專利名稱：快速精密鏡面露點儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種快速測定露點的儀器，特別適合于在高溫環境下低濕度氣 體水分含量的快速準確測定。
背景技術：
鏡面式露點儀是一種典型的光電露點儀。它由露點室、制冷系統、光電檢測系 統、測溫系統和控制系統組成。其測定原理和過程為樣氣流經露點室的冷凝鏡，通過 等壓制冷，使得樣氣達到飽和結露狀態(冷凝鏡上有液滴析出)，由光電系統判定結露程 度，通過控制系統調整制冷系統使露層厚度達到固定值。測溫系統測定的溫度即為樣氣 的露點。該方法的主要優點是精度高，不確定度甚至可達O.rc;缺點是響應速度較慢， 尤其在露點-60°c以下，平衡時間甚至達幾個小時，而且此方法對樣氣的清潔性和腐蝕性 要求也較高，否則會影響光電檢測效果或產生‘偽結露’造成測量誤差。目前，市面上的鏡面式露點儀大致有三種。一種是傳統的露點儀(類似中國專 利93204187.6所述)，它在測定低濕度氣體時，鏡面結露/霜達到設定厚度時間長，一次 測量完成時間約45分鐘，對于濕度極低的氣體甚至不能完成測量。另一種儀器針對這一 問題，加上輔助加濕裝置(美國專利5139344)，通過向低濕氣體輔助加濕來縮短平衡時 間，這樣測定時間可以縮短至10-15分鐘。然而對于未知氣體由于加濕量和加濕點難以 準確控制，容易造成系統振蕩，從而延長穩定時間。第三種方法如美國專利US5971609 所述，首先讓測定氣體中的水分完全結露/霜，然后通過冷鏡溫度的調整，找出結露/霜 厚度達到最大與最小時檢測到的光能量信號一致時的溫度作為露點溫度。整個測定過程 呈阻尼振蕩的特點，完成測定耗時較長。除此之外，現有對露點的測量，如中國實用新 型專利200720103239.7及發明專利(申請號200810007205)所述采用DSP模糊控制器來提 高測量速度和測量精度。以上幾種鏡面露點儀都是在使待測氣體中的水分充分結露/霜 后，來控制鏡面溫度，消除過多結霜使露/霜層厚度達到設定值，來測定露點。對于低 濕氣體，所需制冷量大，達到充分結露/霜的時間較長，而且某些方法可能會由于結露/ 霜厚度都無法達到特定值而不能完成測定。因此，如何快速準確地實現各種濕度氣體的露點的測定成為業界亟待解決的難題。
實用新型內容為解決上述問題，本實用新型提供了一種快速而準確的測定低濕氣體水分的精 密鏡面露點儀。對現有冷鏡式露點儀的露點判斷和控制系統做了很大的改進。本實用新型提供的快速精密鏡面露點儀由制冷系統、氣路系統、露點室、光電 檢測系統，測溫系統和控制系統組成。制冷系統快速對鏡面制冷，并在控制系統的控制 下調整制冷電流進一步精確調整制冷溫度；光電檢測系統監測首次結露現象，并將此時 的發射光和反射光的能量比值作為實際露點判斷依據；控制系統協調制冷系統和光電檢測系統，使結露過程迅速平衡；測溫系統利用鉬電阻精確測定平衡狀態下的鏡面溫度。制冷系統包括四級冷泵、熱管、風扇和制冷電路，其對所述的光電檢測系統的 鏡面溫度進行快速控制。光電檢測系統包括發光管、鏡面、接收管和檢測電路，其對發射光和反射光的 能量進行實時檢測和控制。控制系統采用混沌控制技術，通過協調光電檢測系統和制冷系統使鏡面溫度迅 速達到待測氣體的實際露點。本實用新型的快速精密鏡面露點儀，是通過冷泵對鏡面快速制冷，當鏡面溫度 低于流經露點室的氣體的露點時，氣體中的水分在鏡面結露，光電檢測系統實時捕捉到 此時光能量的躍變，控制系統指示測溫系統測定此時鏡面的溫度，并調整制冷系統和光 電檢測系統，快速控制鏡面溫度，達到待測氣體在鏡面上的凝露速度和逃逸速度相等。 最后測溫系統測定平衡狀態下的鏡面溫度即為待測氣體的露點溫度。本實用新型的特點是在結露過程中來提前預判露點，并提前控制制冷系統的制 冷過程，通過控制待測氣體中水分在鏡面上的凝露速度和逃逸速度的平衡來進一步精確 測定露點。而非其他鏡面露點儀在充分結露后消露過程中來測定。這樣就可以大大縮短 時間，對于低濕度氣體的測定也不需要輔助加濕裝置，減少系統的復雜程度，有利于提 高控制的穩定性和精確度。
圖1為本實用新型的組成示意框圖圖2為本實用新型與傳統露點儀、以及輔助加濕露點儀測定露點時的示意波形 圖
具體實施方式
以下結合附圖與具體實例進一步說明本實用新型的實施方式。本領域的技術人 員可由本說明所揭示的內容了解本實用新型的功能和優點。本實用新型也可以通過其它 不同的具體事例加以實施或應用。本實用新型所述的快速精密鏡面露點儀可以用于電力系統高壓開關絕緣氣體SF6 的水分含量測定。圖1是本實用新型的結構方框圖。如圖所示，該鏡面露點儀核心組件包括由發 射管(1)、鏡面(3)、接收管(2)和檢測電路(11)所組成的光電檢測系統；由四級冷泵 (5)、熱管(6)、風扇(7)和制冷電路(13)所組成的制冷系統；由鉬電阻⑷和測溫電路 (12)所組成的測溫系統；以及由中央處理器(19)為核心的控制系統構成.本實用新型還 包括由氣路管、流量計(8)和檢測電路(9)所組成的氣路系統，以及一些輸入輸出用的外 部設備包括鍵盤(14)、真彩液晶顯示屏(15)、打印機(16)、語音電路(17)、USB接口 (18)等。于本實施例中，將本實用新型的氣路系統與高壓開關的絕緣氣體連接，在恒定 的壓力下，SF6氣體以一定的流量流經露點室中的拋光鏡面(3)，該鏡面的溫度在控制系 統(19)的控制下通過四級冷泵(5)制冷迅速降低，四級冷泵所產生的熱量通過熱管(6)和風扇(7)散發掉。發射管(1)、鏡面(3)、接收管(2)和檢測電路(11)所組成的光電 檢測系實時檢測在降溫過程中鏡面的結露狀態，控制系統(19)及時記錄鏡面初次結露時 的的光能量狀態，通過調整制冷電路(13)的制冷電流，控制鏡面的溫度，使鏡面溫度微 調，迅速達到鏡面水分結露與逃逸的平衡。測溫系統通過鑲嵌在鏡面里的鉬電阻(4)精 密測定此時鏡面的溫度，這一溫度即為氣體的露點溫度。測定的露點溫度進中央處理單 元的計算，在顯示屏上顯示絕對含水量以及整個測量過程的溫度變化波形圖。 圖2是采用本實用新型所提供的鏡面露點儀、傳統鏡面露點儀以及具有輔助加 濕裝置露點儀測定低濕氣體水分的示意波形圖。采用本實用新型提供的快速精密鏡面露 點儀測定時沒有鏡面溫度的震蕩調整過程，在短時間內就達到平衡，可以快速測定氣體 的露點，大大加快測定速度，而且不需要輔助加濕裝置。
權利要求1.一種快速精密鏡面露點儀，其特征在于，包括制冷系統、氣路系統、露點室、光 電檢測系統，測溫系統和控制系統，所述的制冷系統快速對鏡面制冷，并在控制系統的 控制下調整制冷電流進一步精確調整制冷溫度；所述的光電檢測系統監測首次結露現 象，并將此時的發射光和反射光的能量比值作為實際露點判斷依據；所述的控制系統協 調制冷系統和光電檢測系統，使結露過程迅速平衡；所述的測溫系統利用鉬電阻精確測 定平衡狀態下的鏡面溫度。
2.如權利要求1所述快速精密鏡面露點儀，其特征在于，所述的制冷系統包括四級冷 泵、熱管、風扇和制冷電路，其對所述的光電檢測系統的鏡面溫度進行快速控制。
3.如權利要求1所述快速精密鏡面露點儀，其特征在于，所述的光電檢測系統包括發 光管、鏡面、接收管和檢測電路，其對發射光和反射光的能量進行實時檢測和控制。
4.如權利要求1所述快速精密鏡面露點儀，其特征在于，所述的控制系統采用混沌控 制技術，通過協調光電檢測系統和制冷系統使鏡面溫度迅速達到待測氣體的實際露點。
專利摘要本實用新型提供一種快速精密鏡面露點儀，其特征在于在鏡面降溫過程中光電系統實時捕捉結露的突變現象，來提前預判露點，并通過控制光電檢測系統的發射和反射光能量的比值來調整鏡面溫度，從而精確測定露點。所述的精密鏡面露點儀由于在初次結露過程中來判斷露點，而不是如傳統儀器在完全結露后消露過程來判斷露點，這樣可以大大縮短平衡時間，而且對于低濕度氣體的測定也不需要輔助加濕裝置。本實用新型對露點的判斷系統和控制系統做了很大的改進，大大提高了儀器的測量速度、精度和范圍。
文檔編號G01N25/68GK201796000SQ201020197419
公開日2011年4月13日 申請日期2010年5月20日 優先權日2010年5月20日
發明者李軍遠, 章嘯 申請人:北京興泰學成儀器有限公司