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濕度發(fā)生器

作者:CEO 時(shí)間:2023-01-14

信息摘要:濕度發(fā)生器從目前來(lái)看,濕度發(fā)生器主要利用一下五種原理。1改變已知濕度氣體(主要是指飽和濕氣)狀態(tài)的方法。我們知道,氣體的狀態(tài)由壓力、溫度和體積來(lái)確定,對(duì)于飽和濕氣,如果狀態(tài)條件不變,那末水汽的含量是恒定的,反之,若狀態(tài)改變,水汽含量亦隨之改變。于是可以利

濕度發(fā)生器

濕度發(fā)生器

  濕度發(fā)生器

  從目前來(lái)看,濕度發(fā)生器主要利用一下五種原理。

  1改變已知濕度氣體(主要是指飽和濕氣)狀態(tài)的方法。我們知道,氣體的狀態(tài)由壓力、溫度和體積來(lái)確定,對(duì)于飽和濕氣,如果狀態(tài)條件不變,那末水汽的含量是恒定的,反之,若狀態(tài)改變,水汽含量亦隨之改變。于是可以利用熱力學(xué)P、v、T關(guān)系配制出所要求的濕度的氣體,基于這一原理的方法有改變壓力的方法,即雙壓法;改變溫度的方法,即雙溫法;以及同時(shí)改變壓力和溫度的方法;

  2混合法,它又可以分為混流法和分流法兩種。前者是將飽和濕氣或過(guò)熱蒸汽同干氣混合:后者是將一股干氣精確地按比例分為兩股,其中一股用水汽飽和,另一股仍保持干燥、而后進(jìn)行混合。

  3膜滲透法,膜的一側(cè)是水,由于膜兩側(cè)的水汽分壓不同,于是水汽通過(guò)膜向另一側(cè)滲透?;蛇@一原理通常使用的方法是滲透管配氣技術(shù)。

  4溫度固定點(diǎn)法,即平衡水汽壓法,這種方法是利用某些鹽類或其它化合物(例如硫酸和甘油)的水溶液在一定的條件下其氣相中的水汽分壓保持恒定的原理。

  5化學(xué)方法。根據(jù)定比定律,氫和氧在催化劑存在的情況下能按比例地化合,生成定量的水。

  飽和器是這些發(fā)生器結(jié)構(gòu)的重要組成部分,是發(fā)生含有飽和水汽的濕空氣的裝置,因此,建立在發(fā)生飽和濕氣基礎(chǔ)上的各種恒濕氣體發(fā)生器,其性能與飽和器的效率密切相關(guān)。從發(fā)生器的工作原理,特點(diǎn)和適用的濕度范圍出發(fā),飽和器可以設(shè)計(jì)成多種形式,主要有(1)鼓泡式(2)噴霧式(3)塔板式(4)管式(5)離心式(6)“迷宮”式,這里不再詳細(xì)介紹,有興趣可與編者聯(lián)系。

  下面介紹幾種典型的濕度發(fā)生器

  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(guò)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ew和Ps分別為飽和器中的飽和水汽分壓和氣體的總壓,ec和Pc分別為試驗(yàn)腔中的水汽分壓和氣體的總壓。那末,據(jù)定義,在溫度t時(shí),低壓下的氣體的相對(duì)溫度可按下式計(jì)算:

  U=Pc/Ps*100

  如果飽和器內(nèi)的溫度和試驗(yàn)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(yàn)室的空氣相對(duì)濕度可采用下式計(jì)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(yàn)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(gè)部分組成

 ?。?)氣源系統(tǒng)

 ?。?)載氣干燥系統(tǒng)

 ?。?)飽和器系統(tǒng)

  (4)試驗(yàn)腔

 ?。?)恒溫系統(tǒng)

  (6)溫度和壓力的測(cè)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(yàn)腔溫度,通過(guò)氣泵使氣流在飽和器與試驗(yàn)腔之間不斷循環(huán),經(jīng)過(guò)一定時(shí)間之后,氣流中的水汽達(dá)到飽和狀態(tài)。ew(Ts)是在溫度Ts下的飽和水汽壓力,ec是在較高溫度Tc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Ps等于試驗(yàn)腔內(nèi)氣體的總壓力Pc,那么,在溫度為Tc的試驗(yàn)腔內(nèi)氣體的空氣相對(duì)濕度可以用如下式計(jì)算:

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

  在Ps和Pc不一致時(shí),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(gè)溫度原理設(shè)計(jì)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(diǎn)濕度發(fā)生器

  低霜點(diǎn)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(jí)(即低于百萬(wàn)分之一)氣體的設(shè)備。

  同雙溫法相似,霜點(diǎn)濕度發(fā)生器制備已知濕度氣體的過(guò)程是一個(gè)等壓變溫過(guò)程。經(jīng)過(guò)充分干燥的氣體首先流經(jīng)一個(gè)熱交換器然后

  進(jìn)入飽和器,換熱器和飽和器均浸沒(méi)在一個(gè)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(guò)飽和器的氣流距離冰層表面不超過(guò)4mm。在流速為2L/min時(shí),氣體的平均傳質(zhì)時(shí)間大約7s。

  干氣流經(jīng)過(guò)換熱達(dá)到槽溫而后進(jìn)入飽和器,因?yàn)槭箽饬鬟_(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(huì)導(dǎo)致冰面溫度明顯下降,另外,由于盤管足夠長(zhǎng),氣體的飽和過(guò)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(guò)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(diǎn)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CM中同另一股干氣混合,而后進(jìn)入試驗(yàn)腔CT,最后排入大氣。飽和器、混合室和試驗(yàn)腔浸在同一個(gè)恒溫槽中。

  試驗(yàn)腔中的空氣相對(duì)濕度是下列因素的函數(shù):

  (1)通過(guò)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(yàn)腔中的水汽分壓力。

  計(jì)算試驗(yàn)腔中空氣相對(duì)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(duì)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(jiǎn)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(guò)管壁的滲透過(guò)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(jiàn)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(jì)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(duì)應(yīng)的滲透率,單位為μg/min

  V——水汽的摩爾體積,單位為L(zhǎng)/mol

  F——干載氣流量,單位為L(zhǎng)/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(huì)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(shí)要求氣源穩(wěn)定和對(duì)流量進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)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(cè)定的準(zhǔn)確度,以及恒溫精度。

  上述只是介紹了幾種常用的濕度發(fā)生器,還有一些類似的我們會(huì)在今后的工作中陸續(xù)更新。

  

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