一種由液體加熱和恒溫的溫濕度檢定箱的制作方法
【專利摘要】一種由液體加熱和恒溫的溫濕度檢定箱，它包括位于溫濕度檢定箱箱體內的液體恒溫裝置、風道和工作腔室，液體恒溫裝置中的恒溫液體經位于液體恒溫裝置和風道之間的金屬板與風道內的空氣進行熱交換，風道是由金屬板與保溫棉層構成的狹窄通道，風道的兩端分別連接工作腔室的兩端連通，工作腔室和風道之間還設有用于驅動氣體循環的風機。工作腔室底部與風道下部連通處設有加濕器和除濕器。本發明在5℃～50℃范圍內溫度能夠達到±0.01℃和0.02℃的水平；在40％RH～90％RH的濕度分別能夠達到±0.2％RH和0.3％RH的水平；風速不大于0.2m/s，因此它特別滿足JJG205—2005機械式溫濕度計檢定規程的要求。
【專利說明】一種由液體加熱和恒溫的溫濕度檢定箱
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種溫濕度計、溫濕度記錄儀檢定或校準用的設備，尤其涉及一種由液體加熱和恒溫的溫濕度檢定箱。
【背景技術】
[0002]溫濕度計、溫濕度記錄儀在檢定或校準時，需要與標準器一起同時放置在一個穩定和均勻的溫濕度環境中進行比較測量。溫濕度標準檢定箱的作用，正是產生這樣一種穩定和均勻的溫濕度場。這種將被檢儀器與標準器進行比較的檢定或校準的方式，溫濕度場的穩定性和均勻性就直接影響了檢定或校準的結果。因此，努力提高溫濕度標準檢定箱的穩定性和均勻性，對減小檢定或校準的不確定度具有實際意義。
[0003]按照JJG205— 2005機械式溫濕度計檢定規程對溫濕度標準檢定箱的要求，箱內的風速不大于0.2m/s,在5°C?50°C的溫度范圍內，溫度穩定性不大于±0.2°C，溫度均勻性不大于0.3°C，在40% RH?90% RH(溫度20°C時)的濕度范圍內，濕度穩定性不大于±0.8% RH，濕度均勻性不大于1.0% RH。
[0004]目前用于溫濕度計、溫濕度記錄儀檢定或校準的溫濕度標準檢定箱，在5°C?50°C的溫度范圍內，溫度的穩定性和均勻性，能夠達到±0.2°C和0.3°C;濕度的穩定性和均勻性，在40% RH?90% RH(溫度20°C時)的濕度范圍內，比較勉強能達到±0.8% RH和1.0% RH ;而風速則還沒有能夠達到小于0.2m/s，且工作空間各個位置的風速不均勻，差別很大，各個位置的風速一般都在0.5m/s以上，最大的達到了 2m/s以上。
[0005]無論是雙溫法、干濕氣流混合法，還是加濕去濕等方法制作的溫濕度標準檢定箱，均采用風機對工作空間的空氣進行攪拌，以獲得工作空間溫濕度場的穩定和均勻。這種采用風機攪拌的方法就很難獲得風速的穩定和均勻，也不能獲得小的風速。
[0006]目前加濕去濕方法制作的溫濕度標準檢定箱的設計結構如圖2所示，它包括溫濕度檢定箱箱體I以及位于溫濕度檢定箱箱體I內側壁上的保溫層2，溫濕度檢定箱箱體I內設有風向調節板3、風機5、風道隔板3、加熱元件7、風道8、制冷器9和加濕器10，其中風機5由位于溫濕度檢定箱箱體I外的風機驅動電機5驅動，并且還顯示了溫濕度檢定箱的工作原理；它在工作空間的后部設置一個風道8，風道8內安裝加熱元件7、制冷器9(兼作除濕器，冷凝除濕)、加濕器10?？諝庠陲L道8內經加熱元件7、制冷器9的直接加熱和冷卻，經加濕器10加濕，風道8上部安裝的風機5強制將空氣循環至工作空間，空氣再經工作空間底部回流到風道8內形成循環。
[0007]上述設計結構的主要缺點可歸納為:
[0008](I)加熱元件的加熱面積較小，空氣與加熱面的熱交換不充分，在風道內流動的空氣，有相當部分沒有與加熱元件的加熱面直接接觸，這就造成了有部分空氣被直接加熱，有部分空氣沒有被直接加熱；與之類似，制冷器的制冷面積也較小，會造成相同的問題；
[0009](2)對加熱元件的控制，是一種間斷式的通電控制，即加熱元件不是一個溫度穩定的熱源，這就造成了空氣時而被加熱，時而沒有被加熱；
[0010](3)使用風機強制空氣循環，基于空氣的流動特性，就不可能獲得穩定和均勻的風速；
[0011](4)由于這種工作原理，風速直接影響空氣的熱交換，一般需要較大的風速加速空氣與加熱元件之間和空氣與空氣之間的熱交換，這樣才能獲得相對穩定和均勻的溫度控制，因此也就不可能使用較小的攪拌風速，否則溫濕度的穩定性和均勻性達不到要求。
[0012]溫濕度標準檢定箱中的濕度用相對濕度表示，相對濕度的定義，是與濕空氣的溫度條件相對應的，空氣中所含水氣相同的條件下，空氣溫度不同，則空氣的相對濕度不同。研究表明，水氣在空氣中的分布是均勻的，相對濕度不穩定性和不均勻性主要是由于溫度的不穩定和不均勻引起。提高空氣濕度的穩定性和均勻性實質上主要是提高空氣溫度的穩定性和均勻性。因此，提高溫濕度標準檢定箱濕度的穩定性和均勻性，需要從提高空氣溫度穩定性和均勻性著手。
[0013]導熱性差和熱容量小是空氣的固有特性，與之相反，導熱性好和熱容量大是液體的固有特性。
[0014]使用圖2所示結構制作的溫濕度標準檢定箱，即使用加熱元件、制冷器直接對空氣加熱和冷卻，通過使用風機攪拌使空氣流動，這樣得到的空氣溫度的穩定性和均勻性在5°C?50°C溫度范圍內，一般只能達到±0.2°C和0.3°C。
[0015]使用加熱元件、制冷器直接對液體加熱和冷卻，通過攪拌使液體流動，這樣設計制作的液體恒溫槽，得到的液體溫度的穩定性和均勻性，在5°C?50°C溫度范圍內，很容易達到±0.01°C和0.02°C的水平，比目前的溫濕度標準檢定箱高出幾個數量級以上。
【發明內容】
[0016]本發明的目的是提供一種由液體加熱和恒溫的溫濕度檢定箱，它的溫度和濕度具有非常好的穩定性和均勻性，其風速小于0.2m/s。
[0017]本發明解決了目前溫濕度標準檢定箱采用加熱元件、制冷器直接對空氣加熱和冷卻，不能獲得良好的穩定性和均勻性問題，采用風機直接攪拌空氣不能獲得小風速問題，本發明采取的技術方案是:
[0018](I)使用液體恒溫槽中溫度穩定的液體對空氣進行加熱和恒溫，解決加熱元件不是一個溫度穩定的熱源問題；
[0019](2)使用一塊大面積的金屬板充當熱交換板，金屬板一個面由液體恒溫槽中的液體恒溫，另一個面對空氣進行加熱和恒溫，解決加熱元件的加熱面積較小，空氣與加熱面的熱交換不充分問題；
[0020](3)使用一種風機驅動空氣循環,風機出氣口為一圓形管道,在圓形管道內產生一股氣流；
[0021](4)工作空間上部和下部設計成漏斗狀，上部漏斗狀的作用是促使空氣均勻擴散，下部漏斗狀的作用是促使空氣均勻回收；
[0022](5)風機所連接的圓形管道出氣口安裝一個球狀微孔金屬材料球，這樣空氣就會被減速和向四周擴散；
[0023](6)接著在球狀微孔金屬材料球下方安裝一塊微孔金屬材料板，這樣空氣進一步被減速和均勻地垂直向下流向工作空間，這樣就解決了獲得小風速問題和風速均勻問題；
[0024](7)設備工作空間下部同樣安裝一塊微孔金屬材料板，這樣促使空氣均勻地垂直向下流動，接著被工作空間下部的漏斗狀結構均勻回收至調節風道內；
[0025](8)風道采用收窄設計，約只有目前風道的1/10，這樣有利于空氣與恒溫金屬板進行充分的熱交換；
[0026](9)與采用加熱元件、制冷器直接對空氣加熱、冷卻和恒溫，需要較大的風速才能獲得空氣溫濕度的相對穩定和均勻不同，恰恰相反，由于采用了大面積的恒溫金屬板對空氣加熱和恒溫，以及風道采用收窄設計，這時空氣緩慢流過風道，更有利于空氣與恒溫金屬板進行充分的熱交換。因此相反，本發明的結構使小風速能獲得更好的溫濕度穩定性和均勻性。
[0027]本發明的具體結構是，它包括溫濕度檢定箱箱體以及填充在溫濕度檢定箱箱體內側壁上的保溫棉層，其特征在于，它還包括位于溫濕度檢定箱箱體內的液體恒溫裝置、風道和工作腔室，所述液體恒溫裝置中的恒溫液體經位于液體恒溫裝置和風道之間的金屬板與風道內的空氣進行熱交換，所述風道是由金屬板與保溫棉層構成的狹窄通道，風道的兩端分別連接工作腔室的兩端連通，工作腔室和風道之間還設有用于驅動氣體循環的風機。所述工作腔室底部與風道下部連通處設有用于調節氣體溫度和濕度的加濕器和除濕器。
[0028]所述風機的外周為保溫棉層，這保證了來自風道氣體的熱量不損失，保證氣體溫度的均勻性；所述風機與固定在溫濕度檢定箱箱體外的第一驅動電機傳動連接。所述風道的上端與風機的進氣口連通，所述風機的出氣口與位于工作腔室內的具有球狀微孔結構的金屬球通過圓形管道連通；所述金屬板的上端與溫濕度檢定箱箱體內壁的連接處設有用于密封液體恒溫槽內液體密封膠。
[0029]所述液體恒溫裝置包括液體恒溫槽以及位于液體恒溫槽內的液體恒溫槽攪拌器，所述液體恒溫槽攪拌器與固定在溫濕度檢定箱箱體外側的第二驅動電機，所述液體恒溫槽的上部側壁設有溢流孔以及用于密封液體恒溫槽內液體的密封膠。
[0030]所述工作腔室的頂部為倒立漏斗結構，工作腔室的底部為漏斗結構，所述金屬球位于工作腔室的倒立漏斗結構頂部，金屬球與圓形管道的連通處設有尖端指向金屬球球心的錐形孔，來自風機的空氣經過圓形管道進入金屬球，由于錐形孔的作用，使得氣體先集中后由金屬球的微孔結構均勻擴散出去；緊靠金屬球正下方的工作腔室內固定有上微孔金屬材料板；所述工作腔室內緊靠底部漏斗結構的正上方固定有下微孔金屬材料板，上微孔金屬材料板和下微孔金屬材料板保證了溫濕度檢定箱風速的穩定性和均勻性。所述上微孔金屬材料板和下微孔金屬材料板均通過與其相連的角架由固定螺釘固定連接在工作腔室的內側壁上。
[0031]本發明的有益效果為:本發明是針對現有溫濕度標準檢定箱的不足進行重新設計的，它在溫濕度標準檢定箱5°C?50°C溫度范圍內，溫度的穩定性和均勻性分別能夠達到±0.01°C和0.02°C的水平；在40% RH?90% RH的濕度范圍內，濕度的穩定性和均勻性分別能夠達到±0.2% RH和0.3% RH的水平；箱內的風速不大于0.2m/S。它把溫濕度標準檢定箱溫度、濕度、風速的穩定性和均勻性提高到一個新的高度，特別是滿足JJG205—2005機械式溫濕度計檢定規程所要求的風速不大于0.2m/s的要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1為本發明的結構示意圖。
[0033]圖2本發明申請日以前的溫濕度標準檢定箱的結構示意圖。
[0034]在圖中，1、溫濕度檢定箱箱體2、保溫層3、風向調節板4、風機驅動電機5、風機6、風道隔板7、加熱元件8、風道9、制冷器10、加濕器。，
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步說明。
[0036]本發明的由液體加熱和恒溫的溫濕度標準檢定箱的結構設計如下:把液體恒溫槽115的一個側面設計成沒有保溫層的金屬板120，整塊金屬板120充當溫濕度標準檢定箱的風道119里面的整個側面。金屬板120的一個面由液體恒溫槽115的液體加熱和恒溫，利用金屬良好的導熱性能，另一個面就可以對空氣加熱和恒溫，這樣就實現了液體對空氣的加熱和恒溫。由于液體導熱性好、熱容量大等的固有特性，液體恒溫槽115中的液體溫度穩定性和均勻性非常好，整塊金屬板120的溫度穩定性和均勻性，與液體溫度穩定性和均勻性基本相同，金屬板120就成了溫度穩定又均勻的恒溫金屬板。這就解決了目前的溫濕度標準檢定箱使用加熱元件不是溫度穩定的熱源，加熱面積又小的問題。
[0037]把加濕器121和除濕器122設計在工作腔室104的底部，恒溫金屬板側面的風道119采用收窄設計，收窄的好處是使空氣能更充分地與恒溫金屬板接觸，以便與恒溫金屬板進行充分的熱交換。
[0038]溫濕度標準檢定箱的風道119被設計延長至工作腔室104的頂部，與同樣安裝在頂部的風機108的入風口連接。風機108的出風口與圓形管道連接，圓形管道與工作腔室104漏斗狀的上部連接?？諝饨涳L機壓縮后，在圓形管道內可獲得一股穩定的氣流。一般情況下，圓形管道的出風口的口徑，要比方形的工作空間橫截面小，這時通過一個具有球狀微孔的金屬材料球減速和導流，接著被一塊微孔金屬材料板徹底導流。氣流自上而下流過工作空間之后，同樣被下部一塊微孔金屬材料板，導流回收至調節風道內形成循環。
[0039]通過上述所述的設計，從而獲得一種溫度、濕度、風速非常穩定和均勻，風速又小的溫濕度標準檢定箱。
[0040]本發明是通過以下具體結構實現的，如圖1所示，它包括溫濕度檢定箱箱體109以及連接在溫濕度檢定箱箱體109內側壁上的保溫棉層105，其特征在于，它還包括位于溫濕度檢定箱箱體109內的液體恒溫裝置、風道119和工作腔室104，所述液體恒溫裝置中的恒溫液體經位于液體恒溫裝置和風道119之間的金屬板120與風道119內的空氣進行熱交換，所述風道119是由金屬板120與保溫棉層105構成的狹窄通道，風道119的兩端分別連接工作腔室104的兩端連通，工作腔室104和風道119之間還設有用于驅動氣體循環的風機108，其中風機108的風壓只要能夠達到驅動空氣循環所需的壓力即可。所述工作腔室104底部與風道119下部連通處設有用于調節氣體溫度和濕度的加濕器121和除濕器122。
[0041]所述風機108的外周為保溫棉層105，這保證了來自風道123氣體的熱量不損失，保證氣體溫度的均勻性；所述風機108與固定在溫濕度檢定箱箱體109外的第一驅動電機107傳動連接。所述風道119的上端與風機108的進氣口 111連通，所述風機108的出氣口 110與與位于工作腔室104內的具有球狀微孔結構的金屬球112通過圓形管道連通；所述金屬板120的上端與溫濕度檢定箱箱體109內壁的連接處設有用于密封液體恒溫槽115內液體密封膠113。
[0042]所述液體恒溫裝置包括液體恒溫槽115以及位于液體恒溫槽115內的液體恒溫槽攪拌器118，所述液體恒溫槽攪拌器118與固定在溫濕度檢定箱箱體109外側的第二驅動電機114，所述液體恒溫槽115的上部側壁設有溢流孔117以及用于密封液體恒溫槽115內液體的密封膠116。
[0043]所述工作腔室104的頂部為倒立漏斗結構,工作腔室104的底部為漏斗結構,所述金屬球112位于工作腔室104的倒立漏斗結構頂部，金屬球112與圓形管道的連通處設有尖端指向金屬球112球心的錐形孔,來自風機108的空氣經過圓形管道進入金屬球112,由于錐形孔的作用，使得氣體先集中后由金屬球112的微孔結構均勻擴散出去；緊靠金屬球112正下方的工作腔室104內固定有上微孔金屬材料板106 ;所述工作腔室104內緊靠底部漏斗結構的正上方固定有下微孔金屬材料板101，上微孔金屬材料板106和下微孔金屬材料板101保證了溫濕度檢定箱風速的穩定性和均勻性。所述上微孔金屬材料板106和下微孔金屬材料板101均通過與其相連的角架103由固定螺釘102固定連接在工作腔室104的內側壁上。
[0044]本發明的工作原理是這樣的。
[0045]由于保溫棉層105的保溫作用，使得液體恒溫槽115中的液體以及風道119和工作腔室104的氣體溫度的恒定，液體恒溫槽115內的恒溫液體通過金屬板120加熱風道119內的氣體；由于金屬板120是風道119的一整個側壁，整個風道119內的氣體是同時受熱的，這保證了風道119內氣體在起始階段的溫度均勻性；
[0046]風機108在第一驅動電機107的帶動下，壓縮驅動來自風道119內的氣體，并將氣體輸送到工作腔室104的頂部，工作腔室104的頂部為倒立漏斗狀，利于氣體在工作腔室104內的均勻擴散，氣體從上向下依次經過具有球狀微孔結構的金屬球112的減速和擴散以及上微孔金屬材料板106和下微孔金屬材料板101的減速和導流，然后經過工作腔室104底部的漏斗結構集中進入風道119，同時在進入風道119時，空氣將會被位于風道119底部的加濕器121和除濕器122進行溫度和濕度的調節，然后自下而上回流到風道119，再次與液體恒溫槽115中的液體進行熱交換,進而完成整個的循環。
[0047]與示意圖2所示的傳統裝置的結構相比，本發明特征點歸納如下:
[0048](I)目前的方法使用加熱元件和制冷器直接對空氣加熱和冷卻，本發明使用液體恒溫槽中溫度穩定和均勻的液體，對空氣進行加熱和恒溫，這樣獲得的空氣溫度與液體溫度基本相同，穩定性也基本相同；溫度穩定性的提高，同時使濕度的穩定性得到了提高；
[0049](2)目前的方法使用一般的風機對空氣直接攪拌，本發明使用風機產生一股氣流，然后使用球狀微孔金屬材料球和微孔金屬材料板，對氣流進行減速和導流，從而獲得小的、穩定的和均勻的風速；
[0050](3)工作空間上部和下部設計成漏斗狀，上部漏斗狀的作用是促使空氣均勻擴散，下部漏斗狀的作用是促使空氣均勻回收；
[0051](4)除濕器和加濕器設計在工作空間底部；
[0052](5)風道被設計延長至工作空間頂部；
[0053](6)本方法采用風道收窄的設計，約只有目前風道的1/10，使空氣能夠更充分地進行熱交換。
[0054]本發明創造的由液體加熱和恒溫的溫濕度標準檢定箱，由于采用了液體恒溫槽中的液體對空氣進行加熱和恒溫的方式，所得到的溫濕度標準檢定箱溫度的穩定性和均勻性，與液體恒溫槽的穩定性和均勻性基本相同；在5°C?50°C的溫度范圍內，空氣溫度的穩定性和均勻性，達到了 ±0.01°C和0.02°C的水平；在40% RH?90% RH的濕度范圍內，濕度的穩定性和均勻性，達到了 ±0.2% RH和0.3% RH的水平。由于采用了球狀微孔金屬材料球和微孔金屬材料板對氣流進行減速和導流，獲得了小于0.2m/s的風速。
【權利要求】
1.一種由液體加熱和恒溫的溫濕度檢定箱，它包括溫濕度檢定箱箱體(109)以及填充在溫濕度檢定箱箱體(109)內側壁上的保溫棉層(105)，其特征在于，它還包括位于溫濕度檢定箱箱體(109)內的液體恒溫裝置、風道(119)和工作腔室(104)，所述液體恒溫裝置中的恒溫液體經位于液體恒溫裝置和風道(119)之間的金屬板(120)與風道(119)內的空氣進行熱交換，所述風道(119)是由金屬板(120)與保溫棉層(105)構成的狹窄通道，風道(119)的兩端分別連接工作腔室(104)的兩端連通，工作腔室(104)和風道(119)之間還設有用于驅動氣體循環的風機(108)。
2.如權利要求1所述的由液體加熱和恒溫的溫濕度檢定箱，其特征在于，所述工作腔室(104)底部與風道(119)下部連通處設有用于調節氣體溫度和濕度的加濕器(121)和除濕器(122)。
3.如權利要求1所述的由液體加熱和恒溫的溫濕度檢定箱，其特征在于，所述風機(108)的外周為保溫棉層(105)，所述風機(108)與固定在溫濕度檢定箱箱體(109)外的第一驅動電機(107)傳動連接。
4.如權利要求1所述的由液體加熱和恒溫的溫濕度檢定箱，其特征在于，所述液體恒溫裝置包括液體恒溫槽(115)以及位于液體恒溫槽(115)內的液體恒溫槽攪拌器(118)，所述液體恒溫槽攪拌器(118))與固定在溫濕度檢定箱箱體(109)外側的第二驅動電機(114)，所述液體恒溫槽(115)的上部側壁設有溢流孔(117)以及用于密封液體恒溫槽(115)內液體的密封膠(116)。
5.如權利要求1所述的由液體加熱和恒溫的溫濕度檢定箱，其特征在于，所述風道(119)的上端與風機(108)的進氣口(111)連通，所述風機(108)的出氣口(110)與位于工作腔室(104)內的具有球狀微孔結構的金屬球(112)通過圓形管道連通。
6.如權利要求1所述的由液體加熱和恒溫的溫濕度檢定箱，其特征在于，所述金屬板(120)的上端與溫濕度檢定箱箱體(109)內壁的連接處設有用于密封液體恒溫槽(115)內液體密封膠(113)。
7.如權利要求1或5所述的由液體加熱和恒溫的溫濕度檢定箱，其特征在于，所述工作腔室(104)的頂部為倒立漏斗結構，工作腔室(104)的底部為漏斗結構，所述具有球狀微孔結構的金屬球(112)位于工作腔室(104)的倒立漏斗結構頂部，具有球狀微孔結構的金屬球(112)與圓形管道的連通處設有尖端指向具有球狀微孔結構的金屬球(112)球心的錐形孔；緊靠具有球狀微孔結構的金屬球(112)正下方的工作腔室(104)內固定有上微孔金屬材料板(106);所述工作腔室(104)內緊靠底部漏斗結構的正上方固定有下微孔金屬材料板(101)。
8.如權利要求7所述的由液體加熱和恒溫的溫濕度檢定箱，其特征在于，所述上微孔金屬材料板(106)和下微孔金屬材料板(101)均通過與其相連的角架(103)由固定螺釘(102)固定連接在工作腔室(104)的內側壁上。
【文檔編號】B01L1/00GK104132686SQ201410380251
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月4日 優先權日:2014年8月4日
【發明者】伍偉雄 申請人:廣州賽寶計量檢測中心服務有限公司