氣源濕度恒溫干燥系統的制作方法

本發明涉及一種用于滲透法濕度發生器中的氣源濕度恒溫干燥系統，屬于環境測量領域。

背景技術：

濕度的測量與控制，在國民經濟建設中具有重要意義。因為濕度影響著自然界的物理、化學和生物過程；影響氣體的多個方面的特性，包括熱、電、光和傳遞過程；還會影響材料中的水分含量，導致材料的尺寸發生變化，此外濕度還能引起金屬的腐蝕，甚至能決定生物的生死存亡等等。濕度的測量與控制還廣泛應用于航空、航天、倉儲、氣象、電力、石油化工、半導體制造、原子能、微電子、超高純氣體供給系統等領域。濕度測量已成為國際標準化組織和國際有關技術委員會關注的焦點。在ISO9000質量體系認證、ISO17025實驗室認可中均對濕度控制有明確的要求。一個良好的環境質量可減少由此引發的技術爭端、保證產品質量。另外，隨著石油化工、電子、電力、冶金等現代工業的發展，宇航、原子能、超低溫等尖端科學技術的快速發展，低濕測量與控制日益受到人們的重視，并得到廣泛運用。隨著石油化工、電子、電力、冶金等現代工業的發展，宇航、原子能、超低溫等尖端科學技術的快速發展，目前對于低濕測量需求也日益增加。

滲透法濕度發生器設計基于滲透法的原理。滲透法的原理是基于干載氣以一定的流速帶走滲透出某一膜的水氣。當膜的一側與純水接觸，另一側流過一股干氣時，由于膜兩側的水氣分壓不同，于是水氣通過膜向另一側滲透。由滲透管滲透出來的水氣用恒定流量的干載氣全部載帶出來，經過均勻混合后輸出，得到水蒸氣含量一定的濕氣。當改變溫度、干氣流量或更換不同滲透率的滲透管時，就能獲得不同濕度的氣體。物質透過滲透膜的滲透率取決于所用物質本身的性質、組成成分、滲透膜的面積、溫度和膜兩側的壓力梯度。

根據國標JJG2046-90《濕度計量器具檢定系統》，低濕測量儀表的校準可以采取圖1所示的兩種方式。從中可以看出濕度發生器是濕度儀表校準過程中必不可少的。為了使得濕度發生器能夠最大程度地發揮作用，對空氣進行干燥處理形成穩定流量的符合各種指標要求的低濕度空氣是濕度發生器必然的配置，但目前沒有較好的裝置可以實現類似的功能。

技術實現要素：

鑒于上述現有技術的不足之處，本發明的目的在于提供一種氣源濕度恒溫干燥系統。

為了達到上述目的，本發明采取了以下技術方案：

一種氣源濕度恒溫干燥系統，包括氣源子系統和恒溫箱子系統，其中所述氣源子系統由空氣壓縮機、浮子流量計、空氣干燥機和質量流量計構成，所述恒溫箱子系統由多個閥門和多個滲透室構成；所述空氣壓縮機、浮子流量計、空氣干燥機和質量流量計按照空氣進入的方向依次設置，所述多個滲透室包括第一滲透室、第二滲透室和第三滲透室，三個滲透室分布對稱，并列設置，所述多個閥門包括第一閥門和第二閥門分別設置在三個滲透室的兩端。

優選的，上述多個滲透室內部均設置有滲透管，滲透管為聚四氟乙烯或聚四氟乙烯丙烯材料制成，壁厚0.3mm～0.5mm。

優選的，上述滲透管置于100℃的恒溫槽中，放置24小時，按選定的時間間隔周期地稱量滲透管的重量變化，從而得出滲透管的滲透率。

優選的，上述干燥系統首先通過無油空氣壓縮機從周圍環境中吸收空氣，經過壓縮給氣體加壓同時去油，氣體進入恒溫箱子系統中的滲透室，與水蒸氣混合，浮子流量計設置在空氣壓縮機和空氣干燥機之間；質量流量計設置在氣源子系統和恒溫箱子系統之間。

優選的，空氣依次經過氣源子系統中的空氣壓縮機、浮子流量計、空氣干燥機和質量流量計成為干燥載氣，再經過恒溫箱子系統，從多個滲透室后形成低濕氣體。

相較于現有技術，本發明提供的氣源濕度恒溫干燥系統，采用了流量控制裝置的方式使得準確度大大提高，通過質量流量計的使用實現了精調流量，使得整體的恒溫干燥系統不僅進行了干燥，同時保證了精度高調節速度快。

附圖說明

圖1(a)和圖1(b)為濕度儀表校準框圖；

圖2為本發明氣源濕度恒溫干燥系統結構示意圖；

圖3(a)為A型結構滲透管結構示意圖；

圖3(b)為B型結構滲透管結構示意圖；

圖3(c)為C型結構滲透管結構示意圖。

附圖標記：1-氣源子系統；11-空氣壓縮機；12-浮子流量計；13-空氣干燥機；14-質量流量計；2-恒溫箱子系統；21-第一滲透室；22-第二滲透室；23-第三滲透室；24-第一閥門；25-第二閥門；3-空氣；4-干燥載氣；5-低濕氣體。

具體實施方式

本發明提供一種氣源濕度恒溫干燥系統，為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

如圖1所示，本發明提供的氣源濕度恒溫干燥系統，包括氣源子系統1和恒溫箱子系統2，其中氣源子系統1由空氣壓縮機11、浮子流量計12、空氣干燥機13和質量流量計14構成，恒溫箱子系統2由多個閥門和多個滲透室構成；空氣壓縮機11、浮子流量計12、空氣干燥機13和質量流量計14按照空氣3進入的方向依次設置，多個滲透室包括第一滲透室21、第二滲透室22和第三滲透室23，三個滲透室分布對稱，并列設置，多個閥門包括第一閥門24和第二閥門25分別設置在三個滲透室的兩端。

氣源子系統1包括無油空氣壓縮機11、、浮子流量計12、空氣干燥器13和質量流量計14，它為濕度發生器提供干燥載氣。干燥載氣的作用是在滲透室和滲透管產生的水蒸氣充分混合，作為水蒸氣的載體。在本實施例中，采用一臺無油空氣壓縮機和一臺空氣干燥機來制備干燥載氣。無油空氣壓縮機從周圍環境中吸收空氣，經過壓縮給氣體加壓同時去油。去油的目的是為了后續在干燥機中達到最佳干燥效果。

經過空氣壓縮機的氣體具有了一定的壓力和流速，之后進入空氣干燥機。最終輸出低濕氣體中的含水量應該是全部由滲透管產生的，這樣可以根據滲透管的材料、形狀、溫度計算出滲透率，從而能夠產生符合要求的低濕氣體。所以要求水蒸氣的載體的含水量極其低，達到可以忽略的程度。經過空氣干燥機后，氣體進入恒溫箱中的滲透室，與水蒸氣混合。

為了達到調節流量的目的，在空氣壓縮機和空氣干燥機之間接有一個浮子流量計；在空氣干燥機和恒溫箱之間接有一個質量流量計。浮子流量計的作用是粗調流量，對精度要求不高，但由于空氣壓縮機輸出的氣體具有較大的壓力，因而在強度方面要求浮子流量計能夠承受較大的壓力。質量流量計的作用是精調流量，干燥載氣的流量和滲透管的滲透率共同決定了最終輸出氣體的濕度，所以對質量流量計的要求是精度高，調節速度快。

由于滲透法濕度發生器屬于低露點標準濕度發生器，故氣源采用干燥的空氣，要求氣源的露點低于-70℃，需增加空氣干燥機對輸入的氣體進行干燥處理。

干燥機常用的吸附劑有活性氧化鋁和分子篩，就吸附能力而言，這兩種吸附劑都很優秀。活性氧化鋁在有強大吸附能力的同時還綜合具備了許多優良的物理及化學性能。因此，在大多數干燥器首選活性氧化鋁，特別在無熱再生情況下，活性氧化鋁幾乎是獲取高于-40℃露點溫度壓縮空氣的必然選擇。但是，該吸附劑在低水分環境下的吸附能力遠不如分子篩，所以在獲取低干燥壓縮空氣，例如露點溫度低于-60℃時，則需選擇分子篩。

分子篩熱穩定性好、化學穩定性高和吸附性能強的特點。從吸附性質來講，與活性炭、硅膠、氧化鋁等其它吸附劑比較，其特點是：

（1）分子篩具有選擇性吸附的特性，由于分子篩的細孔孔徑大小是一定的，只能吸附能通過這些孔道的分子，對于形狀和大小不同的分子，分子直徑比孔徑大的就不能進入細孔的內部。

（2）分子篩孔道中，相對孔壁會產生力場疊加的現象，使其吸附性有明顯提高，故在較高溫下仍有相當大的吸附容量，如在水蒸汽壓較低的情況下，比硅膠等其它吸附劑有較高的吸附能力，而且在高溫也能保持比較高的吸附能力。

（3）分子篩是極性吸附劑，其吸附作用不僅取決于被吸附物質分子直徑，而且受其極性的影響，如對極性分子，特別對水有很大的親合力。

分子篩有3A、4A、5A三種類型。5A分子篩的孔徑約5A，一般稱為鈣分子篩。它除具有3A、4A分子篩所具有的功效外，還可吸附C3-C4正構烷烴、氯乙烷、溴乙烷、丁醇等有機溶劑。

流量控制器采用質量流量計，質量流量計準確度較以前大大提高，準確度可達1%，滿足滲透法濕度發生的需要。

恒溫箱子系統2由三個滲透室：第一滲透室21、第二滲透室22、第三滲透室23以及兩個閥門：第一閥門24和第二閥門25組成。三個滲透室的分布應當是對稱的，這樣有利于熱量的均勻分布，同時在選材上要選擇合適的材料，做到既有利于熱量傳導，又能夠減輕重量。另外需要注意的是，滲透室兩端的閥門必須同步切換，這樣才能保證不同濕度的氣體不會相互干擾。

在滲透室中放置有滲透管，常用的滲透管類型有三種，如圖3所示。本系統采用的是B型結構，主要考慮方便制作。因為A型結構需要把滲透管與不銹鋼管連接起來；C型結構需要把滲透管與玻璃管連接起來。這兩種鏈接密封性不足，很容易造成由于密封不好而產生的水分外漏。

對滲透管的配置，首先是選擇適宜做滲透管的材料。一般選取性能穩定的聚四氟乙烯或聚四氟乙烯丙烯材料，要求管壁均勻、無缺陷和機械損傷。當滲透管的管壁厚度大于0.5mm時滲透率較小，壁厚小于0.2mm時強度不夠，一般選擇壁厚在0.3mm～0.5mm的管材。不同的滲透面積有不同的滲透率，滲透管的幾何參數可根據需要進行設計。

其次是滲透管的預處理。因為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）以及膜兩側的水汽分壓差等有關。親水材料較憎水材料有較高的滲透率，而前者通常比后者含有較多可溶于水或能被水淬取的物質。這些物質如不徹底清除將使其對水的滲透速率隨時間而發生變化，從而影響滲透率的穩定性。所以在制作滲透管時需要進行預處理，用水和適當的有機溶劑進行清洗和浸泡，并在比工作溫度稍高的溫度下活化（老化處理）一段時間，這是獲得穩定的滲透性能必不可少的程序。

最后是滲透管的滲透率標定。由于制作工藝和材料結構的不均勻性等原因，不可能制造出滲透率完全相同的滲透管。因此，對于在同一環境下不同的滲透管則有不同的滲透率。對于每一支滲透管，其滲透率的數值要單獨進行標定，標定的方法是采用稱重法。考慮到管型、水氣壓性質和合適的滲透率，滲透管通常在100℃下進行標定。其方法是將滲透管置于100℃的恒溫槽中，放置一定的時間，通常為24h，按選定的時間間隔周期地稱量滲透管的重量變化，從而得出滲透管的滲透率。

本發明的工作原理是：空氣3依次經過氣源子系統1中的空氣壓縮機11、浮子流量計12、空氣干燥機13和質量流量計14后成為干燥載氣4，再經過恒溫箱子系統2，從多個滲透室（21、22、23）后形成低濕氣體5。

空氣干燥機13來制備干燥載氣。無油空氣壓縮機11從周圍環境中吸收空氣3，經過壓縮給氣體3加壓同時去油。去油的目的是為了后續在空氣3干燥機13中達到最佳干燥效果。經過空氣壓縮機11的氣體具有了一定的壓力和流速，之后進入空氣干燥機13。在設計方案中，最終輸出低濕氣體中的含水量應該是全部由滲透管產生的，這樣可以根據滲透管的材料、形狀、溫度計算出滲透率，從而能夠產生符合要求的低濕氣體。所以要求水蒸氣的載體的含水量極其低，達到可以忽略的程度。經過空氣干燥機13后，氣體進入恒溫箱子系統2中的滲透室21、22、23，與水蒸氣混合。為了達到調節流量的目的，在空氣壓縮機11和空氣干燥機13之間接有一個浮子流量計12；在空氣干燥機13和恒溫箱子系統2之間接有一個質量流量計14，如圖2所示。浮子流量計12的作用是粗測流量，對精度要求不高，但由于空氣壓縮機11輸出的氣體具有較大的壓力，因而在強度方面要求浮子流量計12能夠承受較大的壓力。質量流量計14的作用是精測流量，干燥載氣的流量和滲透管的滲透率共同決定了最終輸出氣體的濕度，所以對質量流量計14的要求是精度高，穩定性好。

相較于現有技術，本發明提供的氣源濕度恒溫干燥系統，采用了流量控制裝置的方式使得準確度大大提高，通過質量流量計的使用實現了精調流量，使得整體的恒溫干燥系統不僅進行了干燥，同時保證了精度高調節速度快。

可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。