濕度發(fā)生器

　　濕度發(fā)生器

　　從目前來(lái)看，濕度發(fā)生器主要利用一下五種原理。

　　1改變已知濕度氣體（主要是指飽和濕氣）狀態(tài)的方法。我們知道，氣體的狀態(tài)由壓力、溫度和體積來(lái)確定，對(duì)于飽和濕氣，如果狀態(tài)條件不變，那末水汽的含量是恒定的，反之，若狀態(tài)改變，水汽含量亦隨之改變。于是可以利用熱力學(xué)P、v、T關(guān)系配制出所要求的濕度的氣體，基于這一原理的方法有改變壓力的方法，即雙壓法；改變溫度的方法，即雙溫法；以及同時(shí)改變壓力和溫度的方法；

　　2混合法，它又可以分為混流法和分流法兩種。前者是將飽和濕氣或過(guò)熱蒸汽同干氣混合：后者是將一股干氣精確地按比例分為兩股，其中一股用水汽飽和，另一股仍保持干燥、而后進(jìn)行混合。

　　3膜滲透法，膜的一側(cè)是水，由于膜兩側(cè)的水汽分壓不同，于是水汽通過(guò)膜向另一側(cè)滲透。基干這一原理通常使用的方法是滲透管配氣技術(shù)。

　　4溫度固定點(diǎn)法，即平衡水汽壓法，這種方法是利用某些鹽類(lèi)或其它化合物（例如硫酸和甘油）的水溶液在一定的條件下其氣相中的水汽分壓保持恒定的原理。

　　5化學(xué)方法。根據(jù)定比定律，氫和氧在催化劑存在的情況下能按比例地化合，生成定量的水。

　　飽和器是這些發(fā)生器結(jié)構(gòu)的重要組成部分，是發(fā)生含有飽和水汽的濕空氣的裝置，因此，建立在發(fā)生飽和濕氣基礎(chǔ)上的各種恒濕氣體發(fā)生器，其性能與飽和器的效率密切相關(guān)。從發(fā)生器的工作原理，特點(diǎn)和適用的濕度范圍出發(fā)，飽和器可以設(shè)計(jì)成多種形式，主要有（1）鼓泡式（2）噴霧式（3）塔板式（4）管式（5）離心式（6）“迷宮”式，這里不再詳細(xì)介紹，有興趣可與編者聯(lián)系。

　　下面介紹幾種典型的濕度發(fā)生器

　　一、雙壓法濕度發(fā)生器

　　原理：氣體在加壓狀態(tài)下被水汽飽和然后減壓膨脹。假如氣體在飽和、膨脹過(guò)程溫度保持恒定，并服從理想氣體定律，那末由道爾頓定律可得到如下關(guān)系式：

　　式中ew和Ps分別為飽和器中的飽和水汽分壓和氣體的總壓，ec和Pc分別為試驗(yàn)腔中的水汽分壓和氣體的總壓。那末，據(jù)定義，在溫度t時(shí)，低壓下的氣體的相對(duì)溫度可按下式計(jì)算：

　　U=Pc/Ps*100

　　如果飽和器內(nèi)的溫度和試驗(yàn)室內(nèi)的溫度也不相同，即變成既改變壓力也改變溫度的情況，則試驗(yàn)室的空氣相對(duì)濕度可采用下式計(jì)算。

　　U=(Pc/Ps)*(ew(Ts)/ew(Tc))*100

　　式中ew(Ts)和ew(Tc)分別為飽和器和試驗(yàn)腔溫度下的飽和水汽分壓。

　　雙壓濕度發(fā)生器通常由如下六個(gè)部分組成

　　（1）氣源系統(tǒng)

　　（2）載氣干燥系統(tǒng)

　　（3）飽和器系統(tǒng)

　　（4）試驗(yàn)腔

　　（5）恒溫系統(tǒng)

　　（6）溫度和壓力的測(cè)量與控制系統(tǒng)

　　二、雙溫法濕度發(fā)生器

　　原理：ts和tc分別為飽和器溫度和試驗(yàn)腔溫度，通過(guò)氣泵使氣流在飽和器與試驗(yàn)腔之間不斷循環(huán)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間之后，氣流中的水汽達(dá)到飽和狀態(tài)。ew(Ts)是在溫度Ts下的飽和水汽壓力，ec是在較高溫度Tc下的飽和水汽壓力。假設(shè)氣體為理想氣體，并且飽和器總壓力Ps等于試驗(yàn)腔內(nèi)氣體的總壓力Pc，那么，在溫度為T(mén)c的試驗(yàn)腔內(nèi)氣體的空氣相對(duì)濕度可以用如下式計(jì)算：

　　U=(ew(Ts)/ew(Tc))*100

　　在Ps和Pc不一致時(shí)，特別是在氣流速度較高的情況下，就需要考慮進(jìn)行壓力修正，

　　U=(ew(Ts)/ew(Tc))*(Pc/Ps)*100

　　基于兩個(gè)溫度原理設(shè)計(jì)的密閉式濕度發(fā)生器有多種不同的結(jié)構(gòu)形式。

　　三、低霜點(diǎn)濕度發(fā)生器

　　低霜點(diǎn)濕度發(fā)生器是一種專(zhuān)門(mén)用于低濕領(lǐng)域校正的能夠發(fā)生水汽含量低至ppm級(jí)（即低于百萬(wàn)分之一）氣體的設(shè)備。

　　同雙溫法相似，霜點(diǎn)濕度發(fā)生器制備已知濕度氣體的過(guò)程是一個(gè)等壓變溫過(guò)程。經(jīng)過(guò)充分干燥的氣體首先流經(jīng)一個(gè)熱交換器然后

　　進(jìn)入飽和器，換熱器和飽和器均浸沒(méi)在一個(gè)恒溫液體槽中。飽和器是一根螺旋形金屬盤(pán)管。管的內(nèi)表面為大約1mm厚的薄冰層所覆蓋。通過(guò)飽和器的氣流距離冰層表面不超過(guò)4mm。在流速為2L/min時(shí)，氣體的平均傳質(zhì)時(shí)間大約7s。

　　干氣流經(jīng)過(guò)換熱達(dá)到槽溫而后進(jìn)入飽和器，因?yàn)槭箽饬鬟_(dá)到飽和所需的水汽量非常小，所以管內(nèi)冰的升華作用不會(huì)導(dǎo)致冰面溫度明顯下降，另外，由于盤(pán)管足夠長(zhǎng)，氣體的飽和過(guò)程在盤(pán)管的前部就己完成，盤(pán)管其余部分只是作為飽和氣體最后換熱之用。通過(guò)飽和器的氣體不存在明顯的壓力降。飽和器出口端氣體的溫度與飽和器的溫度相同或十分接近，所以這一溫度可視為氣流的霜點(diǎn)溫度。

　　四、分流法濕度發(fā)生器

　　原理：干氣源（一般是干空氣）的氣體按一定的比例分成兩部分，一路進(jìn)入飽和器S，被飽和的氣流在混合室CM中同另一股干氣混合，而后進(jìn)入試驗(yàn)腔CT，最后排入大氣。飽和器、混合室和試驗(yàn)腔浸在同一個(gè)恒溫槽中。

　　試驗(yàn)腔中的空氣相對(duì)濕度是下列因素的函數(shù)：

　　(1)通過(guò)飽和器的空氣的份數(shù)。

　　(2)飽和器中的總壓力。

　　(3)飽和水汽壓力。

　　(4)試驗(yàn)腔中的水汽分壓力。

　　計(jì)算試驗(yàn)腔中空氣相對(duì)濕度的公式：

　　U=100*X/[1-(1-X)es/Ps]

　　式中，X分流比，es為飽和器中的水汽分壓力，Ps為飽和器中的總壓力。

　　分流法的相對(duì)溫度不確定度一般在1-3％范圍內(nèi)；所以在低溫下使用上述簡(jiǎn)化式完全能滿足方法的準(zhǔn)確度要求。

　　五、滲透法濕度發(fā)生器

　　滲透管的工作基礎(chǔ)就是依據(jù)膜滲透原理，水分子穿過(guò)管壁的滲透過(guò)程遵循Fick定律，

　　q=-D*S*(dP/dB)

　　式中，q:滲透速率，

　　D：滲透系數(shù)

　　S:有效滲透面積，

　　dP/dB:膜兩側(cè)水汽的壓力梯度，其中B為膜的厚度。

　　由上式可見(jiàn)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(cè)的水汽分壓差等有關(guān)。

　　發(fā)生器輸出的標(biāo)準(zhǔn)氣的水分濃度按下式計(jì)算：

　　C=(q*V)/(F*Mv)

　　式中：C——標(biāo)準(zhǔn)汽的水分濃度，單位為ppmv

　　q——標(biāo)定溫度對(duì)應(yīng)的滲透率，單位為μg/min

　　V——水汽的摩爾體積，單位為L(zhǎng)/mol

　　F——干載氣流量，單位為L(zhǎng)/min

　　Mv——水的摩爾質(zhì)量，單位為g/mol

　　由上可知，載氣的干燥程度及其流量會(huì)直接影響輸出氣體的濕度量值。因此，載氣必須經(jīng)干燥系統(tǒng)充分干燥，同時(shí)要求氣源穩(wěn)定和對(duì)流量進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。發(fā)生器的準(zhǔn)確度取決于所用的滲透管滲透率標(biāo)定的不確定度、氣源的穩(wěn)定性、載氣流量測(cè)定的準(zhǔn)確度，以及恒溫精度。

　　上述只是介紹了幾種常用的濕度發(fā)生器，還有一些類(lèi)似的我們會(huì)在今后的工作中陸續(xù)更新。