本發(fā)明涉及一種用于滲透法濕度發(fā)生器中的氣源濕度恒溫干燥系統(tǒng)，屬于環(huán)境測(cè)量領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

濕度的測(cè)量與控制，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中具有重要意義。因?yàn)闈穸扔绊懼匀唤绲奈锢?、化學(xué)和生物過(guò)程；影響氣體的多個(gè)方面的特性，包括熱、電、光和傳遞過(guò)程；還會(huì)影響材料中的水分含量，導(dǎo)致材料的尺寸發(fā)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(cè)量與控制還廣泛應(yīng)用于航空、航天、倉(cāng)儲(chǔ)、氣象、電力、石油化工、半導(dǎo)體制造、原子能、微電子、超高純氣體供給系統(tǒng)等領(lǐng)域。濕度測(cè)量已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和國(guó)際有關(guān)技術(shù)委員會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。在ISO9000質(zhì)量體系認(rèn)證、ISO17025實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可中均對(duì)濕度控制有明確的要求。一個(gè)良好的環(huán)境質(zhì)量可減少由此引發(fā)的技術(shù)爭(zhēng)端、保證產(chǎn)品質(zhì)量。另外，隨著石油化工、電子、電力、冶金等現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，宇航、原子能、超低溫等尖端科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，低濕測(cè)量與控制日益受到人們的重視，并得到廣泛運(yùn)用。隨著石油化工、電子、電力、冶金等現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，宇航、原子能、超低溫等尖端科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，目前對(duì)于低濕測(cè)量需求也日益增加。

滲透法濕度發(fā)生器設(shè)計(jì)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(dāng)膜的一側(cè)與純水接觸，另一側(cè)流過(guò)一股干氣時(shí)，由于膜兩側(cè)的水氣分壓不同，于是水氣通過(guò)膜向另一側(cè)滲透。由滲透管滲透出來(lái)的水氣用恒定流量的干載氣全部載帶出來(lái)，經(jīng)過(guò)均勻混合后輸出，得到水蒸氣含量一定的濕氣。當(dāng)改變溫度、干氣流量或更換不同滲透率的滲透管時(shí)，就能獲得不同濕度的氣體。物質(zhì)透過(guò)滲透膜的滲透率取決于所用物質(zhì)本身的性質(zhì)、組成成分、滲透膜的面積、溫度和膜兩側(cè)的壓力梯度。

根據(jù)國(guó)標(biāo)JJG2046-90《濕度計(jì)量器具檢定系統(tǒng)》，低濕測(cè)量?jī)x表的校準(zhǔn)可以采取圖1所示的兩種方式。從中可以看出濕度發(fā)生器是濕度儀表校準(zhǔn)過(guò)程中必不可少的。為了使得濕度發(fā)生器能夠最大程度地發(fā)揮作用，對(duì)空氣進(jìn)行干燥處理形成穩(wěn)定流量的符合各種指標(biāo)要求的低濕度空氣是濕度發(fā)生器必然的配置，但目前沒(méi)有較好的裝置可以實(shí)現(xiàn)類似的功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種氣源濕度恒溫干燥系統(tǒng)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案：

一種氣源濕度恒溫干燥系統(tǒng)，包括氣源子系統(tǒng)和恒溫箱子系統(tǒng)，其中所述氣源子系統(tǒng)由空氣壓縮機(jī)、浮子流量計(jì)、空氣干燥機(jī)和質(zhì)量流量計(jì)構(gòu)成，所述恒溫箱子系統(tǒng)由多個(gè)閥門(mén)和多個(gè)滲透室構(gòu)成；所述空氣壓縮機(jī)、浮子流量計(jì)、空氣干燥機(jī)和質(zhì)量流量計(jì)按照空氣進(jìn)入的方向依次設(shè)置，所述多個(gè)滲透室包括第一滲透室、第二滲透室和第三滲透室，三個(gè)滲透室分布對(duì)稱，并列設(shè)置，所述多個(gè)閥門(mén)包括第一閥門(mén)和第二閥門(mén)分別設(shè)置在三個(gè)滲透室的兩端。

優(yōu)選的，上述多個(gè)滲透室內(nèi)部均設(shè)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(yōu)選的，上述滲透管置于100℃的恒溫槽中，放置24小時(shí)，按選定的時(shí)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(yōu)選的，上述干燥系統(tǒng)首先通過(guò)無(wú)油空氣壓縮機(jī)從周圍環(huán)境中吸收空氣，經(jīng)過(guò)壓縮給氣體加壓同時(shí)去油，氣體進(jìn)入恒溫箱子系統(tǒng)中的滲透室，與水蒸氣混合，浮子流量計(jì)設(shè)置在空氣壓縮機(jī)和空氣干燥機(jī)之間；質(zhì)量流量計(jì)設(shè)置在氣源子系統(tǒng)和恒溫箱子系統(tǒng)之間。

優(yōu)選的，空氣依次經(jīng)過(guò)氣源子系統(tǒng)中的空氣壓縮機(jī)、浮子流量計(jì)、空氣干燥機(jī)和質(zhì)量流量計(jì)成為干燥載氣，再經(jīng)過(guò)恒溫箱子系統(tǒng)，從多個(gè)滲透室后形成低濕氣體。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的氣源濕度恒溫干燥系統(tǒng)，采用了流量控制裝置的方式使得準(zhǔn)確度大大提高，通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)的使用實(shí)現(xiàn)了精調(diào)流量，使得整體的恒溫干燥系統(tǒng)不僅進(jìn)行了干燥，同時(shí)保證了精度高調(diào)節(jié)速度快。

附圖說(shuō)明

圖1(a)和圖1(b)為濕度儀表校準(zhǔn)框圖；

圖2為本發(fā)明氣源濕度恒溫干燥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(a)為A型結(jié)構(gòu)滲透管結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(b)為B型結(jié)構(gòu)滲透管結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(c)為C型結(jié)構(gòu)滲透管結(jié)構(gòu)示意圖。

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

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種氣源濕度恒溫干燥系統(tǒng)，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明提供的氣源濕度恒溫干燥系統(tǒng)，包括氣源子系統(tǒng)1和恒溫箱子系統(tǒng)2，其中氣源子系統(tǒng)1由空氣壓縮機(jī)11、浮子流量計(jì)12、空氣干燥機(jī)13和質(zhì)量流量計(jì)14構(gòu)成，恒溫箱子系統(tǒng)2由多個(gè)閥門(mén)和多個(gè)滲透室構(gòu)成；空氣壓縮機(jī)11、浮子流量計(jì)12、空氣干燥機(jī)13和質(zhì)量流量計(jì)14按照空氣3進(jìn)入的方向依次設(shè)置，多個(gè)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(gè)滲透室分布對(duì)稱，并列設(shè)置，多個(gè)閥門(mén)包括第一閥門(mén)24和第二閥門(mén)25分別設(shè)置在三個(gè)滲透室的兩端。

氣源子系統(tǒng)1包括無(wú)油空氣壓縮機(jī)11、、浮子流量計(jì)12、空氣干燥器13和質(zhì)量流量計(jì)14，它為濕度發(fā)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(chǎn)生的水蒸氣充分混合，作為水蒸氣的載體。在本實(shí)施例中，采用一臺(tái)無(wú)油空氣壓縮機(jī)和一臺(tái)空氣干燥機(jī)來(lái)制備干燥載氣。無(wú)油空氣壓縮機(jī)從周圍環(huán)境中吸收空氣，經(jīng)過(guò)壓縮給氣體加壓同時(shí)去油。去油的目的是為了后續(xù)在干燥機(jī)中達(dá)到最佳干燥效果。

經(jīng)過(guò)空氣壓縮機(jī)的氣體具有了一定的壓力和流速，之后進(jìn)入空氣干燥機(jī)。最終輸出低濕氣體中的含水量應(yīng)該是全部由滲透管產(chǎn)生的，這樣可以根據(jù)滲透管的材料、形狀、溫度計(jì)算出滲透率，從而能夠產(chǎn)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(dá)到可以忽略的程度。經(jīng)過(guò)空氣干燥機(jī)后，氣體進(jìn)入恒溫箱中的滲透室，與水蒸氣混合。

為了達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的，在空氣壓縮機(jī)和空氣干燥機(jī)之間接有一個(gè)浮子流量計(jì)；在空氣干燥機(jī)和恒溫箱之間接有一個(gè)質(zhì)量流量計(jì)。浮子流量計(jì)的作用是粗調(diào)流量，對(duì)精度要求不高，但由于空氣壓縮機(jī)輸出的氣體具有較大的壓力，因而在強(qiáng)度方面要求浮子流量計(jì)能夠承受較大的壓力。質(zhì)量流量計(jì)的作用是精調(diào)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(duì)質(zhì)量流量計(jì)的要求是精度高，調(diào)節(jié)速度快。

由于滲透法濕度發(fā)生器屬于低露點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器，故氣源采用干燥的空氣，要求氣源的露點(diǎn)低于-70℃，需增加空氣干燥機(jī)對(duì)輸入的氣體進(jìn)行干燥處理。

干燥機(jī)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(yōu)秀?；钚匝趸X在有強(qiáng)大吸附能力的同時(shí)還綜合具備了許多優(yōu)良的物理及化學(xué)性能。因此，在大多數(shù)干燥器首選活性氧化鋁，特別在無(wú)熱再生情況下，活性氧化鋁幾乎是獲取高于-40℃露點(diǎn)溫度壓縮空氣的必然選擇。但是，該吸附劑在低水分環(huán)境下的吸附能力遠(yuǎn)不如分子篩，所以在獲取低干燥壓縮空氣，例如露點(diǎn)溫度低于-60℃時(shí)，則需選擇分子篩。

分子篩熱穩(wěn)定性好、化學(xué)穩(wěn)定性高和吸附性能強(qiáng)的特點(diǎn)。從吸附性質(zhì)來(lái)講，與活性炭、硅膠、氧化鋁等其它吸附劑比較，其特點(diǎn)是：

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

（2）分子篩孔道中，相對(duì)孔壁會(huì)產(chǎn)生力場(chǎng)疊加的現(xiàn)象，使其吸附性有明顯提高，故在較高溫下仍有相當(dāng)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(zhì)分子直徑，而且受其極性的影響，如對(duì)極性分子，特別對(duì)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(gòu)烷烴、氯乙烷、溴乙烷、丁醇等有機(jī)溶劑。

流量控制器采用質(zhì)量流量計(jì)，質(zhì)量流量計(jì)準(zhǔn)確度較以前大大提高，準(zhǔn)確度可達(dá)1%，滿足滲透法濕度發(fā)生的需要。

恒溫箱子系統(tǒng)2由三個(gè)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(gè)閥門(mén)：第一閥門(mén)24和第二閥門(mén)25組成。三個(gè)滲透室的分布應(yīng)當(dāng)是對(duì)稱的，這樣有利于熱量的均勻分布，同時(shí)在選材上要選擇合適的材料，做到既有利于熱量傳導(dǎo)，又能夠減輕重量。另外需要注意的是，滲透室兩端的閥門(mén)必須同步切換，這樣才能保證不同濕度的氣體不會(huì)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(tǒng)采用的是B型結(jié)構(gòu)，主要考慮方便制作。因?yàn)锳型結(jié)構(gòu)需要把滲透管與不銹鋼管連接起來(lái)；C型結(jié)構(gòu)需要把滲透管與玻璃管連接起來(lái)。這兩種鏈接密封性不足，很容易造成由于密封不好而產(chǎn)生的水分外漏。

對(duì)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(wěn)定的聚四氟乙烯或聚四氟乙烯丙烯材料，要求管壁均勻、無(wú)缺陷和機(jī)械損傷。當(dāng)滲透管的管壁厚度大于0.5mm時(shí)滲透率較小，壁厚小于0.2mm時(shí)強(qiáng)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(shù)可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。

其次是滲透管的預(yù)處理。因?yàn)闈B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)。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(zhì)。這些物質(zhì)如不徹底清除將使其對(duì)水的滲透速率隨時(shí)間而發(fā)生變化，從而影響滲透率的穩(wěn)定性。所以在制作滲透管時(shí)需要進(jìn)行預(yù)處理，用水和適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)溶劑進(jìn)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(shí)間，這是獲得穩(wěn)定的滲透性能必不可少的程序。

最后是滲透管的滲透率標(biāo)定。由于制作工藝和材料結(jié)構(gòu)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(duì)于在同一環(huán)境下不同的滲透管則有不同的滲透率。對(duì)于每一支滲透管，其滲透率的數(shù)值要單獨(dú)進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定的方法是采用稱重法?？紤]到管型、水氣壓性質(zhì)和合適的滲透率，滲透管通常在100℃下進(jìn)行標(biāo)定。其方法是將滲透管置于100℃的恒溫槽中，放置一定的時(shí)間，通常為24h，按選定的時(shí)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(fā)明的工作原理是：空氣3依次經(jīng)過(guò)氣源子系統(tǒng)1中的空氣壓縮機(jī)11、浮子流量計(jì)12、空氣干燥機(jī)13和質(zhì)量流量計(jì)14后成為干燥載氣4，再經(jīng)過(guò)恒溫箱子系統(tǒng)2，從多個(gè)滲透室（21、22、23）后形成低濕氣體5。

空氣干燥機(jī)13來(lái)制備干燥載氣。無(wú)油空氣壓縮機(jī)11從周圍環(huán)境中吸收空氣3，經(jīng)過(guò)壓縮給氣體3加壓同時(shí)去油。去油的目的是為了后續(xù)在空氣3干燥機(jī)13中達(dá)到最佳干燥效果。經(jīng)過(guò)空氣壓縮機(jī)11的氣體具有了一定的壓力和流速，之后進(jìn)入空氣干燥機(jī)13。在設(shè)計(jì)方案中，最終輸出低濕氣體中的含水量應(yīng)該是全部由滲透管產(chǎn)生的，這樣可以根據(jù)滲透管的材料、形狀、溫度計(jì)算出滲透率，從而能夠產(chǎn)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(dá)到可以忽略的程度。經(jīng)過(guò)空氣干燥機(jī)13后，氣體進(jìn)入恒溫箱子系統(tǒng)2中的滲透室21、22、23，與水蒸氣混合。為了達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的，在空氣壓縮機(jī)11和空氣干燥機(jī)13之間接有一個(gè)浮子流量計(jì)12；在空氣干燥機(jī)13和恒溫箱子系統(tǒng)2之間接有一個(gè)質(zhì)量流量計(jì)14，如圖2所示。浮子流量計(jì)12的作用是粗測(cè)流量，對(duì)精度要求不高，但由于空氣壓縮機(jī)11輸出的氣體具有較大的壓力，因而在強(qiáng)度方面要求浮子流量計(jì)12能夠承受較大的壓力。質(zhì)量流量計(jì)14的作用是精測(cè)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(duì)質(zhì)量流量計(jì)14的要求是精度高，穩(wěn)定性好。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的氣源濕度恒溫干燥系統(tǒng)，采用了流量控制裝置的方式使得準(zhǔn)確度大大提高，通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)的使用實(shí)現(xiàn)了精調(diào)流量，使得整體的恒溫干燥系統(tǒng)不僅進(jìn)行了干燥，同時(shí)保證了精度高調(diào)節(jié)速度快。

可以理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。