測量高溫高壓高濕氣體濕度的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及測量高溫高壓高濕氣體濕度的方法和系統(tǒng)。針對現(xiàn)有的氣體濕度測量方法與儀表存在的不足與缺陷，本發(fā)明的目的和任務(wù)是提供一種高溫高壓高濕氣體濕度測量新方法（包括含有飽和蒸汽的氣體），即通過對高溫高壓氣體的降壓穩(wěn)壓且保溫加熱的處理，在較低壓力下測試蒸汽含量，再通過溫度壓力的轉(zhuǎn)換計(jì)算得到原氣體的濕度和相關(guān)參數(shù)的測量方法。還公開了測量高溫高壓高濕氣體濕度的系統(tǒng)。
【專利說明】測量高溫高壓高濕氣體濕度的方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體狀態(tài)參數(shù)測量【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種測量高溫高壓高濕氣體濕度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]濕度測量在人類生活和生產(chǎn)活動(dòng)中應(yīng)用頻繁，隨著技術(shù)的進(jìn)步，濕度測量已經(jīng)遍及工農(nóng)業(yè)、國防和科技領(lǐng)域。各類濕度測量儀器廣泛使用于石化、微電子、通信、氣象、電力、環(huán)境監(jiān)測、制藥、建筑、空調(diào)、軍工航天、煙草、汽車等行業(yè)。
[0003]現(xiàn)代濕度測量技術(shù)主要集中在機(jī)械式(毛發(fā)式和高分子彈性元件式)、干濕球式(阿斯曼式和自然通風(fēng)式)和濕度傳感器式(高分子電容式和電阻式)。另外20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的冷鏡式露點(diǎn)儀也是測量濕度的良好方法，且由于其精度較高，作為世界氣象組織(WMO)的濕度最高標(biāo)準(zhǔn)。
[0004]基于以上測量原理的濕度測量，測量范圍最大的為電容式和電阻式濕度傳感器。電阻式濕度傳感器主要包括電解質(zhì)式(氯化鋰等)、陶瓷式(四氧化三鐵等)和碳膜式，它們的各項(xiàng)技術(shù)性能都不如高分子電容式。電容式感濕層多為聚酰亞胺高分子薄膜，也有陶瓷電容式、氧化鋁電容式等形式。高分子感濕元件適用溫度范圍_60°C ~180°C，濕度測量范圍為0%R!T99%RH，現(xiàn)有技術(shù)最高準(zhǔn)確度可達(dá)0.8%RH。
[0005]用戶對濕度測量儀器的環(huán)境適應(yīng)性和測量精度等要求越來越高。尤其在石化、電力、航天、核能和汽車等領(lǐng)域，測試環(huán)境相對惡劣，普便存在高溫高壓高濕的濕度測量需求。
[0006]雖然高分子電容 式濕度測量技術(shù)成熟，且測量環(huán)境已經(jīng)標(biāo)稱達(dá)到:溫度范圍-600C ^180°C,濕度測量范圍為0%R!T99%RH，準(zhǔn)確度可達(dá)0.8%RH。但是其中混淆的一個(gè)概念是高溫和高濕是否同時(shí)存在。在高溫和高濕同時(shí)存在的情況下其能否準(zhǔn)確測試。要解釋這個(gè)問題，還要回歸到測量原理和儀表信號(hào)處理及標(biāo)定的過程。各類濕度測量儀表雖然測量原理不同，但是在研究或生產(chǎn)計(jì)量產(chǎn)品過程中都是將感濕元件置于穩(wěn)定環(huán)境(溫、濕度)中，將其產(chǎn)生的機(jī)械變形或電信號(hào)等與濕度環(huán)境對應(yīng)，這個(gè)過程和濕度傳感器校準(zhǔn)過程恰好相反，但是兩者的濕度環(huán)境應(yīng)為同一級別。
[0007]目前國內(nèi)主要采用JJF 1076-2001《濕度傳感器校準(zhǔn)規(guī)范》，其通過標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)濕度環(huán)境。濕度發(fā)生器的濕度范圍:(5、5)%RH;溫度范圍:5~50°C ;壓力:常壓。在此標(biāo)準(zhǔn)濕度環(huán)境中，其最大的蒸汽分壓力是在濕度95%RH。溫度50°C時(shí)，查飽和蒸汽壓力表可知在50°C時(shí)，飽和蒸汽壓力為12.378kPa，如相對濕度95%RH，其蒸汽分壓力為
11.759kPa。這也就意味著其感濕元件的最高蒸汽分壓標(biāo)定值為11.759 kPa，對于更高的蒸汽分壓不一定適用。國外一些產(chǎn)品也有通過更高溫度標(biāo)準(zhǔn)的濕度發(fā)生器標(biāo)定，但現(xiàn)有最高標(biāo)準(zhǔn)都限于常壓環(huán)境，即使在100%RH濕度下，其蒸汽分壓最高達(dá)到101.325kPa,所以理論上講，濕度傳感器測量蒸汽分壓的范圍應(yīng)在101.325kPa以內(nèi)。同時(shí)在蒸汽接近飽和狀態(tài)時(shí)會(huì)有結(jié)露，易導(dǎo)致濕度傳感器觸水失效。所以理論上講，濕度傳感器測量相對濕度的范圍達(dá)不到 100%RH。[0008]對于高溫高壓氣體，其蒸汽分壓可能相當(dāng)高，也有可能接近于混合氣體壓力。例如氣體壓力5atm，濕度80%RH，溫度120°C時(shí)，蒸汽分壓為159.732kPa。此時(shí)顯然蒸汽分壓已經(jīng)大大超過了 101.325kPa，感濕元件的線性度都不確定，所以籠統(tǒng)的說濕度傳感器技術(shù)已經(jīng)達(dá)到溫度測量范圍_60°C~180°C，濕度測量范圍為0%R!T99%RH，準(zhǔn)確度可達(dá)0.8%RH是不恰當(dāng)?shù)?。而如何測量高溫高壓高濕環(huán)境下(包括飽和蒸汽)的濕度正是本發(fā)明要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明適用于測量溫度高于100°C，壓力高于大氣壓的空氣(氣體)濕度。
[0010]針對現(xiàn)有的氣體濕度測量方法與儀表存在的不足與缺陷，本發(fā)明的目的和任務(wù)是提供一種高溫高壓高濕氣體濕度測量新方法，即通過對高溫高壓氣體的降壓穩(wěn)壓且保溫加熱的處理，在常壓下測量蒸汽含量，再通過溫度壓力的轉(zhuǎn)換計(jì)算得到原氣體的濕度和相關(guān)參數(shù)的測量方法。
[0011]本發(fā)明的目的和任務(wù)是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
一種高溫高壓高濕氣體濕度的在線測量方法，其特征在于該方法采用降壓加熱的處理方式，其測量步驟如下:
1)設(shè)置取樣管路進(jìn)入高溫高壓高濕氣體壓力容器內(nèi)部取樣點(diǎn)；優(yōu)選地，取樣管路包括降壓穩(wěn)壓閥和尾端的針閥；
2)在取樣管路入口附近設(shè)置溫度傳感器、壓力傳感器，測量原氣體溫度Ttl、壓力P。；
3)取樣管路伴熱且溫控，溫度控制范圍較寬泛，保證管路內(nèi)蒸汽不發(fā)生冷凝(大于Il(TC)且不超過濕度傳感器最高工作溫度180°C，使氣體通過優(yōu)選地位于取樣管路入口的降壓穩(wěn)壓閥降壓后的相對濕度和溫度保持在濕度傳感器的較高精度測量范圍內(nèi)；
4)氣體通過取樣管路入口的降壓穩(wěn)壓閥降壓到略高于常壓(表壓0.1-0.4atm)，且調(diào)節(jié)尾端的針閥以排氣，從而形成適宜濕度測量的流動(dòng)狀態(tài)，且使管路內(nèi)壓力相對穩(wěn)定；
5)降壓后氣體優(yōu)選地經(jīng)過螺旋管段，提高氣體混合均勻性；
6)通過溫濕度傳感器和壓力傳感器分別測量管路內(nèi)氣體的溫度T1、蒸汽分壓ei和壓力
Pi；
7)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集原氣體溫度Ttl，壓力Ptl,降壓后的氣體溫度T1、蒸汽分壓ei和壓力P1各類信號(hào)，進(jìn)而進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算，得到原氣體的蒸汽分壓％，還能得到原氣體和降壓后氣體對應(yīng)的飽和蒸汽壓Ec^E1，相對濕度等參數(shù)。該熱力學(xué)計(jì)算優(yōu)選地通過設(shè)定軟件實(shí)現(xiàn)。具體關(guān)系式和計(jì)算如下:
【權(quán)利要求】
1.一種測量高溫高壓高濕氣體濕度的方法，包括如下步驟: 1)提供取樣管路，所述管路伴熱且溫控，其包括降壓穩(wěn)壓閥和設(shè)于尾端的排放裝置； 2)設(shè)置所述管路以進(jìn)入高溫高壓高濕氣體壓力容器內(nèi)部取樣點(diǎn)； 3)在所述管路入口附近設(shè)置溫度傳感器、壓力傳感器，以測量原氣體溫度Ttl、壓力P。； 4)所述管路的溫度控制保證管路內(nèi)蒸汽不發(fā)生冷凝且不超過濕度傳感器最高工作溫度，使得氣體通過所述降壓穩(wěn)壓閥降壓后的相對濕度和溫度保持在所述濕度傳感器的較高精度測量范圍內(nèi)； 5)氣體通過所述降壓穩(wěn)壓閥降壓到比常壓高0.1-0.4atm的壓力，且調(diào)節(jié)所述排放裝置以排氣，從而形成適宜濕度測量的流動(dòng)狀態(tài)，且使管路內(nèi)壓力相對穩(wěn)定； 6)通過溫濕度傳感器和壓力傳感器分別測量管路內(nèi)氣體的溫度T1、蒸汽分壓ei和壓力Pi； 7)采集原氣體溫度Ttl，壓力Ptl,降壓后的氣體溫度T1、蒸汽分壓ei和壓力P1，進(jìn)而進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算，計(jì)算公式為:
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括，所述管路包括位于所述降壓穩(wěn)壓閥和所述排放裝置之間的螺旋管段，使降壓后氣體經(jīng)過所述螺旋管段，從而提高氣體混合均勻性。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述管路的溫度控制保證管路內(nèi)蒸汽的溫度大于110°C。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述排放裝置為針閥。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述降壓穩(wěn)壓閥設(shè)置在所述管路的入口處。
6.一種用于測量高溫高壓高濕氣體濕度的系統(tǒng)，包括: 高溫高壓高濕氣體壓力容器，所述高溫高壓高濕氣體容納在其中； 取樣管路，所述管路伴熱且溫控，其包括降壓穩(wěn)壓閥和設(shè)于尾端的排放裝置，所述管路被部分地設(shè)置在所述高溫高壓高濕氣體壓力容器內(nèi)； 在所述管路入口附近設(shè)置在所述高溫高壓高濕氣體壓力容器內(nèi)的溫度傳感器、壓力傳感器； 設(shè)置在所述管路中用于分別測量管路內(nèi)氣體的溫度、蒸汽分壓和壓力的溫濕度傳感器和壓力傳感器；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其采集原氣體溫度、壓力，降壓后的氣體溫度、蒸汽分壓和壓力，進(jìn)而進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算，以得到原氣體的蒸汽分壓，以及原氣體和降壓后氣體對應(yīng)的飽和蒸汽壓，和對應(yīng)的相對濕度。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管路包括位于所述降壓穩(wěn)壓閥和所述排放裝置之間的螺旋管段。
8.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述排放裝置為針閥。
9.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述降壓穩(wěn)壓閥設(shè)置在所述管路的入口處。`
【文檔編號(hào)】G01N7/00GK103712882SQ201210378966
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月9日
【發(fā)明者】王歡, 田芳, 常華健, 毛叢清, 安旭, 常磊 申請人:國核華清（北京）核電技術(shù)研發(fā)中心有限公司, 國家核電技術(shù)有限公司