CN204990033U - 一种气体温湿度控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气体温湿度控制装置，由四个工作单元组成，分别是钢瓶气升降温装置、微型水蒸汽发生器、加湿平衡装置、升温平衡装置；本实用新型提供的一种气体温湿度控制装置，克服了现有技术中钢瓶气的温湿度控制比较困难的缺陷，做了如下两点改进：避免给加湿后的气体降温，防止冷凝现象带来的不可控的湿度变化；在加湿控温过程中引入一个中间状态，该状态下气体相对湿度达到100％RH，气体温度低于最终所需温度，待此中间状态充分稳定后，只需给这个中间状态升温到最终所需温度，湿度也会随之降低到最终所需湿度。

Description

一种气体温湿度控制装置

技术领域

本实用新型属于气体监测领域，涉及对管路中气体温度和湿度的控制，具体说是一种气体温湿度控制装置。

背景技术

在气体监测领域，对气体传感器测试的常用气源为钢瓶气，钢瓶气没有湿度，温度也不可控，而在实际使用过程中，因为气体传感器的输出信号受到温湿度的很大影响，往往需要对钢瓶气的温度和湿度精确控制。尤其是在气体传感器、气体检测仪表的研发过程中，需要对气体传感器的输出信号做温湿度的补偿/修正，常用的方法是将气体传感器、气体检测仪表安置在高低温湿热试验箱中，进行不同温度和湿度的测试，如果通入试验箱中的钢瓶气不能精确控制温湿度，则温湿度测试的结果准确性将大大降低。

但钢瓶气的温湿度控制是比较困难的，主要原因有三个：

1、气体的温度和湿度间相互影响，例如采用超声波雾化的方式给气体加湿，在提高气体湿度的同时，由于雾化水分子的蒸发作用，气体的温度将降低；为了阻止气体温度降低，采用高温水蒸汽与气体混合加湿的方法，气体的温度又将升高；

2、为了准确控制加湿后的气体温度，给加湿后的气体升温或降温，又将伴随着湿度的“过度的”降低或升高，例如采用高温水蒸气与气体混合加湿，为了将加湿后的气体降温到所需温度，降温装置的表面温度往往低于所需温度，在降温装置的表面不可避免发生冷凝现象，导致湿度降低幅度大大超过预期；

3、由于湿度传感器存在测量误差以及“反应滞后”，如果反馈回路根据湿度传感器的测量值来控制湿度，湿度上下变化的幅值，往往不是振荡收敛的，给湿度控制带来很大难度。

为了避免现有技术中存在的不足，本实用新型提出了一种气体温湿度控制装置。

实用新型内容

本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种气体温湿度控制装置，其中：

由四个工作单元组成，分别是钢瓶气升降温装置、微型水蒸汽发生器、加湿平衡装置、升温平衡装置；

所述钢瓶气升降温装置包括一个腔体，腔体内安装加热器、冷却器、风扇、温度传感器、压力表、安全阀、减压阀，腔体的进气口接钢瓶气，腔体的出气口接转子流量计；

所述微型水蒸汽发生器包括一个腔体，腔体的外部安装液位计，腔体内安装加热器、压力表、安全阀；在腔体侧上方设有进水口，进水口通过截流阀控制向腔体内加水；腔体侧上方设有水蒸汽出气口，水蒸汽出气口通过减压阀与加湿平衡装置相连；腔体上方设有冷凝水回流口，冷凝水回流口通过止回阀与加湿平衡装置相连；

所述加湿平衡装置包括一个腔体，在腔体内部安装有湿度传感器、温度传感器、风扇、防水透气泄压口，在腔体侧下方设有水蒸汽进气口，水蒸汽进气口通过减压阀与微型水蒸汽发生器相连，在腔体下方设有冷凝水回流口，冷凝水回流口通过止回阀与微型水蒸汽发生器相连；腔体左侧设有气体进气口，气体进气口通过连接转子流量计与钢瓶气升降温装置相连；在腔体右侧设有气体出气口，气体出气口通过连接转子流量计与升温平衡装置相连；

所述升温平衡装置包括腔体，腔体内安装加热器、风扇、温度传感器、湿度传感器，在腔体左侧设有气体进气口，所述气体进气口通过连接转子流量计与加湿平衡装置相连；在腔体右侧设有气体出气口，气体出气口通过连接转子流量计向外部供气。

上述的一种气体温湿度控制装置，其中：

钢瓶气升降温装置中的腔体采用带保温夹层的不锈钢腔体，加热器采用电加热管，冷却器采用半导体制冷片，加热器和冷却器由安装在腔体内的温度传感器示数；

钢瓶气升降温装置中的风扇数量为两个，风扇采用本安防爆型，相对安装在箱体侧壁，风扇的工作方向平行，相对距离错开，且与进气口和出气口垂直；

钢瓶气升降温装置中的安全阀，采用弹簧式安全阀。

上述的一种气体温湿度控制装置，其中：

微型水蒸汽发生器的加热器采用电加热管；

微型水蒸汽发生器的液位计，采用透明耐压玻璃材料；

微型水蒸汽发生器的安全阀，采用弹簧式安全阀。

上述的一种气体温湿度控制装置，其中：

加湿平衡装置包括两个风扇，风扇均采用本安防爆型，风扇相对安装在腔体侧壁，风扇的工作方向平行，距离错开，且与进气口和出气口垂直；

加湿平衡装置的防水透气泄压口采用PTFE膜密封的方式；

加湿平衡装置的温度传感器和湿度传感器均采用探头模式，显示数据的表头均安装在腔体外部。

上述的一种气体温湿度控制装置，其中：

升温平衡装置的加热器采用电加热管；

升温平衡装置包括两个风扇，风扇均采用本安防爆型，风扇相对安装在腔体侧壁，风扇工作方向平行，距离错开，且与进气口和出气口垂直；

升温平衡装置的温度传感器和湿度传感器均采用探头模式，显示数据的表头均安装在腔体外部。

本实用新型相对于现有技术具有如下有益效果：本实用新型提供的一种气体温湿度控制装置，克服了现有技术中钢瓶气的温湿度控制比较困难的缺陷，做了如下两点改进：

1、避免给加湿后的气体降温，防止冷凝现象带来的不可控的湿度变化；

2、在加湿控温过程中引入一个中间状态，该状态下气体相对湿度达到100％RH，气体温度低于最终所需温度，待此中间状态充分稳定后，只需给这个中间状态升温到最终所需温度，湿度也会随之降低到最终所需湿度。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种气体温湿度控制装置的结构示意图。

图中：

1钢瓶气升降温装置2温度传感器3压力表

4冷却器5安全阀6风扇

7加热器8转子流量计9减压阀

10钢瓶气11微型水蒸气发生器12液位计

13止回阀14截流阀15加湿平衡装置

16PTFE膜17湿度传感器

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。

本实用新型要解决的技术问题所采用的技术方案是：钢瓶气控温控湿经过三个阶段，第一阶段将气体温度控制在所需范围(具体值后有详述)；第二阶段将高温水蒸汽和气体混合，使气体湿度达到100％RH，使气体温度达到所需范围(后有详述)；第三阶段将特定温度且100％湿度的气体升温，当温度到达所需温度是，湿度也相应降低到所需湿度，充分平衡后向外供气。

本装置工作原理：

湿气体的饱和水蒸汽分压力是空气温度的单值函数，常用的求饱和水蒸汽分压力的经验公式是戈夫-格雷奇(Goff-Gratch)公式，由于公式十分复杂，本专利将其简化为公式①：

P_x＝f(T_x)……①

其中x代表钢瓶气升降温装置1的状态点，T_x代表该状态的温度，P_x代表该状态的饱和水蒸汽分压力；

由相对湿度的定义，有公式②：

$P_x^1=P_x\×H_x/100$ ……②

其中H_x代表在x状态的相对湿度，代表在x状态H_x相对湿度对应的水蒸汽分压力；

将最终所需状态定义为z，T_z代表该状态的最终所需温度，H_z代表在该状态的最终所需相对湿度。

则在最终状态有：……③

将加湿平衡装置15中的中间状态定义为y，T_y代表该中间状态的温度，该中间状态的相对湿度为100％RH。

则在中间状态有：……④

根据本实用新型的技术方案，从中间状态y(加湿平衡装置15中)到最终所需状态z(升温平衡装置中)，气体没有再经过任何的加湿过程，则即③式＝④式。在③式中最终所需温度T_z和最终所需相对湿度H_z均为已知，将③式代人④式中即可求得，中间状态温度T_y。

通过调节钢瓶气升降温装置1中的加热器7或冷却器4，将气体控制在适当温度，通过浮子流量计通入加湿平衡装置15，在加湿平衡装置15中，气体和100℃的水蒸汽混合，平衡后加湿气体温度达到T_y，湿度达到100％RH。然后通过浮子流量计，将加湿气体通入升温平衡装置，在升温平衡装置中通过加热器升温到最终所需温度T_z，同时湿度降低到最终所需相对湿度H_z，最后通过浮子流量计向外供气。

本实用新型装置共有四个工作单元：钢瓶气升降温装置1、微型水蒸汽发生器11、加湿平衡装置15、升温平衡装置。四个单元间的工作流程如图1所示，其中箭头表示气体和水蒸汽的流动方向。

钢瓶气升降温装置1采用带保温夹层的不锈钢腔体，腔体内安装有一个加热器7、一个冷却器4、两个风扇6、一个温度传感器2、一个压力表3、一个安全阀5、一个减压阀9，腔体进气口接钢瓶气10，出气口接转子流量计8。

钢瓶气升降温装置1中的加热器7采用电加热管，冷却器4采用半导体制冷片，两者可同时工作，且工作功率可调，由安装在腔体内的温度传感器17示数，通过反馈模式来控制气体温度到适当值。

钢瓶气升降温装置1中的两个风扇6采用本安防爆型，相对安装在箱体侧壁，工作方向平行，尽量错开距离，且与进气口和出气口垂直，通过对流方式快速热交换。

钢瓶气升降温装置1中的压力表3，用以记录腔体内气体压力，当腔体内压力超过0.1MPa时，通过减压阀9泄气，避免压力过高超出出气口转子流量计8的工作范围。

钢瓶气升降温装置1中的安全阀5，采用弹簧式安全阀，避免减压阀9调整不及时，造成腔体内压力过高。

微型水蒸汽发生器11采用带保温夹层的不锈钢腔体，在腔体外部安装一个液位计12，腔体内安装有一个加热器7、一个压力表3、一个安全阀5；在腔体侧上方有一个进水口，通过一个截流阀14控制向腔体内加水；在腔体侧上方有一个水蒸汽出气口，通过一个减压阀9与加湿平衡装置15相连；在腔体上方有一个冷凝水回流口，通过一个止回阀13与加湿平衡装置15相连。

微型水蒸汽发生器11的加热器7采用电加热管，工作功率可调，由加湿平衡装置15中气体和水蒸汽混合后温度值，采用反馈模式来控制工作功率。

微型水蒸汽发生器11的液位计12，采用透明的耐压玻璃材料，便于观察腔体内水余量，需要将水平面控制在特定范围，便于电加热管输出功率的调节。

微型水蒸汽发生器11的压力表3，用以记录腔体内水蒸汽压力，当腔体内水蒸汽压力达到适当值，通过减压阀9向加湿平衡装置15内输入水蒸汽。

微型水蒸汽发生器11上部通过一个止回阀13与加湿平衡装置15相连，单向止回阀13的方向是由加湿平衡装置15通向微型水蒸汽发生器11，主要作用是将加湿平衡装置15内的冷凝水回收到微型水蒸汽发生器11内。

微型水蒸汽发生器11的的安全阀5，采用弹簧式安全阀，避免减压阀9调整不及时，造成腔体内水蒸汽压力过高。

加湿平衡装置15采用带保温夹层的不锈钢腔体，在腔体内部安装有一个湿度传感器17、一个温度传感器2、两个风扇6、一个防水透气泄压口；在腔体侧下方有一个水蒸汽进气口，通过一个减压阀9与微型水蒸汽发生器11相连；在腔体下方有一个冷凝水回流口，通过一个止回阀13与微型水蒸汽发生器11相连；在腔体左侧有一个气体进气口，通过一个接转子流量计8与钢瓶气升降温装置1相连；在腔体右侧有一个气体出气口，通过一个接转子流量计8与升温平衡装置相连。

加湿平衡装置15的两个风扇6采用本安防爆型，相对安装在箱体侧壁，工作方向平行，尽量错开距离，且与进气口和出气口垂直，通过对流方式快速热交换，将高温水蒸汽和气体充分混合。

加湿平衡装置15的防水透气泄压口，采用PTFE膜16密封方式，利用PTFE膜16透气不透水蒸汽特性，保证腔体内气压与外部相同，且没有水蒸汽泄漏。

加湿平衡装置15的温度和湿度传感器17，用于记录腔体内的温湿度，温湿度传感器均采用探头模式，显示数据的表头均安装在腔体外部便于观察。

加湿平衡装置15的腔体右侧出气口，在接转子流量计8两侧，与升温平衡装置相连的管道有伴热功能，温度设定在中间状态温度T_y。

升温平衡装置采用带保温夹层的不锈钢腔体，腔体内安装有一个加热器7、两个风扇6、一个温度传感器2、一个湿度传感器17；在腔体左侧有一个气体进气口，通过一个接转子流量计8与加湿平衡装置15相连；在腔体右侧有一个气体出气口，通过一个接转子流量计8向外部供气。

升温平衡装置的加热器7采用电加热管，工作功率可调，由腔体内部温度值，采用反馈模式来控制工作功率。

升温平衡装置的两个风扇6采用本安防爆型，相对安装在箱体侧壁，工作方向平行，尽量错开距离，且与进气口和出气口垂直，通过对流方式快速热交换，将腔体内加湿气体迅速升温到最终所需温度。

升温平衡装置的温度、湿度传感器，用于记录腔体内的温湿度，温、湿度传感器均采用探头模式，显示数据的表头均安装在腔体外部便于观察。

升温平衡装置的腔体右侧出气口，在接转子流量计8两侧，向外部供气管道有伴热功能，温度设定在最终所需温度。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (5)

1.一种气体温湿度控制装置，其特征在于：由四个工作单元组成，分别是钢瓶气升降温装置、微型水蒸汽发生器、加湿平衡装置、升温平衡装置；

所述钢瓶气升降温装置包括一个腔体，腔体内安装加热器、冷却器、风扇、温度传感器、压力表、安全阀、减压阀，腔体的进气口接钢瓶气，腔体的出气口接转子流量计；

所述微型水蒸汽发生器包括一个腔体，腔体的外部安装液位计，腔体内安装加热器、压力表、安全阀；在腔体侧上方设有进水口，进水口通过截流阀控制向腔体内加水；腔体侧上方设有水蒸汽出气口，水蒸汽出气口通过减压阀与加湿平衡装置相连；腔体上方设有冷凝水回流口，冷凝水回流口通过止回阀与加湿平衡装置相连；

所述加湿平衡装置包括一个腔体，在腔体内部安装有湿度传感器、温度传感器、风扇、防水透气泄压口，在腔体侧下方设有水蒸汽进气口，水蒸汽进气口通过减压阀与微型水蒸汽发生器相连，在腔体下方设有冷凝水回流口，冷凝水回流口通过止回阀与微型水蒸汽发生器相连；腔体左侧设有气体进气口，气体进气口通过连接转子流量计与钢瓶气升降温装置相连；在腔体右侧设有气体出气口，气体出气口通过连接转子流量计与升温平衡装置相连；

所述升温平衡装置包括腔体，腔体内安装加热器、风扇、温度传感器、湿度传感器，在腔体左侧设有气体进气口，所述气体进气口通过连接转子流量计与加湿平衡装置相连；在腔体右侧设有气体出气口，气体出气口通过连接转子流量计向外部供气。

2.如权利要求1所述的一种气体温湿度控制装置，其特征在于：

钢瓶气升降温装置中的腔体采用带保温夹层的不锈钢腔体，加热器采用电加热管，冷却器采用半导体制冷片，加热器和冷却器由安装在腔体内的温度传感器示数；

钢瓶气升降温装置中的风扇数量为两个，风扇采用本安防爆型，相对安装在箱体侧壁，风扇的工作方向平行，相对距离错开，且与进气口和出气口垂直；

钢瓶气升降温装置中的安全阀，采用弹簧式安全阀。

3.如权利要求2所述的一种气体温湿度控制装置，其特征在于：

微型水蒸汽发生器的加热器采用电加热管；

微型水蒸汽发生器的液位计，采用透明耐压玻璃材料；

微型水蒸汽发生器的安全阀，采用弹簧式安全阀。

4.如权利要求3所述的一种气体温湿度控制装置，其特征在于：

加湿平衡装置包括两个风扇，风扇均采用本安防爆型，风扇相对安装在腔体侧壁，风扇的工作方向平行，距离错开，且与进气口和出气口垂直；

加湿平衡装置的防水透气泄压口采用PTFE膜密封的方式；

加湿平衡装置的温度传感器和湿度传感器均采用探头模式，显示数据的表头均安装在腔体外部。

5.如权利要求4所述的一种气体温湿度控制装置，其特征在于：

升温平衡装置的加热器采用电加热管；

升温平衡装置包括两个风扇，风扇均采用本安防爆型，风扇相对安装在腔体侧壁，风扇工作方向平行，距离错开，且与进气口和出气口垂直；

升温平衡装置的温度传感器和湿度传感器均采用探头模式，显示数据的表头均安装在腔体外部。