雙壓法濕度發(fā)生器概述

雙壓法濕度發(fā)生器（Two-pressure humidity generator） 雙壓法濕度發(fā)生器是在一定溫度條件下，氣體在飽和室（器）內(nèi)被加壓飽和，然后在測(cè)試室減壓膨脹，通過(guò)調(diào)節(jié)飽和室和測(cè)試室的壓力比，得到不同濕度的穩(wěn)定氣流或氣氛。

雙壓法濕度發(fā)生器（Two-pressure humidity generator）

雙壓法濕度發(fā)生器是在一定溫度條件下，氣體在飽和室（器）內(nèi)被加壓飽和，然后在測(cè)試室減壓膨脹，通過(guò)調(diào)節(jié)飽和室和測(cè)試室的壓力比，得到不同濕度的穩(wěn)定氣流或氣氛。2100433B

飽和室溫度范圍 -80℃~ 20℃飽和室壓力范圍 101Kpa~2030Kpa測(cè)試室溫度范圍 -75℃~ 20℃測(cè)試室濕度范圍 5%RH~98%RH溫度精度 ±0.05℃（-70℃~ 20℃）濕度精度 ≤±1%RH（-70℃~ 20℃）相對(duì)濕度分辨率 0.01%RH測(cè)試槽壓力范圍 101Kpa~202Kpa測(cè)試槽壓力精度 ±0.1%FS測(cè)試槽尺寸 直徑φ160×280mm氣體流量 2L~20L/min。

設(shè)備是探空儀研制所必須的實(shí)驗(yàn)裝置之一，進(jìn)行設(shè)備的計(jì)量、測(cè)試和標(biāo)定。 2100433B

水汽分壓雙壓法濕度發(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)

水汽分壓雙溫法濕度發(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Tc的試驗(yàn)腔內(nèi)氣體的相對(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。

水汽分壓低霜點(diǎn)濕度發(fā)生器

低霜點(diǎn)濕度發(fā)生器是一種專門用于低濕領(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，由于盤管足夠長(zhǎng)，氣體的飽和過(guò)程在盤管的前部就己完成，盤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。

水汽分壓分流法濕度發(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。

水汽分壓滲透法濕度發(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。2100433B