一种基于文丘里喷嘴的分流式湿度发生装置的制作方法

1.本实用新型属于计量检定技术领域，涉及一种湿度发生装置，具体涉及一种基于文丘里喷嘴的分流式湿度发生装置。


背景技术：

2.湿度发生装置广泛应用于冷镜式露点仪、湿度传感器、阻容式露点仪、电解法露点仪等湿度测量装置的检定校准工作，是湿度计量领域检定校准的必备仪器。
3.湿度检定校准的时间较长，每台仪器需要一天的时间才能完成检定校准工作。分流式湿度发生装置以平衡速度快为优点，可以大大提高检定效率，将时间缩短，因此分流式湿度发生装置的应用广泛。
4.目前常用的分流式湿度发生装置，包括流量控制器、饱和器和电磁阀等装置，其易受下游压力影响造成发生露点与设定值偏差大的问题。在发生低湿范围的露点时，干湿气流比例悬殊，如果下游被检仪器气阻过大，会导致湿气流量锐减而偏离设定值，无法与干气正常混合，造成低湿范围露点无法发生的现象。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于文丘里喷嘴的分流式湿度发生装置。
6.为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
7.本装置利用文丘里喷嘴在维持压力比于某一阈值后，降低出口端的压力，流量保持不变的特性，借助并联设置的多个文丘里喷嘴，进行多点调节，可实现气流流量按照1ml/min的分辨率进行配比变换，从而有效控制其流量，解决了质量流量控制器流量受下游压力影响的问题，使干湿气流的流量保持恒定，确保输出端口的湿气露点值恒定。
8.根据饱和温度计算饱和蒸气压：
[0009][0010]
式中：
[0011]
：饱和温度，k；
[0012]
：饱和器内的饱和水蒸气压，pa。
[0013]
根据分流比和饱和蒸气压温度计算相对湿度：
[0014][0015]
式中：
[0016]
h：相对湿度，%rh；
[0017]
r：分流比；
[0018]
p：饱和器内总压力，pa；
[0019]
：饱和器内的饱和水蒸气压，pa。
[0020]
根据相对湿度和饱和蒸气压温度计算湿气蒸气压：
[0021][0022]
式中：
[0023]
：湿气蒸气压，pa。
[0024]
根据湿气蒸气压计算湿气露点温度：
[0025][0026]
式中：
[0027]
：湿气的露点温度，k。
[0028]
根据以上公式，可计算出分流比，在干或湿气流量一定时，可算出另一种气体的流量值，通过开启文丘里喷嘴前后的电磁阀选通相应流量的文丘里喷嘴，即可得到设定露点的湿气。
[0029]
本实用新型涉及的一种基于文丘里喷嘴的分流式湿度发生装置，包括由管路连接的气源、减压阀、压力调节装置、流量控制器、饱和器、电磁阀和输出气路，压力调节装置用于调节流量控制器前后端的压力值，电磁阀用于控制流量控制器的开关，其特征在于：还包括温度控制装置和混合室；所述温度控制装置，由预升温温度控制装置和饱和温度控制装置构成；所述流量控制器为文丘里喷嘴，位于预升温温度控制装置内，以使其输送的气流加热至预设温度；饱和器和混合室位于饱和温度控制装置内，以确保流过两者的气流能够达到预定饱和效率；所述文丘里喷嘴，并联设置，分为两组，分别用于干/湿气输送，用于干气输送的文丘里喷嘴借助管路，经过混合室进入输出气路，用于湿气输送的文丘里喷嘴借助管路，依次经过饱和器和混合室进入输出气路；两组文丘里喷嘴中，至少一组包括不少于两个文丘里喷嘴，该组文丘里喷嘴的流量流量调节分辨率为1ml/min。
[0030]
本实用新型涉及的基于文丘里喷嘴的分流式湿度发生装置，其特征在于：该装置还包括分子筛干燥器，位于减压阀之后、文丘里喷嘴前方压力调节装置之前。
[0031]
本实用新型涉及的基于文丘里喷嘴的分流式湿度发生装置，其特征在于：该装置还包括控制器，用于计算设定露点值对应的湿气流量，并控制电磁阀的开关。
[0032]
本实用新型涉及的基于文丘里喷嘴的分流式湿度发生装置，其特征在于：所述控制器为plc或单片机，
[0033]
本实用新型涉及的基于文丘里喷嘴的分流式湿度发生装置，其特征在于：所述预升温温度控制装置和饱和温度控制装置为空气浴恒温槽、水浴恒温槽或者由加热带和隔热棉构成，隔热棉位于加热带外侧。
[0034]
本实用新型涉及的基于文丘里喷嘴的分流式湿度发生装置，其特征在于：所述预
升温温度控制装置为空气浴恒温槽，所述饱和温度控制装置为水浴恒温槽。
[0035]
本实用新型涉及的基于文丘里喷嘴的分流式湿度发生装置，其特征在于：所述压力调节装置为压力调节器或压力定值器。
[0036]
本实用新型具有的有益技术效果：
[0037]
本实用新型涉及的基于文丘里喷嘴的分流式湿度发生装置，其文丘里喷嘴共设两组，分别用于干气和湿气输送，其中至少一组包括不少于两个文丘里喷嘴，该组文丘里喷嘴的流量调节分辨率可低达1ml/min，从而可在最大流量之下，借助用于控制文丘里喷嘴开关的控制系统，实现干湿气流任意流量的配比；在文丘里喷嘴前后端设置压力调节器，用于调节文丘里喷嘴前后端的压力比，使其压力比达到阈值，便于使文丘里喷嘴流量恒定；为避免文丘里喷嘴的流量受温度影响显著，将其放置于预升温温度控制装置内，通过精确调节文丘里喷嘴的外界温度，减小流量偏差，同时，预升温温度控制装置还可以，避免由于文丘里喷嘴的节流效应，使气流出口的气体速度加快，导致气体温度急剧下降，扰乱饱和器内的热平衡，从而造成饱和率突变现象。饱和器用于对气流增湿，使气流达到饱和状态，饱和率越高，湿度发生器的不确定度越小，将其放置于饱和温度控制装置中，可对饱和器进行控温，确保饱和率的一致性；而且由于气流从饱和器出来后的露点较高，若高于环境温度会出现结露现象，造成湿气流的露点值变化，因此将饱和器出来后的管路和混合室一同放入饱和温度控制装置，防止湿气流的饱和率降低。
[0038]
本实用新型可以精确控制整个系统的压力，使流量保持恒定，有效避免下游被检仪器压力变化引起的湿气流不能正常汇入干气流，可用于发生设定露点的稳定的湿气，气流流量恒定且精准，可作为标准源来为露点测量设备进行检定、校准或定值。
附图说明
[0039]
图1本实用新型的结构原理示意图。
[0040]
1、减压阀， 2、气瓶，3、分子筛干燥器，4、压力调节装置，5、预升温温度控制装置，6、文丘里喷嘴，7、电磁阀，8、饱和温度控制装置，9、饱和器，10、混合室，11、输出气路。
具体实施方式
[0041]
下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步地说明，但不作为对发明内容的限制。
[0042]
实施例一
[0043]
本实施例的分流式湿度发生装置，适用于干气流量恒定，湿气流量可调节的情况，其包括气源、减压阀1、分子筛干燥器3、压力调节装置、文丘里喷嘴6、控制系统、温度控制装置、饱和器9、混合室10、输出气路11和压力传感器，如图1所示。
[0044]
气源为气瓶2。
[0045]
压力调节装置4，为压力调节器。
[0046]
文丘里喷嘴6，共九个，其中，八个用于输送湿气流，其流量值分别为1ml/min、2ml/min、4ml/min、8ml/min、16ml/min、32ml/min、64ml/min和128ml/min；一个用于输送干气流，其流量为1000ml/min。
[0047]
温度控制装置，包括预升温温度控制装置5和饱和温度控制装置8。预升温温度控
制装置5，为空气浴预升温恒温槽，其中，空气浴预升温恒温槽由内径126mm、壁厚5mm、长度110mm的圆柱形侧壁和前后端面构成，端面设计九个文丘里喷嘴6的安装孔。饱和温度控制装置8，为水浴恒温槽。
[0048]
控制系统包括控制器和电磁阀7。控制器，为plc可编程逻辑控制器。电磁阀7，前、后各九个。
[0049]
九个文丘里喷嘴6和九个后电磁阀7位于空气浴预升温恒温槽内，其中，文丘里喷嘴6并联固定在空气浴预升温恒温槽的安装孔内，其后端与后电磁阀7管路连接；空气浴预升温恒温槽内设置有加热器，侧壁设置有温度传感器和压力传感器，压力传感器位于文丘里喷嘴6前方，用于测量文丘里喷嘴6的前端压力。饱和器9和混合室10，位于水浴恒温槽内。
[0050]
借助由不锈钢制成、内径4mm的管路，气瓶2依次与减压阀1、分子筛干燥器3、压力调节器、前电磁阀7、文丘里喷嘴6以及后电磁阀7相连，其中，压力调节器、前电磁阀7、文丘里喷嘴6以及后电磁阀7为一一对应关系，每个文丘里喷嘴6的前、后电磁阀7与plc可编程逻辑控制器的同一个引脚相连，通过plc引脚的通断控制电磁阀7的通断；通过调节压力调节器将文丘里喷嘴6前端压力抬高，使其前后端压力比稳定在阈值，从而保证文丘里喷嘴6中的流量处于设定值状态。然后对应湿气流的后电磁阀7，经压力调节器后，依次与饱和器9和混合室10相连；对应干气流的后电磁阀7，经压力调节器后，接与混合室10相连；混合室10出口与输出气路11相连。
[0051]
本实施例的分流式湿度发生装置的工作原理是：通过管路，气瓶2内的高纯气体，经减压阀1减压后进入分子筛干燥器3，使气体中的水分充分吸附，本底值小于-75℃dp；随后，经压力调节器将湿气压力调节到合适值后，经前电磁阀7进入温度达到预设值的空气浴预升温恒温槽内，依次经过文丘里喷嘴6和后电磁阀7，进入温度达到预设值的饱和温度控制装置8内，其中，湿气流通过压力调节器调节压力，至背压比满足临界条件后，进入饱和器9，充分增湿后流入混合室10；干气流通过压力调节器调节压力，至背压比满足临界条件后，直接进入混合室10；干湿气流在混合室10内充分混合后，进入输出气路11。
[0052]
在干气流量恒定为1000ml/min、阈值为15的工况下，本实施例的分流式湿度发生装置的使用方法：
[0053]
1、开启预升温温度控制装置5的空气浴预升温恒温槽和饱和温度控制装置8，通过485总线设置两者内部温度分别为12℃和10℃。
[0054]
2、算出气瓶2的输出气压，即大气压与阈值的乘积，为1.5bar；打开气瓶2阀门，旋转减压阀1，使输出气流压力达到1.5bar。
[0055]
3 、设置-50℃dp的湿气露点值；打开用于干气输送的文丘里喷嘴6的前、后电磁阀7，使干气流量以1000ml/min的恒定速度输送；控制器，根据10℃的饱和温度、-50℃dp的湿气露点值和1000ml/min的干气流量，通过公式（1）-（4）计算出对应的湿气流量为9ml/min，开启流量值分别为1ml/min和8ml/min的两个用于湿气输送的文丘里喷嘴6，及其前后的电磁阀7；调节压力调节器，使开启的两个用于湿气输送的文丘里喷嘴6的前后端压力比达到阈值15；则最终输出气路11输出的气流即为-50℃dp的湿气。
[0056]
4、如需将湿气露点值更换到-40℃dp，设置-40℃dp的湿气露点值；控制器，根据已知的-40℃dp湿气露点值和1000ml/min的干气流量，通过公式（1）-（4）计算出对应的湿气流量为31ml/min，开启流量值分别为1ml/min、2ml/min、4ml/min、8ml/min和16ml/min的六个
文丘里喷嘴6，及其前后的电磁阀7；调节压力调节器，使开启的两个用于湿气输送的文丘里喷嘴6前后端压力比达到阈值15；则最终输出气路11输出的气流即为-40℃dp的湿气。
[0057]
5、关机时，首先关闭气瓶2阀门，旋转减压阀1，关闭气流。关闭预升温温度控制装置5和恒温槽8。最后关闭电磁阀7和压力调节器、控制器。
[0058]
实施例二
[0059]
本实施例的分流式湿度发生装置，适用于湿气流量恒定，干气流量可调节的情况，包括气源、减压阀1、压力调节装置、文丘里喷嘴6、控制系统、温度控制装置、饱和器9、混合室10、输出气路11和压力传感器。
[0060]
气源为气瓶2。
[0061]
压力调节装置4，为压力定值器。
[0062]
文丘里喷嘴6，共七个，其中，六个用于输送干气流，其流量值分别为1ml/min、2ml/min、4ml/min、8ml/min、16ml/min和32ml/min；一个用于输送湿气流，其流量为800 ml/min。
[0063]
温度控制装置，包括预升温温度控制装置5和饱和温度控制装置8。预升温温度控制装置5，为水浴预升温恒温槽，由内径150mm、壁厚8mm、长度120mm的圆柱形侧壁和前后端面构成，端面设计七个文丘里喷嘴6的安装孔。饱和温度控制装置8，包括加热带和隔热棉，隔热棉位于加热带外侧。
[0064]
控制系统包括控制器和电磁阀7。控制器，为单片机。电磁阀7，前、后各六个。
[0065]
七个文丘里喷嘴6和六个后电磁阀7位于水浴预升温恒温槽内，其中，文丘里喷嘴6并联固定在水浴预升温恒温槽的安装孔内，用于输送干气流的文丘里喷嘴6的后端与后电磁阀7管路连接；压力传感器位于文丘里喷嘴6前方，用于测量文丘里喷嘴6的前端压力。饱和器9和混合室10，位于饱和温度控制装置8内。
[0066]
借助由紫铜钢制成、内径6mm的管路，气瓶2经减压阀1和压力定值器，一路依次与前电磁阀7、用于输送干气流的文丘里喷嘴6、后电磁阀7、压力定值器、饱和器9和混合室10相连，其中，压力定值器、前电磁阀7、文丘里喷嘴6以及后电磁阀7为一一对应关系，每个文丘里喷嘴6的前、后电磁阀7与单片机的同一个引脚相连，通过单片机引脚的通断控制电磁阀7的通断；另一路依次与用于输送湿气流的文丘里喷嘴6、压力定值器、和混合室10相连；混合室10出口与输出气路11相连。
[0067]
实施例三
[0068]
与实施例一不同之处在于：
[0069]
文丘里喷嘴6，共十六个，用于干气输送和湿气输送的各八个，且流量值都分别为1ml/min、2ml/min、4ml/min、8ml/min、16ml/min和32ml/min。