專利名稱：開放式恒濕氣體發(fā)生瓶的制作方法
開放式恒濕氣體發(fā)生瓶技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于濕度測量和控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高精度恒濕氣體發(fā)生瓶，是新型標準濕度發(fā)生裝置的核心。
背景技術(shù)：
目前，濕度測量和控制已是很多行業(yè)和部門的普遍需求，新型濕度傳感器及濕度測量、控制儀表得到廣泛的應(yīng)用，相應(yīng)濕度儀表的檢測、標定則是必需的。但在目前，濕度儀表的檢測、標定對于生產(chǎn)、計量、研究等部門仍是難以解決的問題。
作為濕度工作標準，以往的飽和鹽溶液法裝置本身存在諸多局限。其實際裝置多使用類似燒瓶或廣口瓶的容器，內(nèi)裝某種飽和鹽溶液，用橡膠塞密封，靜置使其氣液平衡或是加置于某種形式的攪拌加速氣液平衡。此種靜態(tài)的飽和鹽溶液法裝置，平衡過程需要很長時間；即使在氣態(tài)、液態(tài)有攪動的情況下，仍難較快達到平衡和穩(wěn)定；為達到、保持飽和蒸汽壓的平衡和穩(wěn)定，裝置本身要嚴格密封。但在實際檢定操作過程中，濕度傳感器要反復(fù)頻繁的放入取出，蒸汽壓平衡穩(wěn)定、裝置的嚴格密封都很難把握和實現(xiàn)。耗時費事，難操作、 不穩(wěn)定、不準確，難以滿足現(xiàn)今濕度儀表檢定準確、快速、連續(xù)的需求。
目前歐美日生產(chǎn)的雙溫法、雙壓法、分流法等次級標準濕度發(fā)生裝置，因需嚴格準確的測量控制溫度、壓力、流量及氣體純度，故大多價格昂貴(10 20萬美元)；且仍未能很好地解決快速、連續(xù)標定的問題。在生產(chǎn)場合，濕度儀表檢定要多點同時連續(xù)標定，以上裝置僅能發(fā)生一個濕度標準點，因此需要多臺濕度發(fā)生裝置或反復(fù)調(diào)變標定點。若用多臺濕度發(fā)生裝置會產(chǎn)生過高的設(shè)備費用；用一臺就要反復(fù)調(diào)變標定點，使檢定過程冗長且不能連續(xù)，又會產(chǎn)生過高的檢定費用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是解決現(xiàn)有標準濕度發(fā)生裝置價格昂貴且仍存在不能很好的快速、連續(xù)標定的問題，提供一種開放式恒濕氣體發(fā)生瓶。
本發(fā)明提供的開放式恒濕氣體發(fā)生瓶，包括瓶體，瓶體外壁由上而下設(shè)置一個熱交換管，熱交換管的上端連接進氣管，熱交換管的下端由瓶體底部進入瓶體內(nèi)，瓶體內(nèi)熱交換管的尾端向上并設(shè)置有一個微孔噴頭，微孔噴頭上端面設(shè)置一組與熱交換管連通的微孔紅寶石氣體噴嘴，瓶體上部設(shè)置一個與瓶體內(nèi)連通的出氣管，瓶體內(nèi)壁頸部設(shè)置一個向內(nèi)的環(huán)形臺，環(huán)形臺上懸吊一個鹽袋，瓶體口部設(shè)置一個密封蓋。
所述鹽袋的上端口為一個硬尼龍園環(huán)狀可拆卸鹽袋口，鹽袋的上半部為網(wǎng)狀袋體，鹽袋的下半部為細小孔目薄尼龍網(wǎng)袋兜，網(wǎng)袋兜中盛放無機鹽晶體。
所述的微孔噴頭的下方至少設(shè)置有一個開口向下且與發(fā)生瓶瓶體內(nèi)部連通的防阻塞溢氣孔。
所述的密封蓋上設(shè)置有一個透氣孔，透氣孔上設(shè)置一個密封旋塞。
本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果
本發(fā)明提供的是一種高精度恒濕氣體發(fā)生瓶，是新型標準濕度發(fā)生裝置的核心； 此發(fā)生瓶不是一個實驗樣品，而是可實際應(yīng)用的成熟設(shè)計。以此發(fā)生瓶為核心組成的標準濕度發(fā)生裝置，可以滿足濕度儀器儀表準確、快速、連續(xù)檢測、標定的要求。
在25士0. 1°C均勻恒定水溫、士 100每分毫升穩(wěn)定的凈化空氣流量、分析純氯化鈉飽和鹽溶液、用高精度露點儀檢測，本裝置濕度發(fā)生波動度小于士0. 2% RH，濕度系統(tǒng)發(fā)生準確度可達士0. 3% RH0這一精度達到和超過了國內(nèi)外現(xiàn)有次級標準濕度發(fā)生裝置的最好水平。
本發(fā)明的創(chuàng)新主要在以下幾點
一、此裝置形式、材料和功能設(shè)計均為首創(chuàng)，是前所未有的。
二、發(fā)生瓶內(nèi)外動態(tài)的熱交換設(shè)計，使鹽溶液、浴水、工作載氣均為交互的動態(tài)過程，使溫度均勻、恒定、一致，充分保證了拉烏爾定律的前提條件。
三、微氣泡工作方式的設(shè)計，氣液界面為全動態(tài)狀態(tài)，使氣液快速平衡。
四、微孔噴頭的設(shè)計，微孔噴嘴的設(shè)計、材料的選擇，防阻塞設(shè)計，保證了恒濕源瓶的功能和可靠、穩(wěn)定的工作。
五、鹽袋裝置及形式、材料的設(shè)計?？煞里柡徒Y(jié)晶，工作物料更換、添加方便，工作、 設(shè)備維護方便。
六、發(fā)生瓶的形式、材料。


圖1是開放式恒濕氣體發(fā)生瓶結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1圓柱形瓶體，2進氣管，3微孔噴頭，4防阻塞溢氣孔，5細小孔目尼龍網(wǎng)鹽袋，6出氣管，7密封蓋，8熱交換管，9微孔紅寶石氣體噴嘴，10硬尼龍圓環(huán)狀可拆卸鹽袋口， 11網(wǎng)狀袋體，12透氣孔，13密封旋塞。
具體實施方式
實施例1
如圖1所示開放式恒濕氣體發(fā)生瓶，該發(fā)生瓶包括圓柱形瓶體1，瓶體外壁由上而下設(shè)置一個熱交換管8，熱交換管的上端連接進氣管2，熱交換管的下端由瓶體底部進入瓶體內(nèi)，瓶體內(nèi)熱交換管的尾端向上并設(shè)置有一個微孔噴頭3，微孔噴頭上端面鑲嵌一組與進氣管連通的微孔紅寶石氣體噴嘴9，瓶體上部設(shè)置一個與瓶體內(nèi)連通的出氣管6，瓶體內(nèi)壁頸部設(shè)置一個向內(nèi)的環(huán)形臺，環(huán)形臺上懸吊鹽袋5，瓶體口部設(shè)置一個密封蓋7。
本發(fā)明發(fā)生瓶的具體結(jié)構(gòu)詳述如下
1、圓柱形瓶體由高分子量聚丙烯(PP)材料制成。工作時，殼體浸沒在恒溫水浴中。圓柱形是為減少對殼體外水浴攪拌水流的阻力。圓柱形側(cè)壁厚0.5 0.6mm既保證瓶體有一定的機械強度，又不會因為瓶壁過厚而影響瓶體內(nèi)外液體的熱交換。
2、進氣管2及熱交換管8 載氣進氣及與管外水體熱交換，使管內(nèi)氣體與管外水體溫度一致。由高分子量聚丙烯(PP)材料制成。
3、微孔噴頭由聚四氟噴頭鑲嵌10 20枚微孔紅寶石氣體噴嘴制成。為防止飽和鹽溶液結(jié)晶阻塞微孔噴頭，氣體噴嘴為人造紅寶石，噴嘴氣孔僅為Φ0. 1mm，10 20枚微CN 102507869 A 孔紅寶石噴嘴鑲嵌在聚四氟噴頭上，可有效防止微氣孔被結(jié)晶阻塞。
4、防阻塞溢氣孔4 利用液壓差，在微孔紅寶石噴嘴阻塞時溢氣之用。
5、鹽袋尼龍材料制成。鹽袋的上端口為一個硬尼龍園環(huán)狀袋口 10，可搭卡在瓶口內(nèi)側(cè)的環(huán)形臺上，鹽袋既不會掉入瓶中，又便于取下添加或更換鹽晶體。鹽袋的上半部為尼龍線結(jié)成的網(wǎng)狀袋體11，網(wǎng)狀袋體是使飽和溶液有晶體析出時會更容易附著在袋內(nèi)的晶體上，而不會附著在微孔噴頭上，阻塞微孔噴嘴。鹽袋的下半部為細小孔目尼龍網(wǎng)袋兜，袋兜內(nèi)放入鹽晶體，細目使晶體不會從袋中漏出，但鹽可以溶解從網(wǎng)目中析出。整個鹽袋通過上端口的硬尼龍園環(huán)懸吊在氣體微孔噴頭上方；袋內(nèi)始終保持一定量的鹽晶體，在上升的氣泡沖擊下，鹽袋在溶液中擺動，可使鹽溶液始終維持在飽和狀態(tài)。
6、出氣管與開放式檢定室相通，使開放式恒濕氣體發(fā)生瓶內(nèi)的氣體壓力與外部大氣壓相同。由聚丙烯(PP)材料制成。
7、密封蓋設(shè)有透氣孔12，用于添加物料和維護之用，不用時由密封旋塞13旋緊。 排氣孔也為釋放多級工作時級間積聚的氣體壓力。由聚丙烯(PP)材料制成。
本發(fā)明裝置的工作原理
1、拉烏爾定律(Raoult’ s law)是物理化學(xué)的基本定律。如果溶質(zhì)是不揮發(fā)性的 (這里所用是穩(wěn)定的無機鹽，無揮發(fā)問題)，拉烏爾定律可以表述為——在一定的溫度下，稀溶液的蒸氣壓等于純?nèi)軇┑恼魵鈮号c其摩爾分數(shù)的乘積。即
pA = pA° xA
式中
pA-溶劑的蒸氣壓，溶質(zhì)是不揮發(fā)性時，即為溶液的蒸氣壓；
pA° -純?nèi)軇┑恼魵鈮海?br> xA-溶液中溶劑的摩爾分數(shù)。
又
ΔρΑ = pA° -pA = pA° -pA° xA = pA° (l_xA)
得到xB = pA° xB
Ap—溶液的蒸氣壓下降值；
xB-溶液中溶質(zhì)的摩爾分數(shù)。
這樣拉烏爾定律還可以表述為在一定的溫度下，當不揮發(fā)物質(zhì)溶解在溶劑中時， 溶液的蒸氣壓的降低等于純?nèi)軇┑恼魵鈮号c溶質(zhì)摩爾分數(shù)的乘積。
可溶性鹽(如氯化鈉)的水溶液的蒸汽壓遵從摩爾定律。在一定的溫度下，其水溶液飽和時，溶液中溶質(zhì)的摩爾分數(shù)xB保持不變；蒸汽壓降△ ρ至最大值，pA則為最小值。 即只要鹽溶液始終處在飽和狀態(tài)，則在該溫度下的(飽和蒸汽壓)蒸汽壓最小并保持恒定， 這是本發(fā)明的理論依據(jù)。由此可知，本發(fā)明的原理具本源性特征，其定值濕度氣體發(fā)生的精度和穩(wěn)定性由定律本身所揭示的客觀性所決定。只要定律所要求的條件得到保證，氣體的飽和蒸汽壓(濕度)是一定的。實際使用時，有很高的準確度和穩(wěn)定性。不需要其他的濕度儀表來測示濕度。該裝置達到和超過了國外(國內(nèi)沒有)次級濕度標準器的水平。是一件有重要科學(xué)技術(shù)價值的發(fā)明。
2、保證濕氣發(fā)生精度的關(guān)鍵技術(shù)是液下微氣泡濕氣發(fā)生方式。氣液系統(tǒng)的平衡速度與氣液界面與氣態(tài)體積之比正相關(guān)。5
實際工作情況是恒溫水浴使該發(fā)生瓶內(nèi)鹽溶液為一恒定溫度(士0. 050C )潔凈空氣由壓縮機驅(qū)動經(jīng)進氣管熱交換，溫度趨至水浴設(shè)定值；進入發(fā)生瓶至微孔噴頭，由寶石微孔噴嘴成微小氣泡逸出。隨著氣泡上升，壓力減小，氣泡逐漸增大，至液面后氣體逸出。用寶石微孔噴嘴，是因為紅寶石表面不易附著鹽結(jié)晶以阻塞微孔。噴嘴加工成Φ0. Imm微孔， 是為發(fā)生微氣泡，微氣泡的比表面積大(氣泡表面積與氣泡體積之比)則氣液界面面積大， 氣泡內(nèi)蒸汽壓可快速達至平衡。氣泡上升過程既是液氣膜不斷更替的過程，又是液氣膜不斷上升擾動的過程。如是，可快速達到泡內(nèi)氣體與鹽溶液之間的氣液平衡，鹽溶液保有一定的深度，氣泡至液面時，氣泡內(nèi)的蒸汽壓為該鹽溶液的飽和蒸汽壓。氣泡不斷地涌出，瓶內(nèi)氣體維持恒定的飽和蒸汽壓即恒定的濕度，恒定濕度的氣體從出氣孔不斷涌出。為保證恒濕氣體發(fā)生的穩(wěn)定性和可靠性，可串聯(lián)相同的發(fā)生瓶兩級或三級工作?？扇苄喳}的飽和蒸汽壓可查鹽溶液的飽和蒸汽壓表。
在25士0. 1°C均勻恒定水溫、士 100每分毫升穩(wěn)定的凈化空氣流量、分析純氯化鈉飽和鹽溶液、用高精度露點儀檢測，本發(fā)明裝置濕氣發(fā)生波動度小于士0. 2% RH，濕度系統(tǒng)發(fā)生準確度可達士0. 3% RH0這一精度達到和超過了國內(nèi)外現(xiàn)有次級標準濕度發(fā)生裝置的最好水平。
權(quán)利要求
1.一種開放式恒濕氣體發(fā)生瓶，其特征在于該發(fā)生瓶包括瓶體，瓶體外壁由上而下設(shè)置一個熱交換管，熱交換管的上端連接進氣管，熱交換管的下端由瓶體底部進入瓶體內(nèi)，瓶體內(nèi)熱交換管的尾端向上并設(shè)置有一個微孔噴頭，微孔噴頭上端面設(shè)置一組與熱交換管連通的微孔紅寶石氣體噴嘴，瓶體上部設(shè)置一個與瓶體內(nèi)連通的出氣管，瓶體內(nèi)壁頸部設(shè)置一個向內(nèi)的環(huán)形臺，環(huán)形臺上懸吊一個鹽袋，瓶體口部設(shè)置一個密封蓋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開放式恒濕氣體發(fā)生瓶，其特征在于所述的鹽袋的上端口為一個硬尼龍園環(huán)狀可拆卸鹽袋口，鹽袋的上半部為網(wǎng)狀袋體，鹽袋的下半部為細小孔目薄尼龍網(wǎng)袋兜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的開放式恒濕氣體發(fā)生瓶，其特征在于所述的微孔噴頭的下方至少設(shè)置有一個開口向下且與發(fā)生瓶瓶體內(nèi)部連通的防阻塞溢氣孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的開放式恒濕氣體發(fā)生瓶，其特征在于所述的密封蓋上設(shè)置有一個透氣孔，透氣孔上設(shè)置一個密封旋塞。
全文摘要
一種開放式恒濕氣體發(fā)生瓶。包括瓶體，瓶體外壁由上而下設(shè)置一個熱交換管，熱交換管的上端連接進氣管，熱交換管的下端由瓶體底部進入瓶體內(nèi)，瓶體內(nèi)熱交換管的尾端向上并設(shè)置有一個微孔噴頭，微孔噴頭上端面設(shè)置一組與熱交換管連通的微孔紅寶石噴嘴，瓶體上部設(shè)置一個與瓶體內(nèi)連通的出氣管，瓶體內(nèi)壁頸部設(shè)置一個向內(nèi)的環(huán)形臺，環(huán)形臺上懸吊一個鹽袋，瓶體口部設(shè)置一個密封蓋。本發(fā)明提供的是一種高精度恒濕氣體發(fā)生瓶，是新型標準濕度發(fā)生裝置的核心；此發(fā)生瓶不是一個實驗樣品，而是可實際應(yīng)用的成熟設(shè)計。以此發(fā)生瓶為核心組成的標準濕度發(fā)生裝置，可以滿足濕度儀器儀表準確、快速、連續(xù)檢測、標定的要求。
文檔編號G01N33/00GK102507869SQ20111033182
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者王汶成 申請人:天津今明儀器有限公司