CN113341072B

CN113341072B - 相对湿度环境快速转换装置

Info

Publication number: CN113341072B
Application number: CN202110623738.3A
Authority: CN
Inventors: 盛俊杰; 赵世界; 唐刚强; 邱勇; 王延杰; 王九龙; 李树勇; 张奇; 邢涛; 晏顺坪
Original assignee: General Engineering Research Institute China Academy of Engineering Physics
Current assignee: General Engineering Research Institute China Academy of Engineering Physics
Priority date: 2021-06-04
Filing date: 2021-06-04
Publication date: 2022-11-15
Anticipated expiration: 2041-06-04
Also published as: CN113341072A

Abstract

本发明公开了一种相对湿度环境快速转换装置，包括分层式多向开关、饱和盐溶液箱、腔体底座、湿度传感器腔体；腔体底座与湿度传感器腔体的第一端连通，湿度传感器安装在湿度传感器腔体内，湿度传感器与引线电连接，引线从湿度传感器腔体内穿出设置，引线外接湿度传感器特性测试仪。本发明通过按压饱和盐溶液箱和分层式多向开关的转换即能真正实现不同湿度环境的快速切换；旋转开关时，不同饱和盐溶液箱之间的气体不会发生交换；湿度传感器腔体不发生转动，进而防止干扰信号的产生，并且确保湿度传感器测试时不与外界空气接触；单向阀可以防止外界气体逆流进入湿度传感器腔体，降低外界环境的影响，结构简单、成本低廉。

Description

相对湿度环境快速转换装置

技术领域

本发明涉及湿度传感技术领域，尤其涉及一种相对湿度环境快速转换装置。

背景技术

多年来，湿度传感器的应用领域越来越广泛，例如医疗、食品、纺织、家庭生活等。环境湿度值是影响生物居住的一个重要参数，因此它的重要性不言而喻。随着工农业和医疗行业迅速发展，其对湿度测量的要求越来越高，使得人们对湿度传感器的准确性提出了更高的要求，同时也对湿度传感器的精准测量和标定创造了新的挑战和机遇。

动态响应恢复时间特性是指湿度传感器从一个湿度环境到另一个湿度环境，信号达到最大值和稳定所需要的时间。动态响应恢复特性是评价湿度传感器性能的一个重要参数之一，对湿度传感器的应用范围有决定性作用。对于湿度传感器响应恢复时间的测量，目前有两种方法:(1)把湿度传感器放入湿度控制箱中，通过控制风扇吹湿气的速度来制造不同的湿度环境，这种方式不同的湿度环境切换时间较长，并且湿度环境不稳定，导致测量数据不准确。(2)使用不同的饱和盐溶液湿度瓶进行测量，不同的饱和盐溶液对应不同的湿度环境。将密封于饱和盐溶液瓶的湿度传感器迅速取出，放入另一个饱和盐溶液湿度瓶当中并密封。虽然这种测量方式可以在几秒内完成，但湿度传感器还是不可避免的与空气相接触，这相当于一方面在测量动态响应恢复时间增加了新的湿度梯度，另一方面饱和盐溶液瓶在打开后里面气体会与外界气体发生交换，进而导致瓶内湿度环境也发生改变，最后这两者因素都会导致测量结果不准确。

近年来，随着科学技术的迅速发展，多种新型湿敏材料被发现并快速应用于研究，如一些纳米材料以及纤维结构的材料等，这些湿敏材料构成的湿度传感器响应速度非常快。利用这些湿敏材料制作湿度传感器并对其工艺和结构加以优化，其响应恢复时间最快可以达到毫秒级别，这种快速的响应对目前的测量方式带来很大的挑战。在不与外界环境发生接触的前提下，如何快速改变湿度环境是目前的研究热点之一。

因此需要研发出一种相对湿度环境快速转换装置来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了一种相对湿度环境快速转换装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

相对湿度环境快速转换装置，包括：

分层式多向开关；

多个用于分别加入不同种类饱和盐溶液和气体的饱和盐溶液箱；多个饱和盐溶液箱分别通过多根导管与分层式多向开关的第一层多个入口连接；

腔体底座；分层式多向开关的第二层出口通过导管与腔体底座连接；

湿度传感器腔体；腔体底座与湿度传感器腔体的第一端连通，湿度传感器安装在湿度传感器腔体内，湿度传感器腔体的第二端连接有一单向阀，单向阀用于从湿度传感器腔体的第二端向外部环境排气；湿度传感器与引线电连接，引线从湿度传感器腔体内穿出设置，引线外接湿度传感器特性测试仪。

优选地，分层式多向开关为多个，多个饱和盐溶液箱分别通过多根导管与多个分层式多向开关的第一层多个入口连接，多个分层式多向开关的第二层出口分别通过导管与腔体底座连接。

具体地，分层式多向开关包括：

转动件；转动件的第一端内设置有第一空腔；第一空腔处的转动件侧壁上开设有连接腔和一个第一连接孔，连接腔置于上层，第一连接孔置于下层；转动件的第二端形成为与转动扳手配合的手把结构；

固定件；固定件内设置有第二空腔，固定件的侧壁上设置有一个第三连接孔和多个第二连接孔，第三连接孔置于上层，多个第二连接孔置于下层，多个第二连接孔通过多根导管分别与多个饱和盐溶液箱连通；转动件的第一端在固定件的第二空腔内可周向转动设置，第一连接孔用于与一个第二连接孔连通，第三连接孔用于与连接腔连通，第三连接孔通过导管与腔体底座的一端内部连通。

优选地，相对湿度环境快速转换装置还包括节流阀，节流阀设置在第三连接孔与腔体底座之间的导管上。

具体地，湿度传感器腔体包括上腔体和下腔体，上腔体和下腔体连接，且在内部形成封闭的空腔，下腔体下端与腔体底座内部连通，在下腔体与上腔体连接的端面上设置有横梁，湿度传感器安装在横梁上，且置于上腔体内；引线从下腔体与上腔体之间的连接处引出。

具体地，饱和盐溶液箱为可压缩的箱体。

具体地，饱和盐溶液箱上设置有上盖，上盖上开设有用于加入饱和盐溶液和充气的注射口。

优选地，饱和盐溶液箱包括推动塞，推动塞的第一端可滑动的安装在饱和盐溶液箱的箱体内，推动塞的第二端穿过上盖后置于上方。

具体地，相对湿度环境快速转换装置还包括安装座，安装座形成为环形，安装座上均匀开设有多个安装槽，多个饱和盐溶液箱分别安装在多个安装槽内，饱和盐溶液箱的高度高于安装槽的深度；分层式多向开关、腔体底座、湿度传感器腔体均置于安装座的内部。

本发明的有益效果在于：通过按压饱和盐溶液箱和分层式多向开关的转换即能真正实现不同湿度环境的快速切换；旋转开关时，不同饱和盐溶液箱之间的气体不会发生交换；湿度传感器腔体不发生转动，进而防止干扰信号的产生，并且确保湿度传感器测试时不与外界空气接触；单向阀可以防止外界气体逆流进入湿度传感器腔体，降低外界环境的影响，结构简单、成本低廉。

附图说明

图1为本申请的结构框图；

图2为本申请中导管的布设结构示意图；

图3为本申请中分层式多向开关的结构示意图一；

图4为本申请中分层式多向开关的结构示意图二；

图5为本申请中固定件的内部结构示意图；

图6为本申请中转动件的结构示意图一；

图7为本申请中转动件的结构示意图二；

图8为本申请中湿度传感器腔体的结构示意图；

图9为本申请中湿度传感器的安装位置示意图；

图中：1-安装座；2-第一饱和盐溶液箱；21-上盖；22-注射口；23-推动塞；3-第二饱和盐溶液箱；4-第三饱和盐溶液箱；5-第四饱和盐溶液箱；6第五饱和盐溶液箱；7-第六饱和盐溶液箱；8-第七饱和盐溶液箱；9-第八饱和盐溶液箱；10-分层式多向开关；101-转动件；1011-连接腔；1012-第一连接孔；102-固定件；1021-第二连接孔；1022-第三连接孔；11-导管；12-腔体底座；13-节流阀；14-湿度传感器腔体；141-下腔体；1411-横梁；142-上腔体；15-引线；16-单向阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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设备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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”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；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，相对湿度环境快速转换装置，包括：

分层式多向开关10；

多个用于分别加入不同种类饱和盐溶液和气体的饱和盐溶液箱；多个饱和盐溶液箱分别通过多根导管11与分层式多向开关10的第一层多个入口连接；

腔体底座12；分层式多向开关10的第二层出口通过导管11与腔体底座12连接；

湿度传感器腔体14；腔体底座12与湿度传感器腔体14的第一端连通，湿度传感器安装在湿度传感器腔体14内，湿度传感器腔体14的第二端连接有一单向阀16，单向阀16用于从湿度传感器腔体14的第二端向外部环境排气；湿度传感器与引线15电连接，引线15从湿度传感器腔体14内穿出设置，引线15外接湿度传感器特性测试仪。单向阀16可以确保湿度传感器腔体14里的气体只出不进，避免对实验环境造成影响。

如图1和2所示，分层式多向开关10为多个，多个饱和盐溶液箱分别通过多根导管11与多个分层式多向开关10的第一层多个入口连接，多个分层式多向开关10的第二层出口分别通过导管11与腔体底座12连接。

如图3-7所示，分层式多向开关10包括：

转动件101；转动件101的第一端内设置有第一空腔；第一空腔处的转动件101侧壁上开设有连接腔1011和一个第一连接孔1012，连接腔1011置于上层，第一连接孔1012置于下层；转动件101的第二端形成为与转动扳手配合的手把结构；

固定件102；固定件102内设置有第二空腔，固定件102的侧壁上设置有一个第三连接孔1022和多个第二连接孔1021，第三连接孔1022置于上层，多个第二连接孔1021置于下层，多个第二连接孔1021通过多根导管11分别与多个饱和盐溶液箱连通；转动件101的第一端在固定件102的第二空腔内可周向转动设置，第一连接孔1012用于与一个第二连接孔1021连通，第三连接孔1022用于与连接腔1011连通，第三连接孔1022通过导管11与腔体底座12的一端内部连通。

分层式多向开关10内的进气口和出气口均不在同一水平面，相互之间没有交涉。

如图1和2所示，相对湿度环境快速转换装置还包括节流阀13，节流阀13设置在第三连接孔1022与腔体底座12之间的导管11上。节流阀13用于控制气体流速，保证气体流速在统一范围，防止因气体流速的不同对传感器造成信号干扰。

如图8和9所示，湿度传感器腔体14包括上腔体142和下腔体141，上腔体142和下腔体141连接，且在内部形成封闭的空腔，下腔体141下端与腔体底座12内部连通，在下腔体141与上腔体142连接的端面上设置有横梁1411，湿度传感器安装在横梁1411上，且置于上腔体142内；引线15从下腔体141与上腔体142之间的连接处引出。引线15一般选为两根。湿度传感器置于上腔体142内，是让湿度传感器置于出气口那一侧，防止进气时因湿度传感器发生弯曲而产生干扰信号。

如图1所示，饱和盐溶液箱为可压缩的箱体。

如图1所示，饱和盐溶液箱上设置有上盖21，上盖21上开设有用于加入饱和盐溶液和充气的注射口22。

如图1所示，饱和盐溶液箱包括推动塞23，推动塞23的第一端可滑动的安装在饱和盐溶液箱的箱体内，推动塞23的第二端穿过上盖21后置于上方。

如图1所示，相对湿度环境快速转换装置还包括安装座1，安装座1形成为环形，安装座1上均匀开设有多个安装槽，多个饱和盐溶液箱分别安装在多个安装槽内，饱和盐溶液箱的高度高于安装槽的深度；分层式多向开关10、腔体底座12、湿度传感器腔体14均置于安装座1的内部。安装槽和饱和盐溶液箱可以选用长方体形或者圆柱体形。

在一种实施例中，分层式多向开关10为两个，为第一分层式多向开关10和第二分层式多向开关10；饱和盐溶液箱为八个，分别为第一饱和盐溶液箱2、第二饱和盐溶液箱3、第三饱和盐溶液箱4、第四饱和盐溶液箱5、第五饱和盐溶液箱6、第六饱和盐溶液箱7、第七饱和盐溶液箱8、第八饱和盐溶液箱9，节流阀13为两个，分别为第一节流阀13和第二节流阀13；第一饱和盐溶液箱、第二饱和盐溶液箱、第三饱和盐溶液箱、第八饱和盐溶液箱分别通过导管11与第一分层式多向开关10的固定件102的四个第二连接孔1021连接，第四饱和盐溶液箱、第五饱和盐溶液箱、第六饱和盐溶液箱、第七饱和盐溶液箱分别通过导管11与第二分层式多向开关10的固定件102的四个第二连接孔1021连接，第一分层式多向开关10的固定件102的第三连接孔1022通过导管11与腔体底座12连通，第二分层式多向开关10的固定件102的第三连接孔1022通过导管11与腔体底座12连通，第一节流阀13安装在第一分层式多向开关10的固定件102的第三连接孔1022与腔体底座12之间的导管11上，第二节流阀13安装在第二分层式多向开关10的固定件102的第三连接孔1022与腔体底座12之间的导管11上；八个饱和盐溶液箱内分别注入0％RH(变色硅胶，大部分为蓝色)、23％RH(饱和盐溶液CH₃COOH)、33％RH(饱和盐溶液MgCI₂)、47％RH(饱和盐溶液Na₂CO₃)、53％RH(饱和盐溶液NaBr)、73％RH(饱和盐溶液NaCI)、84％RH(饱和盐溶液KCI)、100％RH(纯水)，从而在不同的饱和盐溶液箱形成不同的湿度环境。工作时候选定需要的饱和盐溶液箱，则将第一连接孔1012连通对应的一个第二连接孔1021，然后下压推动塞23即可，湿度传感器就处于不同的湿度气体氛围内，从而由湿度传感器特性测试仪测量湿度传感器的响应恢复特性曲线；当需要切换下一个湿度环境时候，想通过单向阀16排空，再通过工具转动分层式多向开关10连接下一个饱和盐溶液箱，再下压推动塞23即可，使湿度传感器在不同的湿度环境中真正实现快速切换。两个不同相对湿度环境的切换可以在1s内实现切换。

安装座1的尺寸为外径为25cm，内径为13cm,高为30cm，体积为4～6×10^-2m³以确保安装座1的体积以及内部的镂空部分足以容纳饱和盐溶液箱和湿度传感器腔体14；饱和盐溶液箱的半径为11cm，深度为31cm，体积为2～3×10^-2m³，以确保饱和盐溶液箱内的湿度气体足够使用。一般地，安装座1的材质为透明的亚克力板材料，以保证能随时观察饱和盐溶液箱里面的饱和盐溶液的使用状况，进而能及时补充；分层式多向开关10以及湿度传感器腔体14一般为3D打印的树脂材料；所有导管11均为平常市面上的橡胶软管；节流阀13以及单向阀16都是市面上能购买的产品。

通过每个注射口22向每个饱和盐溶液箱加入饱和盐溶液，然后封闭每个注射口22，使饱和盐溶液箱密封；再在室温下静置12小时以上使得每个饱和盐溶液箱中的湿度环境达到理论值。

每个饱和盐溶液箱的尺寸相同，，每个饱和盐溶液箱的出气口应该高于箱内饱和盐溶液的高度，确保湿度传感器处于相应的湿度环境中。

湿度传感器的正面横截面积通常为2×0.5cm²,厚度小于0.1cm。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.相对湿度环境快速转换装置，其特征在于，包括：

多个分层式多向开关；分层式多向开关包括：

固定件；固定件内设置有第二空腔，固定件的侧壁上设置有一个第三连接孔和多个第二连接孔，第三连接孔置于上层，多个第二连接孔置于下层，多个第二连接孔通过多根导管分别与多个饱和盐溶液箱连通；转动件的第一端在固定件的第二空腔内可周向转动设置，第一连接孔用于与一个第二连接孔连通，第三连接孔用于与连接腔连通，第三连接孔通过导管与腔体底座的一端内部连通；

多个用于分别加入不同种类饱和盐溶液和气体的饱和盐溶液箱；

腔体底座；多个分层式多向开关的第三连接孔分别通过导管与腔体底座连接；

2.根据权利要求1所述的相对湿度环境快速转换装置，其特征在于，相对湿度环境快速转换装置还包括节流阀，节流阀设置在第三连接孔与腔体底座之间的导管上。

3.根据权利要求1所述的相对湿度环境快速转换装置，其特征在于，湿度传感器腔体包括上腔体和下腔体，上腔体和下腔体连接，且在内部形成封闭的空腔，下腔体下端与腔体底座内部连通，在下腔体与上腔体连接的端面上设置有横梁，湿度传感器安装在横梁上，且置于上腔体内；引线从下腔体与上腔体之间的连接处引出。

4.根据权利要求1所述的相对湿度环境快速转换装置，其特征在于，饱和盐溶液箱为可压缩的箱体。

5.根据权利要求4所述的相对湿度环境快速转换装置，其特征在于，饱和盐溶液箱上设置有上盖，上盖上开设有用于加入饱和盐溶液和充气的注射口。

6.根据权利要求5所述的相对湿度环境快速转换装置，其特征在于，饱和盐溶液箱包括推动塞，推动塞的第一端可滑动的安装在饱和盐溶液箱的箱体内，推动塞的第二端穿过上盖后置于上方。

7.根据权利要求1所述的相对湿度环境快速转换装置，其特征在于，相对湿度环境快速转换装置还包括安装座，安装座形成为环形，安装座上均匀开设有多个安装槽，多个饱和盐溶液箱分别安装在多个安装槽内，饱和盐溶液箱的高度高于安装槽的深度；分层式多向开关、腔体底座、湿度传感器腔体均置于安装座的内部。