濕度發(fā)生器的技術(shù)參數(shù)及類型

2024.11.01

濕度發(fā)生器，具有工作范圍寬、快速平衡、便攜式等特點，適用于所有溫濕度探頭，同時功能齊全，自身帶循環(huán)氣泵，連接外部露點設(shè)備與冷鏡式設(shè)備相比，除外接供電電源，測量艙最多容納5只探頭，數(shù)據(jù)記錄器可以放入測量艙，并且可以同時校準(zhǔn)5只探頭，產(chǎn)生一個可控制的溫濕度環(huán)境。

一、雙壓法濕度發(fā)生器原理：氣體在加壓狀態(tài)下被水汽飽和然后減壓膨脹。假如氣體在飽和、膨脹過程溫度保持恒定，并服從理想氣體定律，那末由道爾頓定律可得到如下關(guān)系式：

式中 e w 和 P s 分別為飽和器中的飽和水汽分壓和氣體的總壓， e c 和 P c 分別為試驗腔中的水汽分壓和氣體的總壓。那末，據(jù)定義，在溫度 t 時，低壓下的氣體的相對溫度可按下式計算： U=Pc/Ps*100 如果飽和器內(nèi)的溫度和試驗室內(nèi)的溫度也不相同，即變成既改變壓力也改變溫度的情況，則試驗室的相對濕度可采用下式計算。

U=(Pc/Ps) * (ew(Ts)/ew(Tc)) * 100式中 ew(Ts) 和 ew(Tc) 分別為飽和器和試驗腔溫度下的飽和水汽分壓。

雙壓濕度發(fā)生器通常由如下六個部分組成：

( 1 )氣源系統(tǒng)

( 2 )載氣干燥系統(tǒng)

( 3 )飽和器系統(tǒng)

( 4 )試驗腔

( 5 )恒溫系統(tǒng)

( 6 )溫度和壓力的測量與控制系統(tǒng)

二、雙溫法濕度發(fā)生器

原理：ts 和 tc 分別為飽和器溫度和試驗腔溫度，通過氣泵使氣流在飽和器與試驗腔之間不斷循環(huán)，經(jīng)過一定時間之后，氣中的水汽達(dá)到飽和狀態(tài)。 e w (T s ) 是在溫度 T s 下的飽和水汽壓力， e c 是在較高溫度 T c 下的飽和水汽壓力。假設(shè)氣體為理想氣體，并且飽和器總壓力 P s 等于試驗腔內(nèi)氣體的總壓力 P c ，那么，在溫度為 T c 的試驗腔內(nèi)氣體的相對濕度可以用如下式計算： U=(ew(Ts)/ew(Tc)) * 100

在 Ps 和 Pc 不一致時，特別是在氣流速度較高的情況下，就需要考慮進(jìn)行壓力修正，

U=(ew(Ts)/ew(Tc)) * (Pc/Ps) * 100

基于兩個溫度原理設(shè)計的密閉式濕度發(fā)生器有多種不同的結(jié)構(gòu)形式。

三、低霜點濕度發(fā)生器

低霜點濕度發(fā)生器是一種專門用于低濕領(lǐng)域校正的能夠發(fā)生水汽含量低至 ppm 級(即低于百萬分之一)氣體的設(shè)備。同雙溫法相似，霜點濕度發(fā)生器制備已知濕度氣體的過程是一個等壓變溫過程。經(jīng)過充分干燥的氣體首先流經(jīng)一個熱交換器然后進(jìn)入飽和器，換熱器和飽和器均浸沒在一個恒溫液體槽中。飽和器是一根螺旋形金屬盤管。管的內(nèi)表面為大約 1mm 厚的薄冰層所覆蓋。通過飽和器的氣流距離冰層表面不超過 4mm 。在流速為 2L/min 時，氣體的平均傳質(zhì)時間大約 7s 。

干氣流經(jīng)過換熱達(dá)到槽溫而后進(jìn)入飽和器，因為使氣流達(dá)到飽和所需的水汽量非常小，所以管內(nèi)冰的升華作用不會導(dǎo)致冰面溫度明顯下降，另外，由于盤管足夠長，氣體的飽和過程在盤管的前部就己完成，盤管其余部分只是作為飽和氣體最后換熱之用。通過飽和器的氣體不存在明顯的壓力降。飽和器出口端氣體的溫度與飽和器的溫度相同或十分接近，所以這一溫度可視為氣流的霜點溫度。

四、分流法濕度發(fā)生器

原理：干氣源(一般是干空氣)的氣體按一定的比例分成兩部分，一路進(jìn)入飽和器 S ，被飽和的氣流在混合室 C M 中同另一股干氣混合，而后進(jìn)入試驗腔 C T ，最后排入大氣。飽和器、混合室和試驗腔浸在同一個恒溫槽中。

試驗腔中的相對濕度是下列因素的函數(shù)：

(1) 通過飽和器的空氣的份數(shù)。

(2) 飽和器中的總壓力。

(3) 飽和水汽壓力。

(4) 試驗腔中的水汽分壓力。

計算試驗腔中相對濕度的公式： U=100 * X / [1-(1-X) es/Ps ]式中，X分流比，es為飽和器中的水汽分壓力， Ps為飽和器中的總壓力。

分流法的相對溫度不確定度一般在 1-3 %范圍內(nèi);所以在低溫下使用上述簡化式完全能滿足方法的準(zhǔn)確度要求。

五、滲透法濕度發(fā)生器

滲透管的工作基礎(chǔ)就是依據(jù)膜滲透原理，水分子穿過管壁的滲透過程遵循 Fick 定律，

q=-D*S * (dP/dB)

式中， q: 滲透速率，

D ：滲透系數(shù)

S: 有效滲透面積，

dP/dB: 膜兩側(cè)水汽的壓力梯度，其中 B 為膜的厚度。由上式可見滲透速率與膜的材料及其密度、厚度、有效滲透面積、材料的物理特性(如親水或憎水)以及膜兩側(cè)的水汽分壓差等有關(guān)。發(fā)生器輸出的標(biāo)準(zhǔn)氣的水分濃度按下式計算： C=(q*V) / (F*Mv)

式中： C ——標(biāo)準(zhǔn)汽的水分濃度，單位為 ppmv

q ——標(biāo)定溫度對應(yīng)的滲透率，單位為μ g/min

V ——水汽的摩爾體積，單位為 L/mol

F ——干載氣流量，單位為 L/min

Mv ——水的摩爾質(zhì)量，單位為 g/mol

由上可知，載氣的干燥程度及其流量會直接影響輸出氣體的濕度量值。因此，載氣必須經(jīng)干燥系統(tǒng)充分干燥，同時要求氣源穩(wěn)定。

和對流量進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。發(fā)生器的準(zhǔn)確度取決于所用的滲透管滲透率標(biāo)定的不確定度、氣源的穩(wěn)定性、載氣流量測定的準(zhǔn)確度，以及恒溫精度。

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