw1、2号质量流量控制器Qw2、3号质量流量控制器QD、温控器3、饱和器4、1号换热管5、混合室6、电动搅拌器7、温度传感器8、恒温水浴箱体9、电加热器10、电加热棒11、制冷换热管12和制冷器13；
所述的压力控制器1用于将气源同时压入1号质量流量控制器Qw1、2号质量流量控制器Qw2和3号质量流量控制器QD，且1号质量流量控制器Qw1和2号质量流量控制器Qw2的出气口同时与饱和器4连通，饱和器4的出气口与混合室6进气孔连通，3号质量流量控制器QD的出气口经1号换热管5后与混合室6的进气孔连通；混合室6的出气口作为湿度发生装置的出气口；
所述的饱和器4、1号换热管5、混合室6、温度传感器8和电动搅拌器7的旋转叶片均设置在恒温水浴箱体9内，
温度传感器8的信号输出端与温控器3的温度信号输入端连接，温控器3的第一控制信号输出端与电加热器10的控制信号输入端连接，温控器3的第二控制信号输出端与制冷器13的控制信号输入端连接，电加热器10的控制信号输出端与电加热棒11的控制信号输入端连接，制冷器13的控制信号输出端与制冷换热管12的控制信号输入端连接；
电加热棒11和制冷换热管12均设置在恒温水浴箱体9内；
获取恒定气体湿度的方法包括如下步骤：
步骤一，使饱和器4、1号换热管5、混合室6、温度传感器8和电动搅拌器7的旋转叶片均处于恒温水浴箱体9内的水浴内；
步骤二，设置恒温水浴箱体9内的水浴的温度，温控器3通过温度传感器8采集恒温水浴箱体9内水浴的温度，并通过控制电加热器10和制冷器13实时控制恒温水浴箱体9内的水浴的温度，同时电动搅拌器7处于工作状态，用于使恒温水浴箱体9内的水浴的温度均匀；
步骤三，待恒温水浴箱体9内的水浴的温度恒定后，通过压力控制器1将干燥氮气同时压入1号质量流量控制器Qw1、2号质量流量控制器Qw2和3号质量流量控制器QD内，流经1号质量流量控制器Qw1和2号质量流量控制器Qw2的干燥氮气，均通过饱和器4后进入混合室6，流经3号质量流量控制器QD的干燥氮气，通过1号换热管5后，进入混合室6，1号换热管5用于使其内部的干燥氮气与饱和器4生成的饱和湿气温度保持相同，混合室6输出恒定湿度气体的流量范围为大于0且小于等于10.0L/min，完成了对恒定气体湿度的获取。
本实施方式，饱和器4、1号换热管5和混合室6都浸于统一水浴中，饱和器4用于发生饱和湿气；1号换热管5用于加热或冷却另一路氮气，使其温度与饱和湿气温度相同，且在混合室6内气体温度不发生变化。水浴中安装有电加热器10、制冷换热管12和温度传感器8，用于水浴中水的加热、降温和温度控制；电动搅拌器7用于使水浴中的温度场均匀。1号换热管5的作用是管内的气体，能与恒温水浴的温度及饱和器4生成的气体的温度保持一致。
温控器3接收温度传感器8的检测信号，经处理后，控制电加热器和制冷器的运行，对水浴中的水进行加热、降温和温度控制。
本实施方式中，制冷器13可以采用压缩式，冷媒为R-134a四氟乙烷。
本实施方式中，混合室6输出的湿气流量范围为0～10.0L/min，混合室6的出气口可以设计为多路，例如混合室6的出气口设计为3路时，混合室6的出气口，可以同时接精密露点仪和2台被检湿度计，气体管路可选用不锈钢管和聚四氟乙烯管。
本实施方式中，发生低湿度的气体时，由于饱和湿气的流量很小，为了提高气体流量的控制精度和稳定性，用2号质量流量控制器Qw2控制。
本实施方式中，压力控制器1可选用数字输出型石英压力传感器进行测量，其量程为0～1.38MPa，最大允许误差为读数的0.012％，带有标准RS485通讯接口。压力值由控制电路通过RS485串口读取。
本实施方式中，恒温水浴箱体9内温度的稳定性和温场的均匀性以及温度测量的不确定度，是保证分流法湿度发生器性能的关键技术措施。恒温水浴箱体9可采用不锈钢内胆，四周包裹厚度达100mm的低温多孔保温材料，不锈钢内胆与温水浴箱体9金属框架之间的接触处都采用绝热性能和机械强度好的非金属材料过渡，以确保温水浴箱体9的保冷性能。
本实施方式中，制冷器13还可选用了进口全封闭压缩机重叠式制冷系统，水浴内制冷管分为两级控制；选择了环形加热板加热最大功率为100W，使用精密控温仪实现温度自动控制，在5～95℃范围内可以任意设置控制温度，温度稳定性好、温场均匀，控温精度高，恒温水浴的控制精度为±0.1℃。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一所述的一种快速获取恒定气体湿度的方法的区别在于，一种湿度发生装置还包括截止阀2，且截止阀2设置在1号质量流量控制器Qw1的出气口处。
本实施方式中，为了防止1号质量流量控制器Qw1漏气而影响2号质量流量控制器Qw2对气体流量的控制，加装截止阀2将该路截止。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一所述的一种快速获取恒定气体湿度的方法的区别在于，所述的恒温水浴箱体9内壁设有绝热层。
本实施方式，该绝热层更好的维持恒温水浴箱体9内恒温水浴的温度。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一所述的一种快速获取恒定气体湿度的方法的区别在于，所述的1号质量流量控制器Qw1的流量控制范围为0～1.0L/min，2号质量流量控制器Qw2的流量控制范围为0～10.0mL/min，3号质量流量控制器QD的流量控制范围为0～10.0mL/min。
本实施方式中，可以采用了高性能的质量流量控制器，其流量控制精度为±1.0％S.P.(≥35％F.S.)、±0.35％F.S.(＜35％F.S.)，工作压差范围为0.05～0.35MPa；漏气率小于1×10-10atm·mL/s He(1×10-11Pa·m3/s He)。流量计带有标准RS485通讯接口，流量的大小由控制电路通过RS485串口控制。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一所述的一种快速获取恒定气体湿度的方法的区别在于，所述的干燥氮气为露点温度低于-58℃的瓶装氮气。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一所述的一种快速获取恒定气体湿度的方法的区别在于，所述的制冷换热管12为蛇形换热管。
本实施方式，制冷换热管12为蛇形换热管作用是增加了恒温水浴与换热管热交换的面积。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一所述的一种快速获取恒定气体湿度的方法的区别在于，所述的饱和器4采用叠盘迷宫式饱和器。
饱和器4为装置的核心部件，为了保证饱和湿气的发生，选用了叠盘迷宫式饱和器。它由多个内部带有十圈螺旋式气流通道的不锈钢圆盘叠加而成，每个圆盘处于水平状态，气流通道中下部40％充以水。干气在气流通道中水平流过水面得到增湿，最终变成饱和湿气。饱和器的有效传质长度为60m以上，通道压降小于100Pa，从而保证了饱和器出口气体的饱和度接近100％。为增加气流扰动、强化传质效果、增加有效传质面积、加速饱和过程，在气流通道中设置了聚四氟乙烯填料，这样还可防止气流夹带水滴。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一所述的一种快速获取恒定气体湿度的方法的区别在于，所述的1号换热管5为蛇形换热管。
本实施方式中，1号换热管5的作用是增加了气体的传输路径，使其管内的气体，能与恒温水浴的温度及饱和器4生成的气体的温度保持一致。
本发明所述一种快速获取恒定气体湿度的方法的结构不局限于上述各实施方式所记载的具体结构，还可以是上述各实施方式所记载的技术特征的合理组合。

Claims (8)

1.一种快速获取恒定气体湿度的方法，该方法是基于一种湿度发生装置实现的，该装置包括压力控制器(1)、1号质量流量控制器(Qw1)、2号质量流量控制器(Qw2)、3号质量流量控制器(QD)、温控器(3)、饱和器(4)、1号换热管(5)、混合室(6)、电动搅拌器(7)、温度传感器(8)、恒温水浴箱体(9)、电加热器(10)、电加热棒(11)、制冷换热管(12)和制冷器(13)；
所述的压力控制器(1)用于将气源同时压入1号质量流量控制器(Qw1)、2号质量流量控制器(Qw2)和3号质量流量控制器(QD)，且1号质量流量控制器(Qw1)和2号质量流量控制器(Qw2)的出气口同时与饱和器(4)连通，饱和器(4)的出气口与混合室(6)进气孔连通，3号质量流量控制器(QD)的出气口经1号换热管(5)后与混合室(6)的进气孔连通；混合室(6)的出气口作为湿度发生装置的出气口；
所述的饱和器(4)、1号换热管(5)、混合室(6)、温度传感器(8)和电动搅拌器(7)的旋转叶片均设置在恒温水浴箱体(9)内，
温度传感器(8)的信号输出端与温控器(3)的温度信号输入端连接，温控器(3)的第一控制信号输出端与电加热器(10)的控制信号输入端连接，温控器(3)的第二控制信号输出端与制冷器(13)的控制信号输入端连接，电加热器(10)的控制信号输出端与电加热棒(11)的控制信号输入端连接，制冷器(13)的控制信号输出端与制冷换热管(12)的控制信号输入端连接；
电加热棒(11)和制冷换热管(12)均设置在恒温水浴箱体(9)内；
其特征在于，获取恒定气体湿度的方法包括如下步骤：
步骤一，使饱和器(4)、1号换热管(5)、混合室(6)、温度传感器(8)和电动搅拌器(7)的旋转叶片均处于恒温水浴箱体(9)内的水浴内；
步骤二，设置恒温水浴箱体(9)内的水浴的温度，温控器(3)通过温度传感器(8)采集恒温水浴箱体(9)内水浴的温度，并通过控制电加热器(10)和制冷器(13)实时控制恒温水浴箱体(9)内的水浴的温度，同时电动搅拌器(7)处于工作状态，用于使恒温水浴箱体(9)内的水浴的温度均匀；
步骤三，待恒温水浴箱体(9)内的水浴的温度恒定后，通过压力控制器(1)将干燥氮气同时压入1号质量流量控制器(Qw1)、2号质量流量控制器(Qw2)和3号质量流量控制器(QD)内，流经1号质量流量控制器(Qw1)和2号质量流量控制器(Qw2)的干燥氮气，均通过饱和器(4)后进入混合室(6)，流经3号质量流量控制器(QD)的干燥氮气，通过1号换热管(5)后，进入混合室(6)，1号换热管(5)用于使其内部的干燥氮气与饱和器(4)生成的饱和湿气温度保持相同，混合室(6)输出恒定湿度气体的流量范围为大于0且小于等于10.0L/min，完成了对恒定气体湿度的获取。
2.根据权利要求1所述的一种快速获取恒定气体湿度的方法，其特征在于，所述的一种湿度发生装置还包括截止阀(2)，且截止阀(2)设置在1号质量流量控制器(Qw1)的出气口处。
3.根据权利要求1所述的一种快速获取恒定气体湿度的方法，其特征在于，所述的恒温水浴箱体(9)内壁设有绝热层。
4.根据权利要求1所述的一种快速获取恒定气体湿度的方法，其特征在于，所述的1号质量流量控制器(Qw1)的流量控制范围为大于0且小于等于1.0L/min，2号质量流量控制器(Qw2)的流量控制范围为大于0且小于等于10.0mL/min，3号质量流量控制器(QD)的流量控制范围为大于0且小于等于10.0mL/min。
5.根据权利要求1所述的一种快速获取恒定气体湿度的方法，其特征在于，所述的干燥氮气为露点温度低于-58℃的瓶装氮气。
6.根据权利要求1所述的一种快速获取恒定气体湿度的方法，其特征在于，所述的制冷换热管(12)为蛇形换热管。
7.根据权利要求1所述的一种快速获取恒定气体湿度的方法，其特征在于，所述的饱和器(4)采用叠盘迷宫式饱和器。
8.根据权利要求1所述的一种快速获取恒定气体湿度的方法，其特征在于，所述的1号换热管(5)为蛇形换热管。
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