一种气动式饱和盐溶液湿度发生器

摘要

本发明提供了一种气动式饱和盐溶液湿度发生器，其包括由用于实现气源提供的气体与盐溶液水汽平衡预处理的预处理器以及用于在水汽平衡预处理基础上产生饱和湿空气的饱和器组成的发泡室，与发泡室连接的校准室，同时，在饱和器中还设置有微孔发泡头以及用于检测盐溶液温度的第一温度传感器，在校准室中设置有用于检测校准室温度的第二温度传感器。本发明关键之处是以温度传感器替代了以往所有的饱和盐溶液湿度发生器中的恒温槽结构设置，不需要恒温槽的气动式饱和盐溶液湿度发生器具有体积小，便于携带，效率高，只要测温准确度足够高，可以真正做到能复现饱和盐溶液湿度真值，对使用环境无特殊要求等特点。

说明书

技术领域

本发明属于试验仪器领域，涉及到一种利用饱和盐溶液恒湿性原理的气动 式饱和盐溶液湿度发生器，应用于湿度传感器的标定和校准试验。

背景技术

饱和盐溶液的恒湿特性，是指某些盐类的饱和水溶液的表面上的相对湿度 有确定值。利用这个特性复现的湿度真值，可用于标定、校准湿度传感器。

然而，在现有的利用饱和盐溶液恒湿性的湿度传感器校准装置、或饱和盐 溶液湿度发生器中，存在很多影响湿度传感器的标定和校准试验效果的技术问 题，其中最突出的是，几乎所有饱和盐溶液湿度校准装置都需要恒温，例如：

参考文献1（中国实用新型专利号：ZL200420085588.7）所提供的新型湿 度工作标准发生器，是将湿气发生瓶设置于恒温水槽中，其目的在于消除系统 内部温差引起的湿度误差，从而在理想状态下，认为发生器输出的湿空气的湿 度值就是饱和盐溶液的标称湿度值。

参考文献1的问题在于，即使在恒温水槽内，系统内温差不可能完全消除， 因此，恒温槽的控温准确度就限制了湿度发生器的准确度。

同时，由于存在恒温要求，因此导致参考文献1所提供的新型湿度工作标 准发生器体积庞大、结构复杂，控温过程还影响到发生器的响应时间，对使用 环境要求比较高，从而限制了其成为便携式应用的可能。

发明内容

本发明提供一种气动式饱和盐溶液湿度发生器，该发生器不需要设置恒温 槽，具有体积小，便于携带，可以多个湿度点连续发生、产气速度快的特点， 同时，其准确度接近于复现饱和盐溶液湿度真值的水平。

本发明提供方案如下：

本发明实施例提供了一种气动式饱和盐溶液湿度发生器，包括：

通过第一导气元件连接的发泡室和校准室，所述发泡室生成的饱和湿空气 通过所述第一导气元件进入所述校准室；

其中，所述发泡室包括：

用于实现气源提供的气体与盐溶液水汽平衡预处理的预处理容器；

用于在水汽平衡预处理基础上产生饱和湿空气的饱和容器；

所述饱和器中设置有用于检测盐溶液温度的第一温度传感器，所述第一温 度传感器沉浸在所述饱和器的盐溶液中，并与设置于所述发泡室之外的控制器 连接；

所述校准室中设置有用于检测校准室温度的第二温度传感器，所述第二温 度传感器与所述控制器连接；

所述控制器，用于基于所述第一温度传感器检测的盐溶液温度，确定所述 盐溶液温度对应的相对湿度，并基于所述盐溶液温度和所述盐溶液温度对应的 相对湿度，确定所述饱和器产生的饱和湿空气的露点温度；所述控制器，还用 于基于所述第二温度传感器检测到的校准室温度以及所述露点温度，计算校准 室内的湿空气的相对湿度，以便基于校准室内的湿空气的相对湿度值进行湿度 传感器的标校。

优选的，所述预处理容器和饱和器为密闭结构的容器，所述预处理容器和 饱和器内装有同一种盐溶液；

所述第一导气元件的第一端设置于所述饱和器的密封结构下沿，所述第一 导气元件的第二端连接所述校准室的第一端。

优选的，所述预处理器和饱和器通过第二导气元件连接，所述第二导气元 件的第一端设置于所述预处理器的密封结构下沿，所述第二导气元件的第二端 设置于所述饱和器中，所述第二导气元件的第二端设置有微孔发泡头，所述微 孔发泡头沉浸在所述饱和器的盐溶液底部。

优选的，所述预处理器通过第三导气元件连接所述气源，所述第三导气元 件的第一端设置于预处理器的盐溶液底部，所述第三导气元件的第二端连接所 述气源。

优选的，在所述发泡室与气源之间串联有用于检测气体流量的流量计。

优选的，所述气动式饱和盐溶液湿度发生器内包括发泡室组；

所述发泡室组中包括多个并联的发泡室。

优选的，所述发泡室组中的每一个发泡室的气源入口处设置有由所述控制 器控制的电磁阀。

优选的，所述气源、流量计、发泡室组、校准室之间是串联关系。

优选的，所述校准室的第二端为敞口。

优选的，所述第一导气元件连接的发泡室和校准室之间，串接有过滤器。

从以上所述可以看出，本发明提供了一种气动式饱和盐溶液湿度发生器， 其包括由用于实现气源提供的气体与盐溶液水汽平衡预处理的预处理器以及 用于在水汽平衡预处理基础上产生饱和湿空气的饱和器组成的发泡室，与发泡 室连接的校准室，同时，在饱和器中还设置有微孔发泡头以及用于检测盐溶液 温度的第一温度传感器，在校准室中设置有用于检测校准室温度的第二温度传 感器。本发明关键之处是以温度传感器替代了以往所有的饱和盐溶液湿度发生 器中的恒温槽结构设置，不需要恒温槽的气动式饱和盐溶液湿度发生器具有体 积小，便于携带，效率高，只要测温准确度足够高，可以真正做到能复现饱和 盐溶液湿度真值，对使用环境无特殊要求等特点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的气动式饱和盐溶液湿度发生器结构示意图一；

图2为本发明实施例提供的气动式饱和盐溶液湿度发生器结构示意图二。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明 实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所 描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的 本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所 有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域 内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要 求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者 重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似 词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类 似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管 是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系， 当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

如附图1所示，本发明实施例提供了一种气动式饱和盐溶液湿度发生器， 其具体可以包括发泡室1、校准室2以及若干导气元件等。

其中，发泡室1和校准室2通过导气元件31连接，发泡室1生成的饱和 盐溶液气体通过导气元件31进入校准室2。

本发明实施例中，发泡室1内具体可以包括：

用于实现气源4提供的气体与盐溶液水汽平衡预处理的预处理器11；

用于在水汽平衡预处理基础上产生饱和湿空气的饱和器12。

本发明实施例所涉及的预处理器11和饱和器12，具体可为密闭结构和容 器，从而可确保水气平衡过程不会受到外界环境的干扰。在具体组装时，导气 元件够穿过密封结构置于预处理器11和饱和器12内；

饱和器12中设置有用于检测盐溶液温度的第一温度传感器5，第一温度 传感器5沉浸在饱和器12的盐溶液中，并与设置于发泡室12之外的控制器6 连接；

校准室2中设置有用于检测校准室温度的第二温度传感器7，第二温度传 感器7与控制器6连接；

控制器6，用于基于第一温度传感器5检测的盐溶液温度，确定所述盐溶 液温度对应的相对湿度，并基于所述盐溶液温度和所述盐溶液温度对应的相对 湿度，确定饱和容器12中，气泡离开饱和盐溶液时饱和湿空气的露点温度； 控制器6，还用于基于第二温度传感器7检测到的校准室温度以及所述露点温 度，计算校准室2内的湿空气的相对湿度，以便基于校准室2内的湿空气的相 对湿度值进行湿度传感器的标校。

在一具体实施例中，预处理器11和饱和器12具体可为结构相同、透明、 具有密闭结构的容器。

在一具体实施例中，预处理器11和饱和器12内可装有适量的相同饱和盐 溶液（含有适量过饱和盐晶体）。饱和盐溶液高度满足气泡在溶液中存在最短 时间的要求；液面以上必须保持适度空间，以减少气泡爆裂时溶液飞沫随湿空 气输出到容器外。

本发明实施例中，预处理器11和饱和器12可通过导气元件32连接，导 气元件32的第一端设置于预处理器11的密封结构下沿、气体部分的顶部（具 体可如附图1所示），导气元件32的第二端设置于饱和器12中，导气元件32 的第二端设置有微孔发泡头8，微孔发泡头8沉浸在饱和器12的盐溶液中。

本发明实施例中，微孔发泡头8能够产生足够小的气泡。

预处理器11通过导气元件33连接气源4，导气元件33的第一端设置于 预处理器11的盐溶液底部（但不妨碍出气），导气元件33的第二端连接气源 4。

如附图1所示，本发明实施例中，导气元件31的第一端可设置于饱和器 12的密封结构下沿、气体部分的顶部，导气元件31的第二端可连接校准室2 的第一端（底部）。

如附图1所示，本发明实施例所提供的气动式饱和盐溶液湿度发生器中， 气流从气源4开始，按照图1中带箭头的虚线所示方向，经由导气元件33进 入预处理器11，再经由导气元件32进入饱和器12，饱和器12输出的饱和湿 空气经由导气元件31，到达校准室2，离开校准室2后成为尾气排出系统。

本发明实施例提供的气动式饱和盐溶液湿度发生器，依靠气动力，同时搅 拌两个容器（预处理器11和饱和器12）内的饱和盐溶液以及溶液内的过饱和 盐晶体（保证盐晶体分散在整个溶液中）。满足了这样条件，本发明实施例可 以保证溶液在任何气源条件下都是饱和的、且温度是均匀的。

本发明实施例所提供的技术方案中，盐晶体分散在整个溶液中，与参考文 献1所述方案中，将盐晶体放置在“盐笼”或“盐袋”的技术方案完全不同。 由于参考文献1所述方案是将盐晶体放置在“盐笼”或“盐袋”，因而阻隔了 盐晶体与溶液的充分接触，致使参考文献1所述方案中难免出现盐溶液欠饱和 的状态。

而本发明实施例所提供的技术方案中，由于盐晶体与液体充分接触，通过 气动力搅拌，可实现盐溶液的充分饱和，从而克服了参考文献1所述方案所存 在的技术缺陷。

同时，本发明实施例所涉及的微孔发泡头8可是专门设计的，其产生的气 泡尺寸相对于溶液高度足够小，因而可以保证在气泡生命周期内气泡内全部气 体与溶液表面水汽达到充分平衡(注：在本技术文件中，为叙述方便，简称“与 饱和盐溶液进行了充分水汽交换、气泡内已经达到水汽平衡的湿空气为饱和湿 空气”；显然，此处的“饱和湿空气”与标准定义的“饱和湿空气”区别在于： 本文特指“与饱和盐溶液的水汽平衡状态”，而标准定义是指“与纯净水的水 汽平衡状态”)。因此，本发明实施例所提供的气动式饱和盐溶液湿度发生器， 在任何情况下都只需要一个饱和器12即可产生符合要求的饱和湿空气。这一 设计方法不仅简化了结构、增加了可靠性，而且是湿度发生器准确度的最重要 保证。而在参考文献1所述方案中，类似饱和器12的容器需要2至5个，且 没有给出如何确定具体个数的必要说明。

本发明实施例所涉及的相关算法理论，可基于发明人本人的相关论文内容 实现，在此不再赘述。

本发明实施例所涉及的微孔发泡头8，可以直接从饱和器12口进入，浸 泡在溶液中。因此，如果发现微孔发泡头8中的微孔有堵塞现象，可容易从饱 和器12中取出来清洗、或用其他方法清洗。

本发明实施例提供的气动式饱和盐溶液湿度发生器，利用水汽交换量的大 部分发生在水平衡过程中前期的特点，在预处理器11中产生尺寸适度的气泡、 完成绝大部分水汽交换的任务，因此可以减轻在饱和器2中微孔发泡头8中的 微孔堵塞现象。其机理说明如下：当气源4提供的气体湿度低于饱和盐溶液的 湿度时，水汽交换即意味水汽蒸发，水汽蒸发结果导致溶液浅表层内出现过饱 和结晶；当这种情况发生于饱和器12微孔发泡头8的微孔内时，部分结晶沉 积于微孔壁上；长期沉积，最终可导致微孔完全堵塞。预处理器11既已完成 绝大部分水汽交换任务，因此可以大大减少在饱和器12中发泡头中微孔壁上 的晶体沉积，也即延长了设备维护周期。本发明实施例中所涉及的预处理器 11的功能和作用，在现有技术中是不存在的。

在本发明实施例提供的气动式饱和盐溶液湿度发生器，饱和器12中设置 有用于检测盐溶液温度的第一温度传感器5，第一温度传感器5沉浸在饱和器 12的盐溶液中，并与设置于发泡室1之外的控制器6连接。

本发明实施例中所涉及的第一温度传感器5，目的如下：

目的一：根据溶液温度查表确定饱和盐溶液的标称相对湿度值。这也是所 有饱和盐溶液的应用装置或湿度发生器必需的。目的二：根据相对湿度和溶液 温度计算饱和盐溶液表面饱和湿空气的露点温度。根据湿度理论，空气湿度既 可以表示为相对湿度，也可以表示为露点温度；饱和盐溶液的恒湿性主要表现 为当温度变化时相对湿度变化不大，因此，教科书或理化手册中饱和盐溶液的 湿度值均以相对湿度表示；湿空气在传输过程中，由于始末端温度，或路径温 度不同可导致相对湿度不同，但在“绝湿”前提下，湿空气的露点温度始终不 变。根据以上理论，本发明根据第一温度传感器5测得的盐溶液温度，并计算 得到饱和湿空气露点温度不受始、末端以及传输路径温度变化的影响，因此也 没有必要把整个系统放在恒温槽内。

因为输出湿空气的露点温度的准确度取决于溶液温度测量准确度，所以， 第一温度传感器5准确度要求应很高。这与以往的应用是不同的。即使是对第 一温度传感器5准确度提出了很高要求，但是用测温代替恒温，不仅极大地提 高了发生器输出湿空气的准确度，无需恒温的重要意义还在于：简化结构、减 小体积和降低成本；可以便携、应用在现场或野外；而且，无需恒温的湿度发 生器的响应几乎完全取决于饱和湿空气离开溶液后排除尾气需要的时间，可以 真正做到“即插即用”。

由于被校准的湿度传感器多数以相对湿度表示，所以，本发明利用第二温 度传感器7，即设置于校准室2中的温度传感器7，测得校准室2内温度（简 称“干球温度”），并由控制器6根据饱和湿空气的露点温度和校准室内温度计 算出“本地”湿空气的相对湿度。只有校准室2内的“本地”相对湿度才是校 准湿度传感器的真正参考湿度。

在本发明所述的气动式饱和盐溶液湿度发生器中，从气源4经发泡室1 到校准室2的串联气路中，存在连续气压梯度，因此校准室2必定是敞口的。 敞口校准室2不仅方便了安装湿度传感器、又不易受环境湿度的影响。

在本发明一具体实施例中，如附图1、2所示，可在与气源4串联气路中 设置有用于检测气体流量的流量计9。

本发明实施例中，可基于该流量计9所显示的气源4的流量，以监测微孔 发泡头8的堵塞程度：当流量显著下降时提醒使用者需要清洗微孔发泡头8。 流量计9也为用户选择“经济运行模式”（没有必要的大流量增加了不必要的 溶质过度溶解）提供了可能。

如附图1、图2所示，在本发明一具体实施例中，导气元件31连接的发 泡室1和校准室2之间、串接一个空气过滤器10，用于截留绝大部分由于气 泡爆裂时随湿空气输出的溶液飞沫。

如附图2所示，在本发明一具体实施例中，预处理器11、饱和器12、过 滤器10、第一温度传感器5以及互联的导气元件可视为为一个完整的发泡室1。 且在本发明实施例所提供的气动式饱和盐溶液湿度发生器内，可以包括多个这 样的发泡室1，从而形成发泡室组。

当配置多个所述的发泡室时，每一个发泡室1内的预处理器11的进气管 （导气元件33）上设置有电磁阀13，且在不同发泡室中装不同的盐溶液；每 个发泡室有各自独立的电磁阀13，第一温度传感器5与控制器6连接，即多 个发泡室1之间是并联关系。

附图2中虚线小矩形框14是发泡室的简化表示，3个黑圆点是省略的发 泡室。发泡室之间是并联关系，每一个发泡室与气源4、流量计9、校准室2 之间是串联关系。在某一时刻，系统中只有某一个发泡室1被控制器6选中， 与气源4、流量计9以及校准室2串联后进行湿度传感器标校。

本发明实施例充分利用了“饱和盐溶液气体与溶液可分离”条件，用控制 气源4通路以及公用一个校准室2（参考文献1所述的方案中，多个湿度点不 公用一个校准室）的结构设计，解决了多个湿度点之间的自然衔接。选择多 个湿度点，可以覆盖相对湿度的全量程。全量程、多个湿度点的衔接，不仅有 与双压法湿度发生器同样的使用效果，还可以有比双压法湿度发生器更快的湿 度响应。

从以上所述可以看出，本发明提供了的、不需要恒温槽的气动式饱和盐溶 液湿度发生器，其中包括由用于实现气源提供的气体与盐溶液水汽平衡预处理 的预处理其以及用于在水汽平衡预处理基础上产生饱和湿空气的饱和器组成 的发泡室，与发泡室连接的校准室，在饱和器中设置有微孔发泡头以及用于检 测盐溶液温度的温度传感器，在校准室内设置有用于检测校准室温度的第二温 度传感器。本发明针对气动式饱和盐溶液湿度发生器特有的缺点，即溶液飞沫， 以及发泡头微孔堵塞问题采取了一系列经实践证明行之有效的措施。本发明提 供的气动式饱和盐溶液湿度发生器具有精度高，产气快，体积小，便于携带， 可以在野外工作等特点。

以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些 改进和润饰也应视为本发明的保护范围。