CN209570571U - 一种通过湿度测量确定被测物质含水量的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及含水量测量领域，一种通过湿度测量确定被测物质含水量的装置，其中第一加热源用于加热预真空室内气体，预真空室壳体上具有电动真空阀，所述真空泵的吸气口通过电动真空阀与预真空室连通；所述真空测量室包括用于测量真空测量室内部温度的第二温度传感器、用于测量真空测量室内气压的第二压力传感器和用于测量真空测量室内气体湿度的第二湿度传感器；所述预真空室和真空测量室通过连接管路内部连通，所述连接管路上设有可切换关闭或连通内部连通的电动蒸汽流量调节阀。本装置能通过湿度测量准确计算被测物质含水量。

Description

一种通过湿度测量确定被测物质含水量的装置

技术领域

本实用新型涉及含水量测量领域，特别是通过湿度测量确定被测物质含水量的装置和方法。

背景技术

现实的社会生产实践中，物质的含水量是非常重要的技术指标，需要准确、快速、方便的对其进行测量。目前，测量物质的含水量的方法及仪器有很多，而使用比较普及、技术要求不太高、应用范围比较广的方法或仪器主要有三大类：失重方法类、化学方法类、光学、电学方法类。各类方法都有其特定的适用范围和特点，同时又有其一定的局限性，下面简要的进行分析，阐述。

一.失重方法类。此类方法就是通过对一定质量的被测物质进行加温烘干，使其中所含水分在一定的标准下完全蒸发流失，通过对蒸发流失水分前、后的质量测量对比即可确定该物质的含水量。此类方法又可细分为常压下加温烘干法及减压下加温烘干法，以及把常压下加温烘干与自动称重系统集成在一起的水分测量仪。

此类方法存在的主要问题是1.测量周期长；2.称重过程需要先将被测物质加温至所需温度一定时间后再冷却至室温，然后再称重。此过程可能要重复进行几次，费时费事(把常压下加温烘干与自动称重系统集成在一起的水分测量仪除外)；3.对受热温度不能大于100℃的被测物质无能为力。把加温烘干与自动称重系统集成在一起的水分测量仪也存在同样的问题。(减压下加温烘干法除外)。

二、化学方法类需要一定的化学实验条件及相应的专业技术，普及应用受到一定程度的限制。

三、光学类、电学方法类存在的主要问题或是设备成本偏高，或是测量效率及准确度受使用环境影响比较大(如温、湿度，空气压力，电磁干扰)。普及应用同样受到一定程度的限制。

现实的社会生产实践中，特别需要有一种使用起来比较简单，适用范围比较广，受环境影响小，特别是可对允许受热温度小于100℃的低耐温物质进行测量，适于普及应用的测量物质含水量的方法及仪器。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种通过湿度测量确定被测物质含水量的装置，该装置可通过湿度测量的方式对应计算出被测物体的含水量。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

在第一个技术方案中，一种通过湿度测量确定被测物质含水量的装置，包括预真空室、真空测量室、数据采集处理微电脑控制系统、真空泵、第一加热源和第二加热源，所述预真空室具有用于测量预真空室内部温度的第一温度传感器、用于测量预真空室内气压的第一压力传感器和用于测量预真空室内气体湿度的第一湿度传感器，所述数据采集处理微电脑控制系统分别与第一温度传感器、第一压力传感器和第一湿度传感器信号连接并采集数据，所述第一加热源用于加热预真空室内气体，预真空室壳体上具有电动真空阀，所述真空泵的吸气口通过电动真空阀与预真空室连通；所述真空测量室包括用于测量真空测量室内部温度的第二温度传感器、用于测量真空测量室内气压的第二压力传感器和用于测量真空测量室内气体湿度的第二湿度传感器，所述第二加热源用于加热真空测量室内气体，真空测量室还具有可控制外部气体进入真空测量室的电动进气阀；所述预真空室和真空测量室通过连接管路内部连通，所述连接管路上设有可切换关闭或连通内部连通的电动蒸汽流量调节阀；

所述数据采集处理微电脑控制系统分别与真空泵、电动真空阀、电动蒸汽流量调节阀、电动进气阀、第一加热源和第二加热源电性连接并控制真空泵、电动真空阀、电动蒸汽流量调节阀、电动进气阀、第一加热源和第二加热源的工作状态；所述数据采集处理微电脑控制系统分别与第二温度传感器、第二压力传感器和第二湿度传感器信号连接并采集数据。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述真空测量室内具有盛放被测物质的称量皿盒，且称量皿盒盛放被测物质的承托面为凹凸结构面。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述第一加热源和第二加热源均为红外加热源。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述第一加热源设置在预真空室内，第二加热源设置在真空测量室内。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述真空测量室与预真空室的容积比为1∶39。

在第一个技术方案中，作为优选的，所述真空测量室与预真空室的有效容积和为0.039108m³。

使用本实用新型的有益效果是：

本实用新型的方法，适用范围比较广，受环境影响小，测量速度快，特别是可对允许受热温度小于100℃的低耐温物质进行测量，适于普及应用。

附图说明

图1为本实用新型通过湿度测量确定被测物质含水量的装置的结构示意图。

图2为本实用新型通过湿度测量确定被测物质含水量的装置另一实施例的结构示意图。

图3为本实用新型通过湿度测量确定被测物质含水量的装置的电路图。

图4为本实用新型通过湿度测量确定被测物质含水量的装置的微处理器芯片型号图。

附图标记包括：

1-有门箱体，2-预真空室，21-第一温度传感器，22-第一压力传感器， 23-第一湿度传感器，24-第一红外加热源，25-电动真空阀，3-真空测量室，31-第二温度传感器，32-第二压力传感器，33-第二湿度传感器，34-电动进气阀，35-第二红外加热源，36-真空测量室进样门，4-连接管路，41-电动蒸汽流量调节阀，5-数据采集处理微电脑控制系统。

具体实施方式

为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而不是要限制本技术方案的范围。

实施例1

如图1-图4所示，本实施例提出一种通过湿度测量确定被测物质含水量的装置，包括预真空室2、真空测量室3、数据采集处理微电脑控制系统5、真空泵、第一加热源和第二加热源，预真空室2具有用于测量预真空室2内部温度的第一温度传感器21、用于测量预真空室2内气压的第一压力传感器 22和用于测量预真空室2内气体湿度的第一湿度传感器23，数据采集处理微电脑控制系统5分别与第一温度传感器21、第一压力传感器22和第一湿度传感器23信号连接并采集数据，第一加热源用于加热预真空室2内气体，预真空室2壳体上具有电动真空阀25，真空泵的吸气口通过电动真空阀25与预真空室2连通；真空测量室3包括用于测量真空测量室3内部温度的第二温度传感器31、用于测量真空测量室3内气压的第二压力传感器32和用于测量真空测量室3内气体湿度的第二湿度传感器33，第二加热源用于加热真空测量室3内气体，真空测量室3还具有可控制外部气体进入真空测量室3 的电动进气阀34；预真空室2和真空测量室3通过连接管路4内部连通，连接管路4上设有可切换关闭或连通内部连通的电动蒸汽流量调节阀41；数据采集处理微电脑控制系统5分别与真空泵、电动真空阀25、电动蒸汽流量调节阀41、电动进气阀34、第一加热源和第二加热源电性连接并控制真空泵、电动真空阀25、电动蒸汽流量调节阀41、电动进气阀34、第一加热源和第二加热源的工作状态；数据采集处理微电脑控制系统5分别与第二温度传感器31、第二压力传感器32和第二湿度传感器33信号连接并采集数据。

真空测量室3内具有盛放被测物质的称量皿盒，且称量皿盒盛放被测物质的承托面为凹凸结构面。

第一加热源和第二加热源均为红外加热源，即第一加热源为第一红外加热源24，第二加热源为第二红外加热源35。

第一加热源设置在预真空室2内，第二加热源设置在真空测量室3内。

真空测量室3与预真空室2的容积比为1∶39。

真空测量室3与预真空室2的有效容积和为0.039108m³。

本实施例还提出一种通过湿度测量确定被测物质含水量的方法，使用如上所述的通过湿度测量确定被测物质含水量的装置，包括以下步骤：

步骤1、被测物质取样量2g(±0.2mg)，放置在真空测量室3内，并封闭真空测量室3；

步骤2、关闭电动进气阀34，关闭电动蒸汽流量调节阀41，开启预真空室2的电动真空阀25，启动真空泵，检测预真空室2的压力，当压力值小于等于预真空室2的预置控制压力时关闭真空泵，关闭电动真空阀25，其中根据预置沸点及真空测量室3与预真空室2的容积比为1∶39及减去称量皿盒体积后的真空测量室3与预真空室2的容积和为0.039108m³来计算出预真空室2的预置控制压力；

步骤3、缓慢打开电动蒸汽流量调节阀41，开始记录真空测量室3及预真空室2的温度、相对湿度、压力及当前运行时间，同时通过第二加热源控制真空测量室3及通过第一加热源控制预真空室2的温度与设定的温度偏差±0.5℃；

步骤4、实时记录真空测量室3及预真空室2的温度、相对湿度、压力及当前运行时间。直至运行时间到。当真空测量室3与预真空室2的温度、相对湿度、压力均平衡时停止记录，计算被测物质的含水量，并带入如下公式：

X＝V×(φ2-φ1)×φt×β

公式中，X：真空测量室3里的被测物质的含水量，单位克；

V：减去称量皿盒体积后的真空测量室3及预真空室2的内部容积和，单位为m³，V＝0.039108m³；

φ2：真空测量室3及预真空室2的最终相对湿度。

φ1：开始运行时刻真空测量室3及预真空室2的相对湿度。

φt：t℃时对应的水蒸气饱和湿度(绝对湿度)。单位为g/m³。

t℃为运行前输入的真空测量室3及预真空室2的控制温度。

β：修正系数，修正系数β已由实验确定并已保存在数据采集处理微电脑控制系统5。

在步骤2中，输入真空测量室3及预真空室2的控制温度40℃-90℃；输入水的预置沸点10℃-40℃；输入运行时间3分钟-30分钟。

当被测物质为块状时，将块状物粉碎到颗粒直径1.8mm。

本实用新型的方法，适用范围比较广，受环境影响小，测量速度快，特别是可对允许受热温度小于100℃的低耐温物质进行测量，适于普及应用。

本实用新型的原理如下：

物质中所含水分的沸点与其所承受的气体压力具有正比的函数关系，这样，只要准确控制被测物质所承受的气体压力，即可准确控制被测物质所含水分的沸点，并使其沸点低于被测物质允许承受的温度，同时，控制对该被测物质进行加温烘干的温度，使其既小于等于被测物质允许承受的温度又高于其沸点，即可实现对被测物质在允许承受的温度下的加温烘干。

在被测物质含水量范围确定，测量样品重量确定，加热温度范围确定的情况下，一定存在一个测量空间的最小值，在这个最小值封闭测量空间内，在加热温度恒定并且不大于饱和温度同时大于沸点的条件下，被测样品水分完全蒸发，但水蒸气尚未达到饱和状态。为叙述方便，称这个最小值封闭测量空间体积为最小不饱和体积。

在压力、温度、体积一定的封闭空间内，在被测物质所含水量完全蒸发汽化，而蒸发后产生的气(汽)体尚未达到饱和状态的条件下，该气(汽) 体的湿度与产生它们的被测物质的含水量承一定的函数关系。这样，只要准确的测量加温过程前、后的气(汽)体的湿度，即可计算出被测物质的含水量。

测量过程中，压力作为湿度的辅助和验证判断参量，与湿度参量共同构成终止测试判断标准。

测量过程中，压力和湿度的变化与时间构成一定的函数关系。通过实验及数学方法，可以计算出压力和湿度变化的期望值，进而计算出被测物质的含水量。缩短测量时间。

广义讲，本实用新型所述方法应属于失重方法类，但其特征是并未对失去的重量进行测量，而是通过对湿度的测量计算出被测物质的含水量，从而使避免了称量重量所需要的必要条件。这正是本实用新型所述方法的重要技术特征。

通过预真空室2的设置，避免因抽真空造成的被测物质水份散失导致的测量数据不准确的确定。同时控制预真空室2和真空测量室3的容积比，以及有效测量容积，使得测量数据准确，时间缩短效率更高。

实施例2

本实施例中的通过湿度测量确定被测物质含水量的装置基于实施例1中的通过湿度测量确定被测物质含水量的装置，如图1所示，本实施例中的通过湿度测量确定被测物质含水量的装置中，有门箱体1中具有具有一组预真空室2和真空测量室3。

为了使实用新型的方法具有实用性，方便性，特作如下设定，并不排除其他设定。设定被测物质所含水分范围5％-100％，设定被测物质允许受热温度选择范围40℃-90℃。设定被测物质取样量2g(±0.2mg)。设定减去称量皿盒体积后的真空测量室3与预真空室2的容积和为0.039108m³(最小不饱和体积)。所述真空测量室3与预真空室2的容积比为1∶39。

对于块状物，粉碎到颗粒直径约1.8mm。室温下，取被测物质样品2g(± 0.2mg)，放入称量皿盒，盖上皿盒盖。打开有门箱体1门、真空测量室进样门36，将已经放入被测物质的称量皿盒放入真空测量室3，打开皿盒盖并置于皿盒一侧，盖内侧向上。

关闭真空测量室进样门36。关闭有门箱体1门。关闭电动进气阀34。关闭电动蒸汽流量调节阀41。

把样品编号及对应重量输入数据采集处理微电脑控制系统5。输入真空测量室3及预真空室2的控制温度t(40℃-90℃)默认60℃。输入水的预置沸点(10℃-40℃)默认室温。输入运行时间(3分钟-30分钟)默认3 分钟。根据预置沸点及真空测量室3与预真空室2的容积比为1∶39及减去称量皿盒体积后的真空测量室3与预真空室2的容积和为0.039108m³来计算出预真空室2的预置控制压力。

开启预真空室2的电动真空阀25，启动真空泵，检测预真空室2的压力，当压力值小于等于预真空室的预置控制压力时关闭真空泵，关闭电动真空阀 25。缓慢打开电动蒸汽流量调节阀41。开始记录真空测量室3及预真空室2 的温度、相对湿度、压力及当前运行时间，同时通过红外加热源分别控制真空测量室3及预真空室2的温度与设定的温度偏差±0.5℃。

实时记录真空测量室3及预真空室2的温度、相对湿度、压力及当前运行时间。直至运行时间到。当真空测量室3与预真空室2的温度、相对湿度、压力均平衡时停止记录。计算并显示被测物质的含水量。

计算方法：首先，根据记录的温度、相对湿度、压力、时间数据，用数学方法求出真空测量室3及预真空室2里的相对湿度随时间变化的期望值，即最终相对湿度，并依此计算被测物质的含水量。

X＝V×(φ2-φ1)×φt×β

X：真空测量室3里的被测物质的含水量，单位克。

V：减去称量皿盒体积后的真空测量室3及预真空室2的内部容积和。单位为m³。V＝0.039108m³。

φ2：真空测量室3及预真空室2的最终相对湿度。

φ1：开始运行时刻真空测量室3及预真空室2的相对湿度。

φt：t℃时对应的水蒸气饱和湿度(绝对湿度)。单位为g/m³。

t℃为运行前输入的真空测量室3及预真空室2的控制温度。

β：修正系数。已由实验确定并已保存在数据采集处理微电脑控制系统5 算时自动调入。

开启电动进气阀34。当温度传感器指示的温度达到室温后，打开有门箱体1门。打开真空测量室进样门36。结束本次测量。

实施例3

本实施例中的通过湿度测量确定被测物质含水量的装置基于实施例1中的通过湿度测量确定被测物质含水量的装置，本实施例中的通过湿度测量确定被测物质含水量的装置中，有门箱体1中具有具有三组预真空室2和真空测量室3。

如图2所示，为了使实用新型的方法具有实用性，方便性，特作如下设定，并不排除其他设定。设定被测物质所含水分范5％-100％，设定被测物质允许受热温度选择范围40℃-90℃。设定被测物质取样量2g(±0.2mg)。

对于块状物，粉碎到颗粒直径约1.8mm。室温下，称量3份被测物质，每份重量2g(±2mg)，分别放入称量皿盒，盖上皿盒盖。把所述称量皿盒分别放入对应的真空测量室3，打开皿盒盖并置于皿盒一侧，盖内侧向上。关闭全部真空测量室进样门36。关闭有门箱体1门。

关闭所有电动进气阀34。关闭所有电动蒸汽流量调节阀41。把样品编号及对应重量输入数据采集处理微电脑控制系统5。分别输入3个样品的控制温度t1、t2、t3(40℃-90℃)默认60℃、3个样品所含水分的预置沸点(10℃-40℃)默认室温、运行时间(3分钟-30分钟)默认3分钟。根据预置沸点及真空测量室3与预真空室2的容积比为1∶39及减去称量皿盒体积后的真空测量室3与预真空室2的容积和为0.039108m³来计算出各个预真空室2 的预置控制压力。

开启电动真空阀25，启动真空泵，检测每个预真空室2的压力，当压力值小于等于对应的预置控制压力时，关闭对应电动真空阀25。当电动真空阀 25全部关闭后关闭真空泵。依次缓慢打开每个电动蒸汽流量调节阀41。开始记录每个真空测量室3及预真空室2的温度、湿度、压力及当前运行时间，同时通过红外加温源控制每个真空测量室3及预真空室2的温度与设定的温度偏差±0.5℃。

实时记录每个真空测量室3及预真空室2的温度、相对湿度、压力及当前运行时间。达到运行时间，并检测到真空测量室3与预真空室2的温度、相对湿度、压力均平衡时，停止记录分别计算并显示报告每个被测物质的含水量。

计算方法：首先，根据记录的温度、相对湿度、压力、时间数据，用数学方法依次求出3个真空测量室3及预真空室2里的相对湿度随时间变化的期望值，既最终相对湿度，并依此分别计算被测物质的含水量。

计算公式一：X1＝V×(中12-φ11)×φt1×β1，式中

X1：真空测量室3A里的被测物质的含水量，单位克。

V：减去称量皿盒体积后的真空测量室3A与预真空室2A内部容积之和。单位为m³。V＝0.039108m³。

φ12：真空测量室3A与预真空室2A的最终相对湿度。

φ11：开始运行时真空测量室3A与预真空室2A的相对湿度。

Φt1：t1℃时对应的水蒸气饱和湿度(绝对湿度)。单位为g/m³。t1℃为运行前输入的1号样品的控制温度。

β1：1号样品修正系数。已由实验确定并已保存在数据采集处理微电脑控制系统5，计算时自动调入。

计算公式二：X2＝V×(φ22-φ21)×φt2×β2，式中

X2：真空测量室3B里的被测物质的含水量，单位克。

V：减去称量皿盒体积后的真空测量室3B与预真空室2B内部容积之和。单位为m³。V＝0.039108m³。

φ22：真空测量室3B与预真空室2B的最终相对湿度。

φ21：开始运行时真空测量室3B与预真空室2B的相对湿度。

Φt2：t2℃时对应的水蒸气饱和湿度(绝对湿度)。单位为g/m³。t2℃为运行前输入的2号样品的控制温度。

β2：2号样品修正系数。已由实验确定并已保存在数据采集处理微电脑控制系统5，计算时自动调入。

计算公式三：X3＝V×(φ32-φ31)×φt3×β3，式中

X3：真空测量室3C里的被测物质的含水量，单位克。

V：减去称量皿盒体积后的真空测量室3C与预真空室2C内部容积之和。单位为m³。V＝0.039108m³。

φ32：真空测量室3C与预真空室2C的最终相对湿度。

φ31：开始运行时真空测量室3C与预真空室2C的相对湿度。

Φt3：t3℃时对应的水蒸气饱和湿度(绝对湿度)。单位为g/m³。t3℃为运行前输入3号样品的控制温度。

β3：3号样品修正系数。已由实验确定并已保存在数据采集处理微电脑控制系统5，计算时自动调入。

开启全部进气阀、关闭全部红外加热源。待全部温度传感器指示的温度达到室温后，打开有门箱体1门，打开真空测量室3门。结束本次测量。

本实施例中同时测试三组被测物质，三组被测物质相同时，可取试验结果的平均值，以使得试验结果误差更小。三组被测物质不同时，可同时测量三组不同物质的含水量。

如图3、图4所示，图3为本装置的电路图，本装置数据采集处理控制系统3采用单片机控制系统，处理芯片为STC15F4K48S4型号。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本技术内容的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本实用新型的构思，均属于本专利的保护范围。

Claims (6)

1.一种通过湿度测量确定被测物质含水量的装置，其特征在于：包括预真空室、真空测量室、数据采集处理微电脑控制系统、真空泵、第一加热源和第二加热源，所述预真空室具有用于测量预真空室内部温度的第一温度传感器、用于测量预真空室内气压的第一压力传感器和用于测量预真空室内气体湿度的第一湿度传感器，所述数据采集处理微电脑控制系统分别与第一温度传感器、第一压力传感器和第一湿度传感器信号连接并采集数据，所述第一加热源用于加热预真空室内气体，预真空室壳体上具有电动真空阀，所述真空泵的吸气口通过电动真空阀与预真空室连通；所述真空测量室包括用于测量真空测量室内部温度的第二温度传感器、用于测量真空测量室内气压的第二压力传感器和用于测量真空测量室内气体湿度的第二湿度传感器，所述第二加热源用于加热真空测量室内气体，真空测量室还具有可控制外部气体进入真空测量室的电动进气阀；所述预真空室和真空测量室通过连接管路内部连通，所述连接管路上设有可切换关闭或连通内部连通的电动蒸汽流量调节阀；

所述数据采集处理微电脑控制系统分别与真空泵、电动真空阀、电动蒸汽流量调节阀、电动进气阀、第一加热源和第二加热源电性连接并控制真空泵、电动真空阀、电动蒸汽流量调节阀、电动进气阀、第一加热源和第二加热源的工作状态；所述数据采集处理微电脑控制系统分别与第二温度传感器、第二压力传感器和第二湿度传感器信号连接并采集数据。

2.根据权利要求1所述的通过湿度测量确定被测物质含水量的装置，其特征在于：所述真空测量室内具有盛放被测物质的称量皿盒，且称量皿盒盛放被测物质的承托面为凹凸结构面。

3.根据权利要求1所述的通过湿度测量确定被测物质含水量的装置，其特征在于：所述第一加热源和第二加热源均为红外加热源。

4.根据权利要求1所述的通过湿度测量确定被测物质含水量的装置，其特征在于：所述第一加热源设置在预真空室内，第二加热源设置在真空测量室内。

5.根据权利要求1所述的通过湿度测量确定被测物质含水量的装置，其特征在于：所述真空测量室与预真空室的容积比为1∶39。

6.根据权利要求1所述的通过湿度测量确定被测物质含水量的装置，其特征在于：所述真空测量室与预真空室的有效容积和为0.039108m3。