CN107153081A - 一种基于双通道的露点测量装置 - Google Patents

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孟晓风
李宁
聂晶
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    • G01N25/66—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content by investigating dew-point
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Abstract

本发明提供一种基于双通道的露点测量装置，它是由敏感单元、制冷单元和散热单元组成；在基于双通道的露点测量装置中敏感单元位于顶层，中间为制冷单元，下面为散热单元；敏感单元由四氟卡槽固定在制冷单元的冷面，散热单元与制冷单元的热面紧密相连；本发明通过主动控温与石英晶体微天平技术即QCM技术相结合的方法实现露点温度的测量，并通过频率差分的方法去除了测量过程中温度对QCM频率的影响，提高了测量的精度。该装置具有测量速度快，灵敏度高，精度高的特点。

Description

一种基于双通道的露点测量装置
技术领域
本发明设计了一种基于双通道的露点测量装置。该装置利用双通道频率差分剔除露点测量过程中环境温度对露点测量结果的影响，从而减小了露点测量的误差，提高了露点测量的精度，属于空气状态参数测量技术领域。
背景技术
湿度是指示大气中水分子含量多少的物理量，标志着大气的干湿程度。在环境监测、工业生产、科学研究以及人们的日常生活中，湿度测量都发挥着其至关重要的作用。湿度的表示方法主要分为相对湿度、绝对湿度以及露(霜)点温度，其中露点温度已被国际公认为最精密的湿度表示方法，世界各国实际的湿度量值传递都是通过露点温度来实现的。
露点温度是一定压强下，使湿空气混合比达到纯水面下饱和混合比时刻的温度，是湿度表示的一个重要指标。露点测量方法根据原理的不同可以分为冷镜式光电露点仪、电传感器式露点仪、电解法露点仪、红外露点仪、半导体传感器露点仪和谐振式露点仪。
谐振式露点仪主要是以石英晶体微天平(即QCM)技术为主。QCM技术以Sauerbrey方程为基础，建立QCM表面刚性质量改变与其谐振频率变化之间的线性关系。根据此原理可以进行纳克级的质量检测，该方法具有精度高、灵敏度高、成本低等优点，受到了各国科学家的重视，目前已成为传感器领域的一个研究热点。传统的QCM湿度传感器主要采用了感湿材料涂覆工艺，利用在QCM表面涂覆感湿材料从而实现对空气中水分的吸附。但是由于感湿材料对水分子的吸附作用使得QCM露点传感器不能及时脱湿，从而在进行连续测量时具有一定的局限性。
本发明设计的露点测量装置在进行露点测量时主要是采用了制冷系统与QCM相结合，对石英晶片制冷使其表面空气达到饱和状态即QCM表面达到露点，由Sauerbrey方程可得此时QCM的频率发生变化，从而利用QCM频率的变化可以进行露点的识别，从而达到测量露点的目的。国内外对此种方法的报道很少，主要是此项技术还存在很多技术难点，其中环境因素对QCM频率测量的影响首当其冲而且其中温度影响尤为显著。为了进一步提高露点测量的精度，本发明设计了一种基于双通道的露点测量装置，利用双通道频率差分的方法剔除环境温度对露点测量结果的影响。
发明内容
1、目的：
采用制冷系统与QCM技术相结合的方法进行露点测量时，环境温度对QCM的频率具有一定的影响，从而造成了露点测量结果不准确。本发明针对露点过程中环境温度对QCM频率测量的影响设计了一种基于双通道的露点测量装置，该装置通过频率差分的方法剔除环境温度对测量结果的影响，减小测量误差，提高测量精度。
2、技术方案：
本发明一种基于双通道的露点测量装置，它是由敏感单元，制冷单元，散热单元组成；它们之间的相互关系为：在基于双通道的露点测量装置中敏感单元位于顶层，中间为制冷单元，下面为散热单元。敏感单元由四氟卡槽固定在制冷单元的冷面，散热单元与制冷单元的热面紧密相连；
所述敏感单元由参考通道和测量通道两部分组成。参考通道和测量通道相互独立，并行放置于半导体制冷片的冷面；
该参考通道由石英晶体微天平即QCM、环形导热垫和铂电阻组成；QCM位于环形导热垫的上表面由四氟卡槽进行固定，铂电阻内嵌于环形导热垫内靠近于QCM下表面的位置，实验中参考通道由四氟顶盖盖严密封；
该QCM的直径为14mm，电极为对称电极，电极直径为6mm，电极为镀金电极，振动频率为6MHz，AT切型；
该环形导热垫的材料是导热硅胶，环形导热垫的宽度为QCM非电极区宽度的1/2，厚度为0.5mm；
该铂电阻选用现有产品(如型号为PT100的铂电阻)；
该测量通道由石英晶体微天平即QCM、环形导热垫和铂电阻组成。该QCM位于环形导热垫的上表面由四氟卡槽进行固定，铂电阻内嵌于环形导热垫内靠近于QCM下表面的位置，实验中测量通道通过快插头与外部相连通不同露点的气体；
该QCM的直径为14mm，电极为对称电极，电极直径为6mm，电极为镀金电极，振动频率为6MHz，AT切型；
该环形导热垫的材料是导热硅胶，环形导热垫的宽度为QCM非电极区宽度的1/2，厚度为0.5mm；
该铂电阻选用现有产品(如型号为PT100的铂电阻)；
所述制冷单元为半导体制冷片，选用现有产品(如选用型号为TEC1-12706的半导体制冷片)；
所述散热单元由铜槽和水道组成，铜槽位于水道上方用于放置制冷单元；该铜槽尺寸与制冷单元即半导体制冷片相同；
该水道两侧通过快插头与外界水管相连通冷水散热。
3、该发明的优点
该发明一种基于双通道的露点测量装置。通过主动控温与QCM技术相结合的方法实现露点温度的测量，并通过频率差分的方法去除了测量过程中温度对QCM频率的影响，提高了测量的精度。该装置具有测量速度快，灵敏度高，精度高的特点。
附图说明
图1为基于双通道的露点测量装置。
图2为基于双通道的露点测量装置展开图。
图中序号、符号、代号说明如下：
图2中1为铜槽，2为水道
具体实施方式 一种基于双通道的露点测量装置
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明一种基于双通道的露点测量装置，见图1、2所示，其具体实施步骤如下：
本发明一种基于双通道的露点测量装置，它是由敏感单元，制冷单元，散热单元组成；它们之间的相互关系为：在基于双通道的露点测量装置中敏感单元位于顶层，中间为制冷单元，下面为散热单元。敏感单元由四氟卡槽固定在制冷单元的冷面，散热单元与制冷单元的热面紧密相连；
所述敏感单元有参考通道和测量通道两部分组成。参考通道和测量通道相互独立，并行放置于半导体制冷片的冷面；
该参考通道由QCM，环形导热垫和铂电阻组成。QCM位于环形导热垫的上表面由四氟卡槽进行固定，铂电阻内嵌于环形导热垫内靠近于QCM下表面的位置，实验中参考通道由四氟顶盖盖严密封；
该QCM的直径为14mm，电极为对称电极，电极直径为6mm，电极为镀金电极，振动频率为6MHz，AT切型；
该环形导热垫的材料是导热硅胶，环形导热垫的宽度为2mm，厚度为0.5mm；
该铂电阻是型号为PT100的铂电阻；
该测量通道由QCM，环形导热垫和铂电阻组成。QCM位于环形导热垫的上表面由四氟卡槽进行固定，铂电阻内嵌于环形导热垫内靠近于QCM下表面的位置，实验中测量通道通过快插头与外部相连通不同露点的气体；
该QCM的直径为14mm，电极为对称电极，电极直径为6mm，电极为镀金电极，振动频率为6MHz，AT切型；
该环形导热垫的材料是导热硅胶，环形导热垫的宽度为2mm，厚度为0.5mm；
该铂电阻是型号为PT100的铂电阻；
所述制冷单元由TEC1-12706半导体制冷片组成；
所述散热单元由铜槽和水道组成，铜槽位于水道上方用于放置制冷单元。
该铜槽尺寸与TEC1-12706半导体制冷片相同；
该水道两侧通过快插头与外界水管相连通冷水散热。

Claims (5)

1.一种基于双通道的露点测量装置，其特征在于：，它是由敏感单元，制冷单元，散热单元组成；它们之间的相互关系为：在基于双通道的露点测量装置中敏感单元位于顶层，中间为制冷单元，下面为散热单元，敏感单元由四氟卡槽固定在制冷单元的冷面，散热单元与制冷单元的热面紧密相连；
所述敏感单元由参考通道和测量通道两部分组成；参考通道和测量通道相互独立，并行放置于半导体制冷片的冷面；
该参考通道由石英晶体微天平即QCM、环形导热垫和铂电阻组成；该QCM位于环形导热垫的上表面由四氟卡槽进行固定，铂电阻内嵌于环形导热垫内靠近于QCM下表面的位置，实验中参考通道由四氟顶盖盖严密封；
该测量通道由石英晶体微天平即QCM、环形导热垫和铂电阻组成；该QCM位于环形导热垫的上表面由四氟卡槽进行固定，铂电阻内嵌于环形导热垫内靠近于QCM下表面的位置，实验中测量通道通过快插头与外部相连通不同露点的气体；
所述制冷单元为半导体制冷片；
所述散热单元由铜槽和水道组成，铜槽位于水道上方用于放置制冷单元；
该铜槽尺寸与制冷单元即半导体制冷片相同；
该水道两侧通过快插头与外界水管相连通冷水散热。
2.根据权利要求1所述的一种基于双通道的露点测量装置，其特征在于：
该石英晶体微天平即QCM的直径为14mm，电极为对称电极，电极直径为6mm，振动频率为6MHz，AT切型。
3.根据权利要求1、2所述的一种基于双通道的露点测量装置，其特征在于：
该石英晶体微天平即QCM的电极为镀金电极。
4.根据权利要求1所述的一种基于双通道的露点测量装置，其特征在于：所述的环形导热垫，其材料是导热硅胶。
5.根据权利要求1所述的一种基于双通道的露点测量装置，其特征在于：所述的环形导热垫，其宽度为石英晶体微天平即QCM非电极区宽度的1/2，厚度为0.5mm。
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