湿度源的设计

湿度源的设计

张玲

湿度源的设计

张玲

(甘肃工业职业技术学院甘肃天水741025)

【摘要】文章阐述了饱和盐湿度源的设计过程，设计出的该装置具有准确度高、成本低、小型轻便等特点，适于现场应用，可测试大批的湿度传感器。

【关键词】湿度源；设计；湿度传感器

【中图分类号】G712【文献标识码】A【文章编号】1009-9646(2009)04-0050-021

湿度标准及湿度发生器概述

1.1湿度标准。测量湿度的仪器、方法和湿度传感器种类繁多，以实验为依据的类型必须通过标准来标定。各国使用的湿度计量标准，基本上是通过两种并行的方式来实现量值的统一［1］。其一是建立湿度的绝对测量方法，其二是制作能够发生己知湿度气体的装置，并同时采用两种方式作为湿度计量标准，且把具有高精确度的重量法作为湿度的最高标准(即基准)，而把恒湿气体发生器作为传递量值的手段。

1.2湿度发生器。制备已知湿度气体的方法大致可划分为五类［2］。第一类是改变己知湿度气体(主要是指饱和湿气)状态的方法。第二类是混合法，它可以分为混流法和分流法两种。第三类是膜渗透法。第四类是湿度固定点法，即平衡水汽压法。这种方法是利用某些盐类或其它化合物(如硫酸和甘油)的水溶液在一定的条件下其气相中的水汽分压保持恒定的原理。第五类是化学方法。由于湿度传感器多用于对空间静止气体的湿度进行监测和控制，因此最好采用静态法对其进行定量标定。常见的静态标定法为饱和盐溶液法，它可提供工作标准湿度。

2湿度源的原理及结构

2.1原理。根据拉乌尔定律和享利定律，在设定的温度下，对于给定的盐类，其饱和水溶液只能提供一个相对湿度点，通过适当地选择数种盐就能获得不同的相对湿度。在任一温度下，饱和溶液的浓度是固定不变的，在实际应用中不必确定实际浓度，而只要提供过量的溶质，溶液就能保持饱和状态，在饱和溶液中，过量的溶质呈现固态，因此，很容易判别溶液的饱和度。由饱和盐溶液提供的相对湿度范围可以从3%~98%［3］，其准确度大约为1%~3%。

2.2结构。该湿度源是利用饱和盐水溶液可以产生相对湿度固定点这一原理而研制的，其结构由数字式干湿表、元件箱、循环泵、盐槽(5个)、控制阀组成，如图1所示。5个盐槽内装有不同的饱和盐溶液，用于产生不同的湿度点，循环泵和控制阀可以加速湿度平衡，缩短检测时间。

该装置湿度固定点的设置是利用选择不同的盐盒来实现的［4］。所有盐盒都处于同一恒温槽内。在恒温条件下，选择不同的盐盒后，经一定的平衡时间，即可获得由该盒内饱和盐溶液对应的相对湿度。开动循环泵，可加速工作室内的湿度平衡时间。在5~50℃的温度范围内，设定不同的温度，可获得不同温度下的各相对湿度值。

图1湿度源原理结构图

3箱体设计

3.1技术参数

3.11湿度发生点。湿度发生点一般采用3~5个测试点，可根据要求适当设定。

3.12平衡时间。平衡时间是湿度发生装置的一个重要参数，降低平衡时间是提高工作效率的关键之一。平衡时间需小于40分钟。

3.13环境条件。5~40℃，室温下工作。

3.2设计中存在的问题。

3.21盐槽材料的选择。在“八五”期间，湿度源箱体的材料采用有机玻璃，成本低，半透明，可塑性好，加工容易，但有机玻璃材料分子和饱和盐分子不相斥，产生了“爬盐”现象，即饱和盐在液面以上的箱体有析出的现象。试验证明，不锈钢和玻璃是制作箱体的好材料，但玻璃易碎，制作工艺困难，不锈钢不透明，两者价格均不便宜［5］。为此，箱体外部仍采用有机玻璃制作，而内部装盐的部分采用玻璃制作。

3.22平衡时间的降低。平衡时间以往需45分钟以上，现采用循环泵强制循环，同时在元件箱处采用固定插件板，插件板可取下调换，方便操作，更换时用隔离插板隔离的形式，使平衡时间下降到10分钟以内。

3.23湿度点湿度值精度的控制。精度采用DSP-2型数字式标准干湿表确定。DSP-2型数字式标准干湿表是一最新研制成的电脑型湿度测量仪器。

4操作方法

在恒温条件下，在不同的盐槽中放置不同的过量盐，形成饱和溶液，可产生产不同的湿度点，其操作步骤如下:第一次使用时，需预热DSP-2型数字式标准干湿表30分钟，然后在插件板上插满待测湿度传感器之后，关上箱盖，紧固螺栓，开启循环泵待湿度平衡后(DSP-2型数字式标准干湿表显示)，就可同时读取数字式干湿表、湿度变送器发出的信号。测试完毕后，如要继续测量，先关闭循环泵，打开插板盖，插入隔板，打开箱盖，更换插件板上的湿度传感器，然后取出插板，开动循环泵，待湿度平衡后进行测量。如此循环，可测试大批的湿度传感器，适用于企业大批量生产的性能测试要求。

5结束语

本文设计的饱和盐湿度发生装置具有准确度高(2%~3%RH)、湿度发生范围宽、平衡时间短、成本低、小型轻便、操作简便、适于现场应用、节能等特点。该装置可使湿度仪表的实时调校、现场检测成为可能，从而提高劳动生产率，降低成本，并确保产品质量，是湿度传感器及其应用产品的研究、生产单位必不可少的设备。参考文献

［1］刘迎春，叶湘滨.现代新型传感器原理与应用［M］.北京：国防工业出版社，2002.1