本發(fā)明涉及一種濕度發(fā)生方法及控制裝置，更具體地說，本發(fā)明涉及一種基于分流法的自適應(yīng)濕度發(fā)生方法及控制裝置，可以自動發(fā)生標(biāo)準(zhǔn)濕度的氣體。

背景技術(shù)：

如今，濕度測量在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)保、軍事裝備甚至生命安全等領(lǐng)域的作用越來越明顯，露點測量法作為眾多濕度測量方法中最精密的一種，廣泛應(yīng)用于各種濕度測量儀器儀表中。然而不管應(yīng)用何種原理、何種設(shè)備測量露點，工作溫度環(huán)境的變化會導(dǎo)致傳感器產(chǎn)生溫漂；器件長時間使用會改變其性能；分析檢測電路的漂移等因素都會影響檢測的準(zhǔn)確性，妨礙露點測量設(shè)備的正常工作，由此需要對設(shè)備器件校準(zhǔn)。而分流式濕度發(fā)生器就是用于校準(zhǔn)露點測量儀器的設(shè)備。

目前分流式濕度發(fā)生器一般由干燥氣源按一定的比例分成兩部分，一路進入飽和器成為飽和濕氣，飽和濕氣與另一股干氣在混合室混合，通過調(diào)整濕氣與干氣的混合比例達到配比需要濕度氣體的目的。目前多數(shù)此類濕度發(fā)生器設(shè)備通常只能發(fā)生高濕度氣體，難以發(fā)生滿足校準(zhǔn)露點測量儀器所需要的低濕度氣體；如果發(fā)生低濕度氣體，則質(zhì)量流量控制器難以滿足控制精度，導(dǎo)致發(fā)生濕度偏差較大，因此并不能完全滿足校準(zhǔn)露點測量儀器的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供了一種基于分流法的自適應(yīng)濕度發(fā)生方法及控制裝置，使得露點達到-60℃，改善現(xiàn)有濕度發(fā)生器發(fā)生露點溫度高的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于分流法的自適應(yīng)濕度發(fā)生控制裝置，包括濕度發(fā)生器和電腦上位機，濕度發(fā)生器內(nèi)包括下位機控制器、減壓閥、四個質(zhì)量流量控制器、單向閥、飽和器、流量調(diào)節(jié)閥、溫度及壓力傳感器。干氣氣源經(jīng)減壓閥與三個質(zhì)量流量控制器相連將干氣分為三路。第一路干氣經(jīng)單向閥通入飽和器飽和后作為飽和濕氣與第二路干氣混合成為一級氣，混合后的一級氣經(jīng)過第四個質(zhì)量流量控制器與第三路干氣混合成為發(fā)生氣。發(fā)生氣經(jīng)管路引出機箱外用于校準(zhǔn)露點測量儀器。濕度發(fā)生器發(fā)生的濕氣的濕度的控制是由電腦上位機控制下位機控制器，從而控制四路質(zhì)量流量控制器將四路氣體按比例混合來實現(xiàn)的。

所述干氣氣源為露點低于-70的干燥空氣或高純氮氣。

所述溫度傳感器用于測量飽和器溫度，壓力傳感器用于測量一級氣的壓力。

所述電腦上位機采用遺傳算法計算出四個質(zhì)量流量控制器的控制流量，并通過與濕度發(fā)生器的下位機控制器進行實時通訊，從而控制其發(fā)生固定露點氣體，同時監(jiān)控濕度發(fā)生器運行情況。

本發(fā)明的有益效果是：

1、結(jié)構(gòu)簡單、造價較低。

2、操作方便，適應(yīng)度高

通過在計算機上輸入要發(fā)生的濕度，然后計算機自動計算并控制四路質(zhì)量流量控制器發(fā)生流量，從而控制發(fā)生器發(fā)生的濕氣濕度。

3、發(fā)生濕氣濕度范圍廣

本濕度發(fā)生器輸出的濕氣采用二級濕氣發(fā)生原理，因此發(fā)生濕氣濕度可以比傳統(tǒng)分流式濕度發(fā)生器更低，濕度范圍更廣，因此通用性更強。

附圖說明

圖1是本濕度發(fā)生控制裝置的組成框圖。

圖2是本濕度發(fā)生控制裝置中的濕度發(fā)生器的原理圖。

其中，1、干氣氣源2、減壓閥3-6、質(zhì)量流量控制器7、單向閥8、飽和器9、溫度傳感器10、壓力傳感器11、流量調(diào)節(jié)閥12、一級氣13、發(fā)生氣

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。

如圖1所示的是本濕度發(fā)生控制裝置的組成框圖。該裝置主要由濕度發(fā)生器和電腦上位機兩部分組成。其中濕度發(fā)生器主要組成部分為：一級干氣質(zhì)量流量控制器、一級濕氣質(zhì)量流量控制器、二級干氣質(zhì)量流量控制器、二級濕氣質(zhì)量流量控制器、飽和器、溫度及壓力傳感器、下位機控制器。電腦上位機用于與濕度發(fā)生器實時通訊，控制濕度發(fā)生器自動發(fā)生設(shè)定的露點溫度的氣體，對濕度發(fā)生器四路質(zhì)量流量控制器實際輸出的流量、飽和器溫度進行監(jiān)測。

如圖2所示是濕度發(fā)生器的原理圖。干氣氣源1經(jīng)過減壓閥2分別連接質(zhì)量流量控制器3、4、5，質(zhì)量流量控制器3、4、5分別用于調(diào)節(jié)一級干氣、一級濕氣和二級干氣的流量；一級濕氣經(jīng)過單向閥7和飽和器8與一級干氣混合后分別通入一級流量調(diào)節(jié)閥11和質(zhì)量流量控制器6；一級流量調(diào)節(jié)閥11用于調(diào)節(jié)一級氣12的排空流量，當(dāng)一級氣壓力過小時此閥要適當(dāng)關(guān)閉，以保證質(zhì)量流量控制器6有足夠的供氣壓力；二級濕氣與二級干氣混合為發(fā)生氣13輸出。

所述單向閥7是為了防止飽和器里的水倒灌進入質(zhì)量流量控制器4。

所述四個質(zhì)量流量控制器由下位機控制器進行流量的控制與監(jiān)測。

所述飽和器中安裝有溫度傳感器9，出氣處安裝有壓力傳感器10，兩個傳感器測得的參數(shù)同樣由下位機控制器進行監(jiān)測。

所述電腦上位機與下位機控制器利用modbus通訊協(xié)議進行實時通訊，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可擴展性，上位機向下位機傳送四路質(zhì)量流量控制器的控制參數(shù)，下位機向上位機傳輸四路質(zhì)量流量控制器得監(jiān)測值、溫度和壓力傳感器的測量值。

所述上位機提供人機界面，實現(xiàn)與下位機的實時通訊。通過調(diào)用遺傳算法計算，來輔助實現(xiàn)對四路質(zhì)量流量控制器的控制流量的計算。用戶在上位機人機界面上輸入要發(fā)生的濕氣的露點溫度及干氣氣源的露點溫度，濕度發(fā)生器則可以自動發(fā)生出設(shè)定露點的氣體，同時通過上位機人機界面可以實時監(jiān)測通過四路質(zhì)量流量控制器的氣體流量、飽和器溫度和一級氣壓力。

流量計算：

當(dāng)用戶在上位機輸入發(fā)生露點時，則自動調(diào)用遺傳算法計算，計算出四個質(zhì)量流量控制器的控制流量。首先隨機確定一級濕氣的流量，再分別計算出一級干氣、二級濕氣和二級干氣的流量，然后根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)運用遺傳算法計算出最佳的一級濕氣的流量，從而確定其他三路氣體的流量。

(1)飽和水汽壓的計算公式選用改進的magnus公式

水面飽和水汽壓：

ew(t)＝610.78e^{17.269(t-273.16)/(t-35.86)}(1.1)

t：熱力學(xué)溫度(k)

冰面飽和水汽壓：

ei(t)＝610.78e^{21.87(t-273.16)/(t-7.66)}(1.2)

(2)一級氣流量的確定

設(shè)一級干氣流量為qfd，一級濕氣流量為qfw，二級濕氣發(fā)生的最大流量為qmsw。

一級氣由一級干氣和一級濕氣混合而成，一級氣的濕度直接決定了發(fā)生氣的露點發(fā)生范圍。首先確定一級氣總流量為二級濕氣發(fā)生最大流量的2.5倍即2.5qmsw，一級濕氣的流量由遺傳算法確定，則一級干氣流量可求得：

qfd＝2.5qmsw-qfw(1.3)

(3)一級氣飽和水汽壓的計算

設(shè)干氣水汽壓為ed，干氣的體積為vd；濕氣水汽壓為ew，濕氣的體積為vw；一級氣水汽壓為ef，一級氣的體積為vf；干氣單位時間內(nèi)通過質(zhì)量流量控制器的流量為qfd，濕氣單位時間內(nèi)通過質(zhì)量流量控制器的流量為qfw，一級氣由一路干氣和一路飽和濕氣混合而成，則由道爾頓分壓定律可得：

ewvw+edvd＝efvf(1.4)

可以得到：

其中：ed可由標(biāo)準(zhǔn)儀器進行測得，為恒定值，濕氣水汽壓ew可根據(jù)測得的飽和器溫度由式(1.1)計算得出。

(4)二級干氣流量的計算

設(shè)二級濕氣流量為qsw，二級干氣流量為qsd，發(fā)生露點設(shè)定值為t，發(fā)生氣水汽壓為e，發(fā)生氣總流量為q，二級氣由一級氣作為二級濕氣和二級干氣混合而成，由式(1.5)得：

可以得到：

其中q根據(jù)需求進行設(shè)定，發(fā)生氣水汽壓e可根據(jù)發(fā)生露點設(shè)定值t帶入式(1.1)或(1.2)得到，(當(dāng)t≥0時用式(1.1)，當(dāng)t＜0時用式(1.2))。

從而得到：

qsw＝q-qsd(1.8)

(5)遺傳算法適應(yīng)度函數(shù)

設(shè)一級濕氣、一級干氣、二級濕氣和二級干氣的量程分別為rfw、rfd、rsw、rsd。由于質(zhì)量流量控制器在滿量程的百分之十以上才能保證較高的控制精度，因此確定適應(yīng)度函數(shù)如下：

f(qfw)＝4-((rfw-qfw)/rfw+(rfd-qfd)/rfd+(rsw-qsw)/rsw+(rsd-qsd)/rsd)(1.9)

式中qfw隨機產(chǎn)生，qfd、qsw和qsd可由式1.1-1.10計算得出。

遺傳算法控制器參數(shù)設(shè)置：

(1)染色體編碼方式選擇：編碼方式選用二進制符號串進行編碼，長度選為rfw用二進制表示的位數(shù)；

(2)初始群體：在rfw范圍內(nèi)隨機生成初始群體，群體大小設(shè)為40；

(3)選擇算子：選用較為容易實現(xiàn)的輪盤賭選擇；

(4)終止代數(shù)：100；

(5)交叉概率：0.6；

(6)變異概率：0.05.

本濕度發(fā)生控制裝置工作時，首先將干燥氣源連接至濕度發(fā)生器，將濕度發(fā)生器出氣口接至被檢露點儀，將濕度發(fā)生器與上位機成功進行通訊。在上位設(shè)定要發(fā)生的流量、發(fā)生露點值和干氣氣源露點值，則上位機軟件會自動計算出濕度發(fā)生器四路質(zhì)量流量控制器的控制量，并將數(shù)據(jù)傳輸至下位機控制器，即可輸出設(shè)定露點的濕氣了。在此期間可通過上位機界面實時對濕度發(fā)生器四路質(zhì)量流量控制器實際輸出的流量、飽和器溫度、一級氣壓力進行監(jiān)測。