CN105424751A - 超低湿冷镜露点仪及其制冷装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超低湿冷镜露点仪及其制冷装置和方法，所述制冷装置包括低温制冷散热器、珀尔贴半导体冷片基座、珀尔贴半导体冷片组、冷镜面、镜面温度传感器、冷镜面固定压板，核心在于：低温制冷散热器开有一能注入并盛放液氮的槽道；通过先将液氮注入低温制冷散热器的槽道中，可测量-70℃露(霜)点或-70℃露(霜)点以下的气体。本发明有效的解决了国内外现有的冷镜露点仪-70℃及以下低湿气体露(霜)点的测量问题，同时减小了冷镜露点仪的结构尺寸，减轻了冷镜露点仪重量，使其便于携带，提高冷镜露点仪测量低湿度气体露(霜)点的可靠性。

Description

超低湿冷镜露点仪及其制冷装置和方法

技术领域

本发明属于湿度计量、测量仪器领域。

背景技术

随着时代的发展，科研计量、在航空航天、化工、微电子、电力、电厂、气体行业、农业、暖通、纺织等行业，越来越需要对湿度进行定量的测量，为了提高产品的质量、性能和可靠性，对环境温、湿度的控制以及对工业材料水份值的监测与分析都已成为比较普遍的技术条件之一。

冷镜露点仪广泛适用于空分、石油化工、天然气、气象、电力、微电子、医药、航空航天等领域的各种气体中水分含量的检测。而采用冷镜露点仪测量具有准确度高、量程宽、使用方便等优点。因此，国内外普遍用它作为湿度测量的标准仪器。

冷镜露点仪的原理为：被测湿气进入露点测量室时掠过冷镜面，当镜面温度高于湿气的露点温度时，镜面呈干燥状态，此时光电检露装置中光源发出的光照在镜面上，几乎完全反射，由光电传感器感应到并输出光电信号，经控制回路比较、放大、驱动热电泵，对镜面致冷。当镜面温度降至湿气露点温度时，镜面上开始结露(霜)，光照在镜面上出现漫反射，光电传感器感应到的反射信号随之减弱，此变化经控制回路比较、放大后调节热电泵，使其制冷功率适当减小，最后，镜面温度保持在样气露点温度上。镜面温度由一紧贴在冷镜面下方的铂电阻温度传感器感应，并显示在显示屏上。在测量过程中，随着温度的降低，被测气体中的水汽接近饱和状态，由于引力作用，水分子吸附在镜面上形成一层薄薄的水膜。这是形成露的第一阶段。当镜面温度继续下降时，水膜的厚度逐渐增加，这是形成露的第二阶段。在这一阶段内，自由表面对水分子的引力与水膜的表面张力之间的力量对比开始发生变化，后者的影响逐渐起支配作用。随着镜面温度的进一步下降，露滴开始出现，通过显微镜可以看到孤立生长而且分布不规则的露滴，然后露层以很快的速度在表面上扩散，此时可以认为液-汽平衡开始，即达到露点。

目前，国内外现有的冷镜露点仪一般测量气体的露点都在-60℃左右，这是因为国内外冷镜露点仪都是采用珀尔贴半导体冷片作为制冷器，其从常温开始制冷后，降温温度最低也就是-60℃左右，这就限制了其不能测量-70℃露(霜)点或-70℃露(霜)点以下的气体。然而有很多-70℃及以下气体露点需要测量和标定。目前只有瑞士的MBW冷镜露点仪采用珀尔贴半导体制冷器加压缩机辅助制冷的办法来测量-70℃及以下气体露(霜)点。由于采用了压缩机制冷，造成冷镜露点仪体积大、重量沉、不便于携带，只能用于实验室测量，不便于应用于现场测量的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种超低湿冷镜露点仪制冷装置和方法，在珀尔贴半导体制冷器基础上，通过向特殊散热器结构内部注入液氮(液氮在1个大气压下的沸点是-195.8℃，)进行辅助制冷的方法来实现超低湿露(霜)点的测量，以解决低湿气体露(霜)点(-70℃及以下)的测量问题，并减小冷镜露点仪的结构尺寸，减轻冷镜露点仪重量，使其便于携带，从而解决现场测量低湿气体露点的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

超低湿冷镜露点仪制冷装置，包括低温制冷散热器、珀尔贴半导体冷片基座、珀尔贴半导体冷片组、冷镜面、镜面温度传感器、冷镜面固定压板，本方案的核心点在于：低温制冷散热器开有一能注入并盛放液氮的槽道；

所述槽道7的开口朝上；

所述珀尔贴半导体冷片基座用于固定低温制冷散热器和固定珀尔贴半导体冷片组，其与低温制冷散热器及珀尔贴半导体冷片组之间均涂有导热硅脂；

所述冷镜面固定于珀尔贴半导体冷片组之上；所述镜面温度传感器放置于冷镜面当中，用来实时检测冷镜面的温度，其为PT100温度传感器。冷镜面固定压板用于将冷镜面压紧在珀尔贴半导体冷片组上。

本发明还提供了一种超低湿冷镜露点仪，其包括上述的制冷装置。进一步，还包括仪表机箱、开关电源、PCB板卡、气路块及加湿装置、露点室组、发光及接收光检测组、安装结构组件、导风筒、风扇组件。

本发明还提供了一种测量-70℃露(霜)点或-70℃露(霜)点以下的气体的方法为，采用上述的超低湿冷镜露点仪，将液氮(液氮在1个大气压下的沸点是-195.8℃，)注入上述的制冷装置的低温制冷散热器的槽道中。

相对于现有技术，本发明有效的解决了国内外现有的冷镜露点仪-70℃及以下低湿气体露(霜)点的测量问题，同时减小了冷镜露点仪的结构尺寸，减轻了冷镜露点仪重量，使其便于携带，提高冷镜露点仪测量低湿度气体露点的可靠性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的制冷装置结构示意图；

图2a和图2b分别为本发明实施例所述的冷镜露点仪的主视图和立体示意图。

附图标记说明：

1、低温制冷散热器；2、珀尔贴半导体冷片基座；3、珀尔贴半导体冷片组；4、冷镜面；5、镜面温度传感器；6、冷镜面固定压板；7、槽道；21、仪表机箱；22、开关电源；23、PCB板卡；24、气路块及加湿装置；25露点室组；26、制冷装置；27、发光及接收光检测组；29、安装结构组件；10、导风筒；11、风扇组件

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1为本发明所述的超低湿冷镜露点仪制冷装置的一种实施例的结构示意图，如图所示，该制冷装置包括低温制冷散热器1、珀尔贴半导体冷片基座2、珀尔贴半导体冷片组3、冷镜面4、镜面温度传感器5、冷镜面固定压板6，本方案的核心点在于：低温制冷散热器1开有一槽道7，槽道7的开口在仪器正常使用状态下是朝上的，从开口处可向槽道7内注入液氮，即槽道用于盛放液氮，液氮在1个大气压下的沸点是-195.8℃，这样液氮的冷量会通过低温制冷散热器传递给珀尔贴半导体冷片组3，从而大幅度提高了珀尔贴半导体冷片制冷能力；另外，槽道7的作用还包括：在不注入液氮情况下，即测量高于-60℃气体露点时，用于将珀尔贴半导体冷片热端热量散走，即增加了低温制冷散热器1的散热面积，更进一步确保了珀尔贴半导体冷片组3的制冷能力。

珀尔贴半导体冷片基座2用于固定低温制冷散热器1和固定珀尔贴半导体冷片组3，其与低温制冷散热器1及珀尔贴半导体冷片组3之间均涂有导热硅脂，这样可以很好地传递热量和冷量。珀尔贴半导体冷片组3其作用是用来制冷，当其两端通过电流时，可以进行制冷，从而降低冷镜面温度，使被测露点气体经过冷镜面时而结露。

冷镜面4固定于珀尔贴半导体冷片组3之上，其作用为当一定湿度气体经过时，会在其上结出露层，通过照射在镜面上入射光强及其上漫反射光强可判断被测气体的露点。镜面温度传感器5放置于冷镜面4当中，用来实时检测冷镜面的温度，其为PT100温度传感器。冷镜面固定压板6用于将冷镜面4压紧在珀尔贴半导体冷片组3上，使冷镜面4能很好地接触珀尔贴半导体冷片组3的制冷面，从而准确感知测量制冷温度。

本发明的超低湿冷镜露点仪制冷装置，具有制冷温度低、体积小巧、紧凑、各个单元间连接可靠的特点。其作为超低湿冷镜露点仪组成部分，通过将液氮注入低温制冷散热器1的槽道7中的方法，可大幅度降低制冷温度，从而可测量-70℃露(霜)点或-70℃露(霜)点以下的气体，而且该装置体积小、重量轻、作为冷镜露点仪重要组成部分，可减轻冷镜露点仪装置重量，使冷镜露点仪便于携带，提高冷镜露点仪测量低湿度气体露点的可靠性。

图2a和图2b分别为采用本发明实施例所述的制冷装置的冷镜露点仪的一种实施例的主视图和立体示意图，如图所示，此超低湿冷镜露点仪由仪表机箱21、开关电源22、PCB板卡23、气路块及加湿装置24、露点室组25、制冷装置26(包含低温制冷散热器1)、发光及接收光检测组27、、安装结构组件29、导风筒10、风扇组件11等组成。其优点是：测量湿度为直接测量，中间不需要信号的转换，测量准确，并且仪器比较稳定无漂移，目前准确度最高的仪器可达±0.1℃。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.超低湿冷镜露点仪制冷装置，包括低温制冷散热器(1)、珀尔贴半导体冷片基座(2)、珀尔贴半导体冷片组(3)、冷镜面(4)、镜面温度传感器(5)、冷镜面固定压板(6)，其特征在于：低温制冷散热器(1)开有一能注入并盛放液氮的槽道(7)。

2.根据权利要求1所述的超低湿冷镜露点仪制冷装置，其特征在于：所述槽道(7)的开口朝上。

3.根据权利要求1所述的超低湿冷镜露点仪制冷装置，其特征在于：所述珀尔贴半导体冷片基座(2)用于固定低温制冷散热器(1)和珀尔贴半导体冷片组(3)，其与低温制冷散热器(1)及珀尔贴半导体冷片组(3)之间均涂有导热硅脂。

4.根据权利要求1所述的超低湿冷镜露点仪制冷装置，其特征在于：所述冷镜面(4)固定于珀尔贴半导体冷片组(3)之上；所述镜面温度传感器(5)放置于冷镜面(4)中；冷镜面固定压板(6)用于将冷镜面(4)压紧于珀尔贴半导体冷片组(3)上。

5.根据权利要求4所述的超低湿冷镜露点仪制冷装置，其特征在于：所述镜面温度传感器(5)为PT100温度传感器。

6.一种超低湿冷镜露点仪，其特征在于：包括如权利要求1所述的超低湿冷镜露点仪制冷装置。

7.根据权利要求6所述的超低湿冷镜露点仪，其特征在于：还包括仪表机箱、开关电源、PCB板卡、气路块及加湿装置、露点室组、发光及接收光检测组、安装结构组件、导风筒、风扇组件。

8.一种测量-70℃露(霜)点或-70℃露(霜)点以下的气体的方法为，采用如权利要求6所述的超低湿冷镜露点仪，先将液氮注入超低湿冷镜露点仪制冷装置的低温制冷散热器(1)的槽道(7)中。