CN112394086B - 一种结露系统及其露点仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种结露系统，包括测温计；制冷片，其上表面为制冷面，下表面为散热面；导热结构；镜面；其中，所述镜面为硅片，且其外表面设有铂层或金层或铑层；和/或，所述镜面为硅片，且其外表面设有铂层或金层或铑层，所述铂层或金层或铑层上表面设有疏水性材料涂层。本发明的结露系统能够减小体积，从而提高响应速度，避免制冷性能损耗，还能防止水汽通过结露系统渗入到应用该结露系统的露点仪内部。本发明的露点仪能够避免线路露出露点仪外界、防止水汽和空气进入对露点仪内部电路和元器件造成损坏、避免有毒气体通过腔体泄露到外界、避免电气针和散热座导电、避免电气针和控制转接板之间连接产生错位。

Description

一种结露系统及其露点仪

技术领域

本发明涉及结露测量技术领域，更具体地，涉及一种结露系统及其露点仪。

背景技术

在天然气、冶金、卫生检疫、含有有毒腐蚀性气体等作业环境中，气体中的水蒸气对作业产生重要的影响。而目前常常通过露点仪来检测气体中水蒸气的露点温度，从而间接测量气体中的湿度。

露点仪根据所使用的冷却方法和检测控制方法，可以分为多种类型。露点仪可利用热电制冷器(Peltier元件) 冷却露层传感器，从而使气体中的水蒸气在露层传感器上发生冷凝，产生露或霜，同时将经接收器采集的信号通过自动控制电路使露层传感器上的露或霜与气体中的水蒸气呈相平衡状态，再用温度计准确测量露层传感器的温度，即露或霜层的温度，从而获得气体的露点温度，也从而间接测量得气体中的湿度。露层传感器包括镜面及发光管、接收管或声表面波器件等元器件。

气体的露点温度是在等压的条件下使气体中水蒸气冷却至凝聚相出现，再通过控制露层传感器露层的温度，使气体中的水蒸气与水或冰的平展表面呈热力学相平衡状态，此时露层的温度即为气体的露点温度。

现有技术中，露点仪是由散热系统、热电制冷系统、精密测温电阻、镜面、光电检测等部件组成。露点仪在实际应用场合中，对其体积大小、粉尘污染环境适应能力、测量温差极限、密封耐气体压力、耐腐蚀性等都有相应要求。常规的露点仪是用可伐合金作为散热部件并通过玻璃烧结实现密封耐气体压力。但可伐合金的导热性相对差，散热性能差，导致测量温差小，使用场合受限并且成本高。

常规的露点仪用铜镀金作为镜面，这种镜面的抗污染能力差且容易被划损，镜面的表面脏污、被划损，会降低检测精度，不利于长期使用。

常规的露点仪密封性能不佳，在对气体的湿度进行检测时，作业环境中的水蒸气在露层传感器露层上发生冷凝过程中，有部分水蒸气渗入露点仪的内部，会对露点仪内部的电路及其他元器件造成损坏，降低了露点仪的使用寿命。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术镜面的抗污染能力差且容易被划损，从而降低检测精度的的缺陷，提供一种结露系统，用于提高提高镜面的抗污能力，使得所述镜面不易被划损，从而使得应用该结露系统的露点仪保持检测精度，有利于结露系统及应用该结露系统的露点仪的长期使用。

本发明采取的技术方案是，一种结露系统，包括测温计；制冷片，其上表面为制冷面，下表面为散热面；导热结构，其下表面与所述制冷面连接，以将所述制冷面的冷量传递至所述导热结构的上表面；镜面，其下表面与所述导热结构上表面连接，以将所述导热结构上表面的冷量传递至所述镜面的上表面，使作业环境中的水蒸气结露于所述镜面的上表面；其中，所述镜面为硅片，且其外表面设有铂层或金层或铑层；和/或，所述镜面为硅片，且其外表面设有铂层或金层或铑层，所述铂层或金层或铑层上表面设有疏水性材料涂层。

本方案中，所述测温计通过检测导热结构的温度，间接测量出镜面的温度，从而测量出水汽的温度。所述制冷片通过热电制冷原理，其制冷面形成冷量作用于导热结构，其散热面形成热量作用于连接该散热面的部件。所述导热结构用于将来自制冷片的冷量传递至所述镜面。所述镜面的上表面为结露的场所。所述镜面设置为硅片，其表面平整光亮且导热效率较高。

本方案中，所述制冷片的制冷面所产生的冷量通过所述导热结构传递到所述镜面的上表面，以使作业环境中的水蒸气结露到镜面的上表面，再通过测温计检测出导热结构的温度，从而间接检测出镜面的温度，即检测出气体的露点温度，从而获得气体中的湿度。

相比现有技术，本方案将结露系统拆分成制冷片、导热结构、镜面三个部分，加上采用了导热效率较高的硅片作为镜面，能够减小结露系统的体积，从而提高响应速度，避免制冷性能损耗。

另外，相比现有技术，本方案更进一步地改进，在镜面的外表面设有铂层或金层或铑层，且增设了疏水性材料涂层，舍弃了常规的镜面为铜且铜的外表面设有金层的技术，从而使得本方案能够提高镜面的抗污能力，且使得所述镜面不易被划损，避免检测精度受到不利影响。

优选地，所述结露系统还包括密封圈，所述密封圈的侧面沿所述导热结构围绕形成一个框架体，并包裹住所述镜面的周边。相比现有技术，本方案采用密封圈包裹住所述镜面的周边，防止水汽通过结露系统渗入到应用该结露系统的露点仪内部，对露点仪内部的电路及元器件造成损坏。同时，所述密封圈沿所述导热结构围绕，以及所述导热结构包围住，避免水汽对导热结构造成损坏，也避免水汽通过导热结构渗入到露点仪内部。

优选地，所述导热结构由侧面、上表面、下表面向内部凹陷以去除部分结构形成开放区域，所述开放区域用于容纳所述测温计，所述测温计围蔽于所述密封圈内。本方案中，所述导热结构在本身进行改进，仅仅去除本身的部分结构形成能够容纳所述测温计的开放区域，如此设置，相对现有技术，首先，其缩减了成本，便于推广应用；其次，在所述导热结构所占区域的空间内，还增设了所述测温计，也就是说，在不增加现有空间的情况下，增设了部件。另外，所述测温计也围蔽于所述密封圈内，避免测温计被外界水汽损坏，且防止温度计受外界因素影响，而导致检测精度受到影响。

优选地，所述测温计为铂电阻，且其外表面设有导热硅脂层或导热胶层。本方案采用导热硅脂层或导热胶层使测温计和导热结构无间隙贴紧，从而增大热量传导的面积，以提高热量传递效率。

优选地，所述密封圈的上表面与其下表面之间具有一定的距离，且其下端部围蔽于所述制冷片的上端部。本方案中将密封圈的上表面和下表面之间设置一定的距离，以使所述密封圈具有足够的高度空间以容纳所述制冷片、导热结构、镜面、温度计。所述密封圈围蔽柱所述制冷片的上端部，防止水汽渗入所述制冷片上端部，也彻底将所述导热结构、镜面、温度计围蔽于密封圈内部。

一种露点仪，包括控制系统、设置于结露系统上方的光电检测系统、结露系统、散热系统；所述控制系统包括控制转接板、电气针、远程控制主机；所述散热系统包括散热座，所述散热座设有腔体；其中，所述控制转接板位于所述腔体内并电连接至远程控制主机；所述电气针插装于所述腔体内且电连接所述控制转接板，所述电气针与所述散热座绝缘连接；其中，所述电气针还电连接于光电检测系统、结露系统；所述制冷片的散热面连接于所述散热座的上表面。

本方案中，所述光电检测系统利用镜面反射光强的变化，从而检测镜面上的冷凝物厚度，所述镜面上的冷凝物，是指结露于镜面上的露或霜。所述散热座用于将所述制冷片的散热面产生的热量散发出去。所述电气针与所述散热座绝缘连接，避免散热座对露点仪的正常使用产生影响。所述腔体用于容纳所述控制转接板，且所述电气针插装于所述腔体内且电连接于所述控制转接板，以使得所述露点仪的线路集中位于所述散热座的腔体内，避免线路露出露点仪外界，从而影响检测效果并对线路造成损坏。

本方案通过结露系统中的制冷片进行制冷，当镜面的上表面的温度下降至气体的露点温度以下时，镜面的上表面开始结露，在远程控制主机的控制下，所述光电检测系统对镜面的上表面的冷凝物厚度进行检测，并将检测出的冷凝物厚度信息反馈至远程控制主机。在远程控制主机的控制下，调节制冷片的制冷功率，从而使得镜面的温度保持与气体的露点温度一致。其中，所述远程控制主机通过控制转接板与结露系统和光电检测系统二者进行信息交互。

优选地，灌胶于所述腔体内，以密封所述腔体。本方案如此设置，首先，通过灌胶水将腔体密封住，防止水汽和空气进入对露点仪内部电路和元器件造成损坏；其次，当所述露点仪应用到有毒气体的作业环境中，能够避免有毒气体通过腔体泄露到外界，对工作人员的生命安全产生威胁；再次，胶水将所述电气针和所述散热座绝缘开来，避免电气针和散热座导电；再次，本方案通过胶水固定住所述电气针和所述控制转接板，避免电气针和控制转接板之间连接产生错位，而导致无法顺利检测。

优选地，所述散热系统还包括散热尾盖；所述腔体设置于所述散热座的下端部，且与所述散热尾盖匹配安装；所述控制转接板设于所述散热尾盖上；所述散热尾盖与所述腔体完成安装后，所述控制转接板位于所述腔体内。本方案中，所述腔体设置于所述散热座的下端部，能够使得所述腔体和所述散热尾盖进行匹配，便于所述腔体与所述散热尾盖安装。

优选地，所述控制系统还包括航空接头；所述航空接头位于所述散热尾盖上，并电连接于所述控制转接板和所述远程控制主机。所述散热尾盖与所述腔体完成安装后，所述航空接头位于所述腔体内。所述控制转接板、远程控制主机均连接于所述航空接头，以便于远程控制主机与所述露点仪进行信息交互。

优选地，所述光电检测系统包括光电检测装置和检测盖体，所述检测盖体设有检测腔，所述光电检测装置位于所述检测腔的上端部；所述检测盖体安装于所述散热系统上后，所述结露系统位于所述检测腔内。本方案中，水蒸气通过检测腔，在检测腔内结露，避免气流波动对检测结果产生影响，使得检测结果不精准。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的结露系统将热量传导部件拆分成制冷片、导热结构、镜面三个部分，能够减小结露系统的体积，从而提高响应速度，避免制冷性能损耗；设置密封圈能够防止水汽通过结露系统渗入到应用该结露系统的露点仪内部，对露点仪内部的电路及元器件造成损坏。本发明的露点仪设置了具有腔体的散热座、电气针、控制转接板，使得所述露点仪的线路集中位于所述散热座的腔体内，避免线路露出露点仪外界，从而影响检测效果并对线路造成损坏；本发明通过灌胶于腔体内，防止水汽和空气进入对露点仪内部电路和元器件造成损坏、避免有毒气体通过腔体泄露到外界、避免电气针和散热座导电、避免电气针和控制转接板之间连接产生错位。

附图说明

图1为本发明实施1的爆炸图。

图2为本发明实施1的结构图。

图3为本发明实施2的爆炸图。

图4为本发明实施2的剖面图。

附图标记：检测上盖100、光电检测装置101、检测盖体102、镜面103、密封圈104、导热结构105、测温计106、制冷片107、电气针108、散热座109、腔体1091、控制转接板110、航空接头111、散热尾盖112。

具体实施方式

本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1、图2所示，本实施例提供一种结露系统，包括镜面103、密封圈104、导热结构105、测温计106、制冷片107。

为了方便理解本申请实施例1所述的结露系统，首先阐述所述结露系统的应用场景。所述结露系统应用于露点仪，所述露点仪通过结露系统使得水蒸气结露，再通过检测气体的露点温度，从而检测出气体中的湿度。所述露点仪可应用于多种作业环境，如天然气、冶金、卫生检疫、含有有毒腐蚀性气体等作业环境，也正是由于露点仪应用于多种不同的作业环境，因此，从应用层面上来将，对露点仪的性能具有更高的要求。其中，结露系统的性能对于露点仪的应用影响较大。

所述结露系统的具体工作过程为：制冷片107通过热电制冷原理产生冷量，制冷片107产生的冷量通过所述导热结构105传递到镜面103的上表面，以使作业环境中的水蒸气结露到镜面103的上表面，形成冷凝物。所述结露系统再通过测温计106检测出导热结构107的温度，从而间接检测出镜面103的温度。

其中，制冷片107具有制冷面和散热面，制冷片107的上表面为制冷面，其下表面为散热面。具体地，制冷片107可以为具有三层结构，但不仅限于三层结构。

在一个申请实施例中，制冷片107采用具有三层结构的制冷片，制冷片107最上层的结构的横截面积小于其它层的结构的横截面积。

其中，导热结构105用于传递来自于制冷片107的制冷面的冷量。具体地，导热结构105具有上表面和下表面，导热结构105的下表面与所述制冷面连接，以将所述制冷面的冷量传递至所述导热结构的上表面。具体地，为了减小导热结构105的体积，导热结构105大体呈长方体状。具体地，为了减小所述结露系统的体积，对导热结构105作进一步的改进，导热结构105由侧面、上表面、下表面向内部凹陷以去除部分结构形成开放区域，所述开放区域用于容纳所述测温计106。详细地，所述开放区域大体呈长方体状。具体地，导热结构105可以由导热金属制成，优选为铜。

在一个申请实施例中，所述为了进一步容纳所述测温计106，导热结构105作进一步改进，所述导热结构105由其外壁向内部凹陷形成凹槽，测温计106设置于凹槽内并与凹槽匹配。

其中，镜面103为所述结露系统的结露场所。镜面103的下表面与所述导热结构105上表面连接，以将所述导热结构105上表面的冷量传递至所述镜面103的上表面，使作业环境中的水蒸气结露于所述镜面103的上表面。具体地，为了提高导热效率，镜面103为硅片，所述硅片的截面大体上呈正方形状。具体地，为了提高镜面的抗污能力，且使得所述镜面不易被划损，在镜面103的外表面上设有铂层或金层或铑层和疏水性材料涂层，进一步地，所述铂层或金层或铑层设置于镜面103的上表面，疏水性材料涂层设置于铂层或金层或铑层的上表面。

其中，所述测温计106用于测温。具体地，测温计106大体呈长方体状，且测温计106与所述开放区域匹配。具体地，所述测温计为铂电阻，为了进一步增大热量传导面积，所述铂电阻的外表面设有导热硅脂层或导热胶层，以使测温计106和导热结构无间隙贴紧。

其中，为了避免水汽通过结露系统渗入到露点仪内部，本申请实施例采用了密封圈104进行密封。具体地，密封圈104大体为梯形台状，所述梯形台侧面沿导热结构105围绕形成一个框架体，并包裹住镜面103的周边，详细地，导热结构105、镜面103、测温计106均围蔽于密封圈104内。具体地，密封圈104的上表面与其下表面之间具有一定的距离，密封圈104的下端部围蔽于制冷片107的上端部。详细地，密封圈104的下端部包裹于制冷片107最上层结构的外围。具体地，密封圈104可以为橡胶密封圈。本申请实施例中，密封圈104的上表面与镜面103的上表面齐平。

在另一个申请实施例中，为了将结露于镜面103上表面的水汽位于镜面103的上表面所在区域内，密封圈104的上表面与所述镜面103的上表面具有一定距离，且所述密封圈104的上表面高于所述镜面103的上表面。

实施例2

如图3所示，本实施例提供一种露点仪，所述露点仪包括光电检测系统、实施例1中的结露系统、散热系统、控制系统。

其中，所述光电检测系统包括光电检测装置101和检测盖体102。详细地，光电检测装置101包括LED发射光源和光敏接收管组成，通过LED发射光源和光敏接收管检测结露镜面反射光强的变化测量冷凝物的厚度。详细地，所述检测盖体102设有检测腔，所述光电检测装置101位于所述检测腔的上端部；所述检测盖体102安装于所述散热系统上后，所述结露系统位于所述检测腔内。详细地，为了方便将光电检测装置101安装于检测盖体102上端部，所述检测盖体102上端部设有检测上盖100，所述检测上盖100可拆卸安装于检测盖体102。具体地，所述结露系统位于所述检测腔内。

其中，所述控制系统包括电气针108、控制转接板110、航空接头111、远程控制主机。所述远程控制主机在图中尚未示出。

具体地，电气针108用于电传导。详细地，电气针108由导电金属构成，且其设有若干根。电气针108的大小可以设置相同，也可以设置不相同。具体地，航空接头111还连接于远程控制主机，以便于远程控制主机与所述控制转接板110进行信息交互。所述控制转接板110，可通过远程控制主机设有的屏幕对当前检测状态和对应的参数进行观察，并通过远程控制主机对检测参数进行设置。详细地，电气针108可以通过焊接的方式与控制转接板110进行连接。另外，电气针108还可通过电缆电连接于光电检测系统、结露系统的测温计106。

其中，所述散热系统包括散热座109、散热尾盖112。

具体地，散热座109大体呈圆柱状。散热座109的上表面与所述结露系统的制冷片107的散热面连接，以便将所述散热面所产生的热量通过散热座109散发出去。具体地，为了便于散热，散热座109可以由金属材料构成。如图4所示，详细地，散热座109设有腔体1091，所述腔体1091由所述散热座109的下表面向上凹陷以去除部分结构所形成。

具体地，所述散热尾盖112上由下往上依次安装有航空接头111、控制转接板110，且航空接头111与控制转接板110连接。详细地，散热尾盖112安装于散热座109的下端部，散热尾盖112可以通过螺纹的方式连接于散热座109。

当散热尾盖112与散热座109完成安装，航空接头111、控制转接板110均位于所述腔体1091内。详细地，所述航空接头111还可连接于电气针108。详细地，电气针108插装于所述腔体1091内且电连接所述控制转接板110，所述电气针108与所述散热座109绝缘连接。电气针108可以由散热座109上端向下插装至所述腔体1091。

其中，为了防止水汽和空气进入对露点仪内部电路和元器件造成损坏、避免有毒气体通过腔体1091泄露到外界、避免电气针108和散热座109导电、避免电气针108和控制转接板110之间连接产生错位，本申请实施例通过灌胶于所述腔体1091内，胶水密封所述腔体1091。

在一个申请实施例中，为避免电气针108和散热座109导电，可以在所述腔体1091内壁设置绝缘垫，所述绝缘垫可以为橡胶垫。

在一个申请实施例中，可以通过玻璃烧结工艺固定电气针108和控制转接板110。

在一个申请实施例中，可以通过玻璃烧结工艺实现电气针108和散热座109之间密封耐气体压力。

所述露点仪的具体工作过程为：作业环境中的水蒸气通过检测腔时掠过镜面103的上表面。当镜面103的上表面的温度高于该气体的露点温度时，镜面103的上表面呈干燥状态。此时，在控制系统的控制下，光电检测装置101通过转接控制板110和航空接头111发射信号至远程控制主机，并接收来自远程控制主机的反馈信号，所述反馈信号再经控制回路比较、放大后，使驱动制冷片107进行制冷。当镜面103的上表面的温度降至气体的露点温度以下时，镜面103的上表面开始结露，形成冷凝物，这时光电检测装置101继续通过转接控制板110和航空接头111发射信号至远程控制主机，并接收来自远程控制主机的反馈信号，根据反馈信号的变化，再将所述反馈信号经控制回路比较、放大后调节制冷片107激励电流，改变制冷片107的制冷功率，使镜面103的上表面的温度与气体的露点温度一致。此时，通过测温计106，可以检测出镜面103的温度，从而获得气体中的露点或霜点。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种结露系统，其特征在于，包括

测温计（106）；

制冷片（107），其上表面为制冷面，下表面为散热面；

导热结构（105），其下表面与所述制冷面连接，以将所述制冷面的冷量传递至所述导热结构（105）的上表面，所述导热结构（105）还连接于所述测温计（106）；所述导热结构（105）由侧面、上表面、下表面向内部凹陷以去除部分结构形成开放区域，所述开放区域用于容纳所述测温计（106），测温计设置于开放区域内并与开放区域匹配；测温计与导热结构无间隙贴紧；

镜面（103），其下表面与所述导热结构（105）上表面连接，以将所述导热结构（105）上表面的冷量传递至所述镜面（103）的上表面，使作业环境中的水蒸气结露于所述镜面（103）的上表面；

其中，所述镜面为硅片，且其外表面设有铂层或金层或铑层；和/或，所述镜面为硅片，且其外表面设有铂层或金层或铑层，所述铂层或金层或铑层上表面设有疏水性材料涂层；

所述结露系统还包括密封圈（104），所述密封圈为梯形台状，所述密封圈（104）的侧面沿所述导热结构（105）围绕形成一个框架体，并包裹住所述镜面（103）的周边；所述测温计（106）围蔽于所述密封圈（104）内；

所述密封圈（104）的上表面与其下表面之间具有一定的距离，且其下端部围蔽于所述制冷片（107）的上端部。

2.根据权利要求1所述的一种结露系统，其特征在于，所述测温计（106）为铂电阻，且其外表面设有导热硅脂层或导热胶层。

3.一种露点仪，包括控制系统、设置于结露系统上方的光电检测系统，其特征在于，还包括如权利要求1至2任一项所述的结露系统，散热系统；

所述控制系统包括控制转接板（110）、电气针（108）、远程控制主机；

所述散热系统包括散热座（109），所述散热座（109）设有腔体（1091）；

其中，所述控制转接板（110）位于所述腔体（1091）内并电连接于所述远程控制主机；所述电气针（108）插装于所述腔体（1091）内且电连接所述控制转接板（110），所述电气针（108）与所述散热座（109）绝缘连接；

其中，所述电气针（108）还电连接于光电检测系统、结露系统；所述制冷片（107）的散热面连接于所述散热座（109）的上表面。

4.根据权利要求3所述的一种露点仪，其特征在于，灌胶于所述腔体（1091）内，以密封所述腔体（1091）。

5.根据权利要求4所述的一种露点仪，其特征在于，所述散热系统还包括散热尾盖（112）；

所述腔体（1091）设置于所述散热座（109）的下端部，且与所述散热尾盖（112）匹配安装；所述控制转接板（110）设于所述散热尾盖（112）上；

所述散热尾盖（112）与所述腔体（1091）完成安装后，所述控制转接板（110）位于所述腔体（1091）内。

6.根据权利要求5所述的一种露点仪，其特征在于，所述控制系统还包括航空接头（111）；

所述航空接头位于所述散热尾盖（112）上，并电连接于所述控制转接板（110）和所述远程控制主机；

所述散热尾盖（112）与所述腔体（1091）完成安装后，所述航空接头（111）位于所述腔体（1091）内。

7.根据权利要求3至6任一项所述的一种露点仪，其特征在于，所述光电检测系统包括光电检测装置（101）和检测盖体（102），所述检测盖体（102）设有检测腔，所述光电检测装置（101）位于所述检测腔的上端部；所述检测盖体（102）安装于所述散热系统上后，所述结露系统位于所述检测腔内。

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