專利名稱：開放式恒濕氣體發生瓶的制作方法
開放式恒濕氣體發生瓶技術領域
本發明屬于濕度測量和控制技術領域，具體涉及一種高精度恒濕氣體發生瓶，是新型標準濕度發生裝置的核心。
背景技術：
目前，濕度測量和控制已是很多行業和部門的普遍需求，新型濕度傳感器及濕度測量、控制儀表得到廣泛的應用，相應濕度儀表的檢測、標定則是必需的。但在目前，濕度儀表的檢測、標定對于生產、計量、研究等部門仍是難以解決的問題。
作為濕度工作標準，以往的飽和鹽溶液法裝置本身存在諸多局限。其實際裝置多使用類似燒瓶或廣口瓶的容器，內裝某種飽和鹽溶液，用橡膠塞密封，靜置使其氣液平衡或是加置于某種形式的攪拌加速氣液平衡。此種靜態的飽和鹽溶液法裝置，平衡過程需要很長時間；即使在氣態、液態有攪動的情況下，仍難較快達到平衡和穩定；為達到、保持飽和蒸汽壓的平衡和穩定，裝置本身要嚴格密封。但在實際檢定操作過程中，濕度傳感器要反復頻繁的放入取出，蒸汽壓平衡穩定、裝置的嚴格密封都很難把握和實現。耗時費事，難操作、 不穩定、不準確，難以滿足現今濕度儀表檢定準確、快速、連續的需求。
目前歐美日生產的雙溫法、雙壓法、分流法等次級標準濕度發生裝置，因需嚴格準確的測量控制溫度、壓力、流量及氣體純度，故大多價格昂貴(10 20萬美元)；且仍未能很好地解決快速、連續標定的問題。在生產場合，濕度儀表檢定要多點同時連續標定，以上裝置僅能發生一個濕度標準點，因此需要多臺濕度發生裝置或反復調變標定點。若用多臺濕度發生裝置會產生過高的設備費用；用一臺就要反復調變標定點，使檢定過程冗長且不能連續，又會產生過高的檢定費用。發明內容
本發明目的是解決現有標準濕度發生裝置價格昂貴且仍存在不能很好的快速、連續標定的問題，提供一種開放式恒濕氣體發生瓶。
本發明提供的開放式恒濕氣體發生瓶，包括瓶體，瓶體外壁由上而下設置一個熱交換管，熱交換管的上端連接進氣管，熱交換管的下端由瓶體底部進入瓶體內，瓶體內熱交換管的尾端向上并設置有一個微孔噴頭，微孔噴頭上端面設置一組與熱交換管連通的微孔紅寶石氣體噴嘴，瓶體上部設置一個與瓶體內連通的出氣管，瓶體內壁頸部設置一個向內的環形臺，環形臺上懸吊一個鹽袋，瓶體口部設置一個密封蓋。
所述鹽袋的上端口為一個硬尼龍園環狀可拆卸鹽袋口，鹽袋的上半部為網狀袋體，鹽袋的下半部為細小孔目薄尼龍網袋兜，網袋兜中盛放無機鹽晶體。
所述的微孔噴頭的下方至少設置有一個開口向下且與發生瓶瓶體內部連通的防阻塞溢氣孔。
所述的密封蓋上設置有一個透氣孔，透氣孔上設置一個密封旋塞。
本發明的優點和積極效果
本發明提供的是一種高精度恒濕氣體發生瓶，是新型標準濕度發生裝置的核心； 此發生瓶不是一個實驗樣品，而是可實際應用的成熟設計。以此發生瓶為核心組成的標準濕度發生裝置，可以滿足濕度儀器儀表準確、快速、連續檢測、標定的要求。
在25士0. 1°C均勻恒定水溫、士 100每分毫升穩定的凈化空氣流量、分析純氯化鈉飽和鹽溶液、用高精度露點儀檢測，本裝置濕度發生波動度小于士0. 2% RH，濕度系統發生準確度可達士0. 3% RH0這一精度達到和超過了國內外現有次級標準濕度發生裝置的最好水平。
本發明的創新主要在以下幾點
一、此裝置形式、材料和功能設計均為首創，是前所未有的。
二、發生瓶內外動態的熱交換設計，使鹽溶液、浴水、工作載氣均為交互的動態過程，使溫度均勻、恒定、一致，充分保證了拉烏爾定律的前提條件。
三、微氣泡工作方式的設計，氣液界面為全動態狀態，使氣液快速平衡。
四、微孔噴頭的設計，微孔噴嘴的設計、材料的選擇，防阻塞設計，保證了恒濕源瓶的功能和可靠、穩定的工作。
五、鹽袋裝置及形式、材料的設計。可防飽和結晶，工作物料更換、添加方便，工作、 設備維護方便。
六、發生瓶的形式、材料。
圖1是開放式恒濕氣體發生瓶結構示意圖。
圖中，1圓柱形瓶體，2進氣管，3微孔噴頭，4防阻塞溢氣孔，5細小孔目尼龍網鹽袋，6出氣管，7密封蓋，8熱交換管，9微孔紅寶石氣體噴嘴，10硬尼龍圓環狀可拆卸鹽袋口， 11網狀袋體，12透氣孔，13密封旋塞。
具體實施方式
實施例1
如圖1所示開放式恒濕氣體發生瓶，該發生瓶包括圓柱形瓶體1，瓶體外壁由上而下設置一個熱交換管8，熱交換管的上端連接進氣管2，熱交換管的下端由瓶體底部進入瓶體內，瓶體內熱交換管的尾端向上并設置有一個微孔噴頭3，微孔噴頭上端面鑲嵌一組與進氣管連通的微孔紅寶石氣體噴嘴9，瓶體上部設置一個與瓶體內連通的出氣管6，瓶體內壁頸部設置一個向內的環形臺，環形臺上懸吊鹽袋5，瓶體口部設置一個密封蓋7。
本發明發生瓶的具體結構詳述如下
1、圓柱形瓶體由高分子量聚丙烯(PP)材料制成。工作時，殼體浸沒在恒溫水浴中。圓柱形是為減少對殼體外水浴攪拌水流的阻力。圓柱形側壁厚0.5 0.6mm既保證瓶體有一定的機械強度，又不會因為瓶壁過厚而影響瓶體內外液體的熱交換。
2、進氣管2及熱交換管8 載氣進氣及與管外水體熱交換，使管內氣體與管外水體溫度一致。由高分子量聚丙烯(PP)材料制成。
3、微孔噴頭由聚四氟噴頭鑲嵌10 20枚微孔紅寶石氣體噴嘴制成。為防止飽和鹽溶液結晶阻塞微孔噴頭，氣體噴嘴為人造紅寶石，噴嘴氣孔僅為Φ0. 1mm，10 20枚微CN 102507869 A 孔紅寶石噴嘴鑲嵌在聚四氟噴頭上，可有效防止微氣孔被結晶阻塞。
4、防阻塞溢氣孔4 利用液壓差，在微孔紅寶石噴嘴阻塞時溢氣之用。
5、鹽袋尼龍材料制成。鹽袋的上端口為一個硬尼龍園環狀袋口 10，可搭卡在瓶口內側的環形臺上，鹽袋既不會掉入瓶中，又便于取下添加或更換鹽晶體。鹽袋的上半部為尼龍線結成的網狀袋體11，網狀袋體是使飽和溶液有晶體析出時會更容易附著在袋內的晶體上，而不會附著在微孔噴頭上，阻塞微孔噴嘴。鹽袋的下半部為細小孔目尼龍網袋兜，袋兜內放入鹽晶體，細目使晶體不會從袋中漏出，但鹽可以溶解從網目中析出。整個鹽袋通過上端口的硬尼龍園環懸吊在氣體微孔噴頭上方；袋內始終保持一定量的鹽晶體，在上升的氣泡沖擊下，鹽袋在溶液中擺動，可使鹽溶液始終維持在飽和狀態。
6、出氣管與開放式檢定室相通，使開放式恒濕氣體發生瓶內的氣體壓力與外部大氣壓相同。由聚丙烯(PP)材料制成。
7、密封蓋設有透氣孔12，用于添加物料和維護之用，不用時由密封旋塞13旋緊。 排氣孔也為釋放多級工作時級間積聚的氣體壓力。由聚丙烯(PP)材料制成。
本發明裝置的工作原理
1、拉烏爾定律(Raoult’ s law)是物理化學的基本定律。如果溶質是不揮發性的 (這里所用是穩定的無機鹽，無揮發問題)，拉烏爾定律可以表述為——在一定的溫度下，稀溶液的蒸氣壓等于純溶劑的蒸氣壓與其摩爾分數的乘積。即
pA = pA° xA
式中
pA-溶劑的蒸氣壓，溶質是不揮發性時，即為溶液的蒸氣壓；
pA° -純溶劑的蒸氣壓；
xA-溶液中溶劑的摩爾分數。
又
ΔρΑ = pA° -pA = pA° -pA° xA = pA° (l_xA)
得到xB = pA° xB
Ap—溶液的蒸氣壓下降值；
xB-溶液中溶質的摩爾分數。
這樣拉烏爾定律還可以表述為在一定的溫度下，當不揮發物質溶解在溶劑中時， 溶液的蒸氣壓的降低等于純溶劑的蒸氣壓與溶質摩爾分數的乘積。
可溶性鹽(如氯化鈉)的水溶液的蒸汽壓遵從摩爾定律。在一定的溫度下，其水溶液飽和時，溶液中溶質的摩爾分數xB保持不變；蒸汽壓降△ ρ至最大值，pA則為最小值。 即只要鹽溶液始終處在飽和狀態，則在該溫度下的(飽和蒸汽壓)蒸汽壓最小并保持恒定， 這是本發明的理論依據。由此可知，本發明的原理具本源性特征，其定值濕度氣體發生的精度和穩定性由定律本身所揭示的客觀性所決定。只要定律所要求的條件得到保證，氣體的飽和蒸汽壓(濕度)是一定的。實際使用時，有很高的準確度和穩定性。不需要其他的濕度儀表來測示濕度。該裝置達到和超過了國外(國內沒有)次級濕度標準器的水平。是一件有重要科學技術價值的發明。
2、保證濕氣發生精度的關鍵技術是液下微氣泡濕氣發生方式。氣液系統的平衡速度與氣液界面與氣態體積之比正相關。5
實際工作情況是恒溫水浴使該發生瓶內鹽溶液為一恒定溫度(士0. 050C )潔凈空氣由壓縮機驅動經進氣管熱交換，溫度趨至水浴設定值；進入發生瓶至微孔噴頭，由寶石微孔噴嘴成微小氣泡逸出。隨著氣泡上升，壓力減小，氣泡逐漸增大，至液面后氣體逸出。用寶石微孔噴嘴，是因為紅寶石表面不易附著鹽結晶以阻塞微孔。噴嘴加工成Φ0. Imm微孔， 是為發生微氣泡，微氣泡的比表面積大(氣泡表面積與氣泡體積之比)則氣液界面面積大， 氣泡內蒸汽壓可快速達至平衡。氣泡上升過程既是液氣膜不斷更替的過程，又是液氣膜不斷上升擾動的過程。如是，可快速達到泡內氣體與鹽溶液之間的氣液平衡，鹽溶液保有一定的深度，氣泡至液面時，氣泡內的蒸汽壓為該鹽溶液的飽和蒸汽壓。氣泡不斷地涌出，瓶內氣體維持恒定的飽和蒸汽壓即恒定的濕度，恒定濕度的氣體從出氣孔不斷涌出。為保證恒濕氣體發生的穩定性和可靠性，可串聯相同的發生瓶兩級或三級工作。可溶性鹽的飽和蒸汽壓可查鹽溶液的飽和蒸汽壓表。
在25士0. 1°C均勻恒定水溫、士 100每分毫升穩定的凈化空氣流量、分析純氯化鈉飽和鹽溶液、用高精度露點儀檢測，本發明裝置濕氣發生波動度小于士0. 2% RH，濕度系統發生準確度可達士0. 3% RH0這一精度達到和超過了國內外現有次級標準濕度發生裝置的最好水平。
權利要求
1.一種開放式恒濕氣體發生瓶，其特征在于該發生瓶包括瓶體，瓶體外壁由上而下設置一個熱交換管，熱交換管的上端連接進氣管，熱交換管的下端由瓶體底部進入瓶體內，瓶體內熱交換管的尾端向上并設置有一個微孔噴頭，微孔噴頭上端面設置一組與熱交換管連通的微孔紅寶石氣體噴嘴，瓶體上部設置一個與瓶體內連通的出氣管，瓶體內壁頸部設置一個向內的環形臺，環形臺上懸吊一個鹽袋，瓶體口部設置一個密封蓋。
2.根據權利要求1所述的開放式恒濕氣體發生瓶，其特征在于所述的鹽袋的上端口為一個硬尼龍園環狀可拆卸鹽袋口，鹽袋的上半部為網狀袋體，鹽袋的下半部為細小孔目薄尼龍網袋兜。
3.根據權利要求1或2所述的開放式恒濕氣體發生瓶，其特征在于所述的微孔噴頭的下方至少設置有一個開口向下且與發生瓶瓶體內部連通的防阻塞溢氣孔。
4.根據權利要求1或2所述的開放式恒濕氣體發生瓶，其特征在于所述的密封蓋上設置有一個透氣孔，透氣孔上設置一個密封旋塞。
全文摘要
一種開放式恒濕氣體發生瓶。包括瓶體，瓶體外壁由上而下設置一個熱交換管，熱交換管的上端連接進氣管，熱交換管的下端由瓶體底部進入瓶體內，瓶體內熱交換管的尾端向上并設置有一個微孔噴頭，微孔噴頭上端面設置一組與熱交換管連通的微孔紅寶石噴嘴，瓶體上部設置一個與瓶體內連通的出氣管，瓶體內壁頸部設置一個向內的環形臺，環形臺上懸吊一個鹽袋，瓶體口部設置一個密封蓋。本發明提供的是一種高精度恒濕氣體發生瓶，是新型標準濕度發生裝置的核心；此發生瓶不是一個實驗樣品，而是可實際應用的成熟設計。以此發生瓶為核心組成的標準濕度發生裝置，可以滿足濕度儀器儀表準確、快速、連續檢測、標定的要求。
文檔編號G01N33/00GK102507869SQ20111033182
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月27日 優先權日2011年10月27日
發明者王汶成 申請人:天津今明儀器有限公司