CN204128995U - 一种可变风速的高温的湿度发生器 - Google Patents

Abstract

一种可变风速的高温的湿度发生器，它包括位于壳体内的空气流场处理装置、液体恒温处理装置和风道，空气流场处理装置通过固定板由固定螺栓连接在壳体顶部内壁上，空气流场处理装置设有导流网格片的一端正对风道的调节风道出口，竖向设置的液体恒温处理装置与风道之间由金属板分隔开；风道的风道入风口处从外向内依次设置有除湿器和加湿器。本实用新型得到温度的稳定性和均匀性与液体恒温槽的稳定性和均匀性基本相同；在20℃～90℃的温度范围内，空气温度的稳定性和均匀性，达到了±0.01℃和0.02℃的水平；在50％RH～95％RH的湿度范围内，湿度的稳定性和均匀性，达到了±0.2％RH和0.3％RH的水平；风速的稳定性和均匀性，达到±0.1m/s和0.1m/s的水平。

Description

一种可变风速的高温的湿度发生器

技术领域

本实用新型涉及一种湿度发生器，尤其涉及一种可变风速的高温的湿度发生器。

背景技术

干湿表进行湿度测量时，测量得到的只是干球温度和湿球温度，按照干湿球理论计算湿度时，涉及到一个关键参数──干湿球系数A值。

干湿球理论研究和实践都已表明，干湿球系数A值，除了与风速有关之外，还与湿球温度计的尺寸和形状有关。干湿球系数A值随每一支具体的干湿表不同而不同，世界气象组织仪表和观测方法委员会提倡由高一级湿度标准确定干湿表的干湿球系数A值，这样才能使干湿表获得最佳的测量准确度。

干湿球理论研究和实践也同时表明，干湿球系数A值与湿球温度也有关。史密森气象用表(干湿表)的实验表明，干湿球系数A值会随湿球温度的变化而变化，当湿球温度在0℃～35℃的范围内变化时，A值的变化约为4％。由此可见，还需要校准不同湿球温度下的干湿球系数A值，才能进一步提高干湿表的测量准确度。

干湿表在环境试验的湿度测量时，气体温度在20℃～90℃之间，湿度在50％RH～95％RH之间，风速在0.5m/s～4.6m/s之间。当气体温度90℃、湿度95％RH时，干湿表的湿球温度约为89℃。这就要求干湿表校准干湿球系数A值时，需要覆盖20℃～90℃的气体温度，覆盖50％RH～95％RH的湿度，覆盖0.5m/s～4.6m/s的风速。

因此，干湿球系数检定或校准，需要在不同风速下和不同的湿球温度下进行。即，低温低湿时的湿球温度小，高温高湿时湿球温度大。

在校准干湿球系数A值时，这就需要有一种湿度发生器，能够产生20℃～90℃的气体温度，产生50％RH～95％RH的湿度，且具有0.5m/s～4.6m/s的可调风速。

温度、湿度和风速的稳定性和均匀性是校准干湿球系数不确定度的主要来源。为了使校准结果的不确定度尽可能小，这就需要湿度发生器的温度、湿度、风速的稳定性和均匀性应能达到较高的水平。

目前国内外的湿度发生器，温度一般只能达到70℃，最关键的是没有可调的风速；这显然满足不了校准干湿球系数时，需要产生20℃～90℃的气体温度，产生50％RH～95％RH的湿度，且具有0.5m/s～4.6m/s可调风速的要求。

目前的湿度发生器，无论是双压法湿度发生器，还是双温法或分流法的湿度发生器，主要是把一股连续的压缩空气，经过压力变化饱和、温度变化饱和、干气与湿气混合等处理后，形成一股稳定的恒湿气流，其工作原理如图3和图4所示。

上述湿度发生器的工作过程是：恒湿气流引入到体积很小的测试腔的一端，并在测试腔的另一端排空，测试腔内便形成一种流动的恒湿气流。或者湿度发生器产生的恒湿气流，不引入测试腔，而是直接使用。小测试腔适合校准体积较小的湿敏元件传感器，对于不能直接放进测试腔的仪器，则直接把恒湿气流输入到仪器的测量通道。显然，目前传统的湿度发生器，能够产生的恒湿气流的气量是非常有限的，并不适合通过增加或减小恒湿气流的气量的方法使测试腔内形成不同风速的恒湿气流。

另外，气流在饱和、混合的同时经恒温槽恒温，这种结构形式也不适合产生温度太高的气流。

假设把目前湿度发生器的测试腔扩大到合适的尺寸，在测试腔内安装可调的搅拌风机，仍然会存在以下问题：

(1)风机直接对测试腔内空气搅拌，由于空气在测试腔内不是一个理想的循环过程，所以不可能获得最佳的均匀和稳定的风速；

(2)按照目前湿度发生器的工作原理，恒湿气流是在进入测试腔之前被控制调节的，即不是直接控制调节测试腔内的空气温度和湿度。当干湿表工作时，湿球上水套(湿球纱布)不断蒸发水气，相当于对空气不断加湿，测试腔内的湿度逐渐变大。可见测试腔由于干湿表工作时水气的蒸发，不能获得稳定的湿度。

因此，按照目前的工作原理和结构方式的湿度发生器是一种无法实现可变风速的高温的湿度发生器。

目前，均匀性和稳定性最好的恒温恒湿箱(本质上也可以看作是一种湿度发生器)，无一例外采用如图5所示的结构，它包括箱体1、保温层2、风向调节板3、风机的驱动电机4、风机5、风道隔板6、加热器7、调节风道8、制冷器10(冷凝器)和加湿器11。它在工作空间的后部设置调节风道8，调节风道8内安装有加湿器11、制冷器10(冷凝器)和加热器7。空气在调节风道8内经加湿器11加湿、制冷器10冷却、加热元件加热，调节风道8上部安装风机5强制空气循环至工作空间，空气再经工作空间底部回流到风道内形成循环。

与目前的湿度发生器相反，恒温恒湿箱直接控制调节工作空间(测试腔)内的空气温度和湿度，工作空间内的空气由风机驱动形成循环。这种工作原理可解决湿球上水套蒸发引起空气湿度变化问题，同时亦可解决较高的空气温度问题。然而，目前的恒温恒湿箱工作方式，要实现可变风速，还存在以下两个问题难以实现。

(1)工作空间的结构决定了采用风机驱动空气循环难以获得均匀和稳定的风速。对目前恒温恒湿箱的测试也表明，出风口的风速与工作空间的风速相差很大，工作空间各个位置的风速差异也很大，这是由工作空间的结构和空气驱动方式所决定的；

(2)假设通过调节驱动风机来获得不同风速，则会影响工作空间空气温湿度的控制。一般来说，风速越大，会加速热交换的进行，此时越容易获得均匀和稳定的空气温度和湿度。相反，风速越小，热交换就越慢，空气的温度和湿度的均匀性和稳定性就越差。

因此，恒温恒湿箱的工作原理和结构方式可解决较高气体温度问题，也可解决湿球上水套水气蒸发的影响问题，但同样不能获得一种可变的均匀和稳定的风速。

最重要的是，目前的恒温恒湿箱温度和湿度的稳定性和均匀性也不高，通过实验表明，其温度的稳定性和均匀性，在20℃～90℃温度范围内，分别只能达到±0.2℃和2℃的水平；其湿度的稳定性和均匀性，在50％RH～95％RH湿度范围内，分别只能达到±1％RH和6％RH的水平。

目前，最好的液体恒温槽的温度稳定性和均匀性，分别达到了±0.0008℃和0.002℃。常用的、非常普通简单的液体恒温槽，在20℃～90℃温度范围内，温度的稳定性和均匀性，可以轻松达到±0.01℃和0.02℃的水平。

以空气为介质的恒温恒湿箱，温度的稳定性和均匀性，与以液体为介质的恒温槽相比，相差几个数量级以上。究其原因，主要是由空气的性质和加热方式造成的。

导热性差和热容量小是空气的固有特性，与之相反，导热性好和热容量大是液体的固有特性。

目前恒温恒湿箱(如图5所示)的设计方法主要缺点可归纳为：

(1)加热元件的加热面积较小，空气与加热面的热交换不充分；在风道内流动的空气，有相当部分没有与加热元件的加热面直接接触，这就造成了有部分空气被直接加热，有部分空气没有被直接加热；与之类似，制冷器的制冷面积较小，也会造成相同的问题；

(2)对加热元件的控制，是一种间断式的通电控制；即加热元件不是一个温度稳定的热源，这就造成了空气时而被加热，时而没有被加热；

(3)强制空气循环所使用的风机，风叶没有覆盖整个风道，这就造成了空气在风道内流动不均匀，在工作空间内流动也不均匀；

(4)温度的不稳定和不均匀，造成湿度的不稳定和不均匀；

(5)工作空间为方形结构，不利于空气的均匀流动。

由于空气导热性差和热容量小的固有特性，这就导致了恒温恒湿箱温度的稳定性和均匀性不能达到较高的水平。同时，受到温度不稳定和不均匀的影响，湿度的稳定性和均匀性，也不能达到较高的水平。

恒温恒湿箱的湿度用相对湿度表示,相对湿度的定义，是与湿空气的温度条件相对应的；空气中所含水气相同的条件下，空气温度不同，则空气的相对湿度不同。研究表明，水气在空气中的分布是均匀的，相对湿度不稳定性和不均匀性，主要是由于温度的不稳定和不均匀引起。提高空气湿度的稳定性和均匀性，实质上主要是提高空气温度的稳定性和均匀性。

而与空气的性质相反，导热性好和热容量大是液体的固有特性。使用加热元件、制冷器直接对液体加热和冷却，通过搅拌使液体在测试腔内流动，这样得到的液体恒温槽温度的稳定性和均匀性，可高出恒温恒湿箱几个数量级。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够产生20℃～90℃的气体温度，产生50％RH～95％RH的湿度，且具有0.5m/s～4.6m/s可调风速的湿度发生器，它能够很好地满足干湿球系数检定或校准的需求。

干湿球系数需要在两种条件下检定或校准，即不同的风速下和不同的湿球温度下检定或校准；因此可变风速的高温的湿度发生器除了具有温湿度调节功能之外，还需要具备风速调节功能。同时，考虑到对检定或校准结果的影响，即：

(1)风速是影响干湿球系数的主要因素，可变风速的高温的湿度发生器测试腔内的风速应尽可能均匀和稳定；

(2)气体温度的均匀性和稳定性，直接影响气体湿度的均匀性和稳定性，应力求提高气体温度的均匀性和稳定性。

为了实现上述目标，以及针对目前湿度发生器和恒温恒湿箱的诸多不足，本实用新型采取的技术方案是：

首先设计一个温度和湿度足够稳定和均匀的恒温恒湿装置，然后在恒温恒湿装置的工作空间内，再设计安装一个空气流场处理装置，由空气流场处理装置产生一个风速可调的流场。被检定或校准的干湿表，放置在空气流场处理装置的稳定段内(恒流段)。恒温恒湿装置产生一个可调节的、温湿度稳定和均匀的环境，空气流场处理装置产生一个可调节的、稳定和均匀的风速。这样，通过恒温恒湿装置与空气流场处理装置的集成，便获得了一种可变风速的高温的湿度发生器。

本实用新型记载的可变风速的高温的湿度发生器具体结构是：它包括壳体以及连接在壳体内壁上的保温棉层，其特征在于，它还包括位于壳体内的空气流场处理装置、液体恒温处理装置和风道，所述空气流场处理装置通过T字形的固定板由固定螺栓连接在壳体顶部内壁上，空气流场处理装置设有导流网格片的一端正对风道的调节风道出口，竖向设置的液体恒温处理装置与风道之间由金属板分隔开；所述风道的风道入风口处从外向内依次设置有除湿器和加湿器。

所述空气流场处理装置为管状结构，它包括扩张段、收缩段以及连接在扩张段和收缩段之间的恒流段，所述导流网格片连接在收缩段端部，所述空气流场处理装置的扩张段端部内设有风机，风机通过驱动轴与位于壳体外的第一驱动电机传动连接。

所述风道的调节风道出口处设有若干个呈扇形排布的风向调节板，调节风道出口内还设有横流风机，所述横流风机与第三驱动电机传动连接。所述与调节风道出口和风道入风口正对的壳体内壁均为圆弧状结构。

所述液体恒温处理装置包括液体恒温槽以及位于液体恒温槽内的液体恒温槽搅拌器，所述液体恒温槽搅拌器与位于壳体外的第二驱动电机传动连接,。

优选的是：所述液体恒温槽内侧壁上部设有溢流孔，它使液体温度升高时膨胀溢出，并收集处理。所述液体恒温槽与壳体共有一个内侧壁，此内侧壁上设有密封胶。所述金属板顶端与壳体内壁连接处也设有密封胶，密封胶使得液体恒温槽空间相对密闭，避免了液体恒温槽内的液体在高温时产生的烟雾泄漏到室内，烟雾也可通过溢流孔溢出收集处理。

本实用新型的有益效果为：本实用新型创造的可变风速的高温的湿度发生器，由于采用了液体恒温槽中的液体对空气进行加热和恒温的方法，所得到的温度的稳定性和均匀性，与液体恒温槽的稳定性和均匀性基本相同；在20℃～90℃的温度范围内，空气温度的稳定性和均匀性，达到了±0.01℃和0.02℃的水平；在50％RH～95％RH的湿度范围内，湿度的稳定性和均匀性，达到了±0.2％RH和0.3％RH的水平；风速的稳定性和均匀性，达到±0.1m/s和0.1m/s的水平。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型横流风机与第三驱动电机的连接结构示意图。

图3为分流式湿度发生器的工作原理方框示意图。

图4为双压法湿度发生器的工作原理方框示意图。

图5为传统恒温恒湿箱的结构示意图。

在图中，1、箱体2、保温层3、风向调节板4、风机的驱动电机5、风机6、风道隔板7、加热器8、调节风道9、制冷器(冷凝器)10、加湿器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明

针对目前恒温恒湿箱采用加热元件、制冷器直接对空气加热和冷却，不能获得良好的稳定性和均匀性问题，本实用新型对恒温恒湿装置的设计采取的技术方案是：

(1)使用液体恒温槽122中温度稳定的液体对空气进行加热和恒温，解决加热元件不是一个温度稳定的热源问题；

(2)使用一块大面积的金属板124充当热交换板,金属板124的一个面由液体恒温槽122中的液体进行恒温，另一个面对空气进行加热和恒温，解决加热元件的加热面积较小，空气与加热面的热交换不充分问题；

(3)使用横流风机116强制空气循环，横流风机116的风叶贯穿整个调节风道出口121，这样促使空气在风道内均匀流动；

(4)调节风道出口121由风向调节板115调节成扇形的圆弧出风，这样有效改善空气在工作空间均匀流动问题；调节风道出口121和风道入风口126对面的壳体101内壁均设计成圆弧状，促使空气均匀地回流至风道，这样也为提高工作空间温度的均匀性创造了条件；

(5)采用除湿器127和加湿器128对空气除湿或加湿。

本实用新型的具体结构如图1所示，它包括壳体101以及连接在壳体内壁上的保温棉层102，它还包括位于壳体101内的空气流场处理装置、液体恒温处理装置和风道125，所述空气流场处理装置通过T字形的固定板107由固定螺栓108连接在壳体101的顶部内壁上，空气流场处理装置设有导流网格片114的一端正对风道125的调节风道出口121，竖向设置的液体恒温处理装置与风道125之间由金属板124分隔开；所述风道125的风道入风口126处从外向内依次设置有除湿器127和加湿器128。所述金属板124顶端与壳体101内壁连接处设有密封胶117。

所述空气流场处理装置为管状结构，它包括扩张段106、收缩段111以及连接在扩张段106和收缩段111之间的恒流段110，所述导流网格片114连接在收缩段111端部，所述空气流场处理装置的扩张段106端部内设有风机105，风机105通过驱动轴104与位于壳体101外的第一驱动电机103传动连接。

所述风道125的调节风道出口121处设有若干个呈扇形排布的风向调节板115，调节风道出口121内还设有横流风机116，所述横流风机116与第三驱动电机129传动连接，如图2所示。

所述液体恒温处理装置包括液体恒温槽122以及位于液体恒温槽122的液体恒温槽搅拌器123，所述液体恒温槽搅拌器123与位于壳体101外的第二驱动电机118传动连接,。所述液体恒温槽122内侧壁上部设有溢流孔120，在使用时，溢流孔120可以通过一条延长的连接管，连接到一个收集器，收集液体温度升高时膨胀溢出的液体和烟雾，或直接引出室外处理，避免烟雾污染室内环境。所述液体恒温槽122与壳体101共有一个内侧壁，此内侧壁上设有密封胶119，所述密封胶117和119的作用是防止液体恒温槽中的液体，在高温时产生的烟雾排到室内污染环境。

这样，液体恒温槽122的一个侧面设计成没有保温层的金属板124，金属板124同时也是风道125的一个侧面。在金属板124前面安装隔板组成一个风道125。

本实用新型的工作原理是：横流风机116驱动空气流动，风向调节板115调节空气流向工作空间不同位置，空气自上而下回流到风道入风口126，进入风道125形成循环；

空气进入风道入风口126时，被除湿器127除湿，或被加湿器128加湿。金属板124由液体恒温槽122中的液体加热和恒温，由于金属的良好导热性，空气在风道内流动时被金属板124加热和恒温；

当气流进入空气流场处理装置时，空气流场处理装置由风机105采用抽气模式驱动空气，安装在收缩段111端部的导流网格片114对空气进行初步导流，接着被收缩段111收缩，然后进入恒流段110，经扩张段106排出。在实验时，将干湿表9安装在空气流动平稳均匀的恒流段110。

本实用新型把液体恒温槽122的一个侧面设计成没有保温层的金属板124，整块金属板124充当恒温恒湿箱风道里面的整个侧面。金属板124的一个面由液体恒温槽122的液体加热和恒温，利用金属良好的导热性能进行传热，金属板124的另一个面就可以对空气加热和恒温，这样就实现了液体对空气的加热和恒温。由于液体导热性好、热容量大等的固有特性，液体恒温槽122中的液体温度稳定性和均匀性非常好，整块金属板124的温度稳定性和均匀性，与液体温度稳定性和均匀性基本相同，金属板124就成了温度稳定又均匀的恒温金属板124。这就解决了目前恒温恒湿箱使用加热元件不是温度稳定的热源，加热面积又小的问题。

把除湿器127和加湿器128设计在风道入风口126的底部，恒温金属板侧面的风道125采用收窄设计，收窄的好处是使空气更能充分地与恒温金属板接触，以便与恒温金属板进行充分的热交换。

采用横流风机116强制空气循环的设计，横流风机116的风叶贯穿整个调节风道出口121，这样设计的好处是使空气均匀地流过整个风道125，即在风道125不同的位置，使空气能够同时进入风道125，同时离开风道125。由于空气在风道125内与恒温金属板124的热交换时间相同，当空气离开风道125后，风道出口不同位置的空气温度相同，这为提高工作空间温度的均匀性创造了条件。

调节风道出口121和风道入风口126的对面的壳体101内壁均设计成圆弧状，这促使空气均匀地回流至风道，这样也为提高工作空间温度的均匀性创造了条件。

所述空气流场处理装置为管状结构，它包括扩张段106、收缩段111以及连接在扩张段106和收缩段111之间的恒流段110，所述导流网格片114连接在收缩段111端部，所述空气流场处理装置的扩张段106端部内设有风机105，风机105通过驱动轴104与位于壳体101外的第一驱动电机103传动连接。

依据空气动力学的原理和空气的流动特性，把一个空气流场处理装置设计为管状结构。在扩张段106安装一个风机105，风机105的旋转为抽气模式。空气经导流网格片114导流，使空气初步均匀分布地进入，空气在收缩段111被收缩，因而进一步被均匀进入恒流段110，最后进入扩张段106被均匀抽出。这样设计的空气流场处理装置，在扩张段106便获得了尽可能稳定和均匀的风速。风机105由一个可调速的第一驱动电机103，通过调节第一驱动电机103的转速，便可获得不同的风速。在恒流段检定或校准干湿表109，便最大限度减小了风速不稳定和不均匀的影响。

由于扩张段106也正对壳体101内壁的圆弧状结构，这样促使空气流场处理装置出来的空气，能够顺利回流到恒温恒湿装置的风道125内，也就是使干湿表工作时对空气蒸发的水气，被调节风道内的除湿器和加湿器重新控制调节。这样也就不存在了干湿表工作时蒸发的水气，导致空气的湿度逐渐增大的问题。

与图4公开的现有技术相比，本实用新型创造的方法不同之处归纳如下：

(1)目前的装置使用加热元件和制冷器直接对空气加热和冷却，本实用新型使用液体恒温槽中温度稳定和均匀的液体对空气进行加热和恒温，这样获得的空气温度与液体温度基本相同，稳定性也基本相同；温度稳定性的提高，同时使湿度的稳定性得到了提高；

(2)本实用新型通过一块大的金属板，实现液体与空气的热交换；

(3)目前的装置使用一般的风机，风叶没有覆盖整个风道，本实用新型使用横流风机，风叶覆盖整个风道，使空气在风道内更均匀地流动；

(4)本实用新型采用风道收窄的设计，约只有目前风道的1/10，使空气能够与恒温金属板更充分地进行热交换；

(5)本实用新型采用风道对面的侧面圆弧状设计，使空气能够更均匀地回流到风道内；

(6)除湿器和加湿器设计在工作空间底部；

(7)通过一个空气流场处理装置，获得了一个风速可调、稳定和均匀的流场。

本实用新型公布的可变风速的高温的湿度发生器在20℃～90℃温度范围内，温度的稳定性和均匀性，分别能够达到±0.01℃和0.02℃的水平，在50％RH～95％RH的湿度范围内，湿度的稳定性和均匀性，分别能够达到±0.2％RH和0.3％RH的水平。风速的稳定性和均匀性，在0.5m/s～4.6m/s风速范围内，分别能够达到±0.1m/s和0.1m/s的水平；因此它能够很好地满足干湿球系数校准的需要。

Claims (8)

1.一种可变风速的高温的湿度发生器，它包括壳体(101)以及连接在壳体内壁上的保温棉层(102)，其特征在于，它还包括位于壳体(101)内的空气流场处理装置、液体恒温处理装置和风道(125)，所述空气流场处理装置通过T字形的固定板(107)由固定螺栓(108)连接在壳体(101)的顶部内壁上，空气流场处理装置设有导流网格片(114)的一端正对风道(125)的调节风道出口(121)，竖向设置的液体恒温处理装置与风道(125)之间由金属板(124)分隔开；所述风道(125)的风道入风口(126)处从外向内依次设置有除湿器(127)和加湿器(128)。

2.如权利要求1所述的可变风速的高温的湿度发生器，其特征在于，所述空气流场处理装置为管状结构，它包括扩张段(106)、收缩段(111)以及连接在扩张段(106)和收缩段(111)之间的恒流段(110)，所述导流网格片(114)连接在收缩段(111)端部，所述空气流场处理装置的扩张段(106)端部内设有风机(105)，风机(105)通过驱动轴(104)与位于壳体(101)外的第一驱动电机(103)传动连接。

3.如权利要求1所述的可变风速的高温的湿度发生器，其特征在于，所述风道(125)的调节风道出口(121)处设有若干个呈扇形排布的风向调节板(115)，调节风道出口(121)内还设有横流风机(116)，所述横流风机(116)与第三驱动电机(129)传动连接。

4.如权利要求1所述的可变风速的高温的湿度发生器，其特征在于，所述与调节风道出口(121)和风道入风口(126)正对的壳体(101)内壁均为圆弧状结构。

5.如权利要求1所述的可变风速的高温的湿度发生器，其特征在于，所述液体恒温处理装置包括液体恒温槽(122)以及位于液体恒温槽(122)内的液体恒温槽搅拌器(123)，所述液体恒温槽搅拌器(123)与位于壳体(101)外的第二驱动电机(118)传动连接,。

6.如权利要求5所述的可变风速的高温的湿度发生器，其特征在于，所述液体恒温槽(122)内侧壁上部设有溢流孔(120)。

7.如权利要求5或6所述的可变风速的高温的湿度发生器，其特征在于，所述液体恒温槽(122)与壳体(101)共有一个内侧壁，此内侧壁上设有密封胶(119)。

8.如权利要求1所述的可变风速的高温的湿度发生器，其特征在于，所述金属板(124)顶端与壳体(101)内壁连接处设有密封胶(117)。