“加法”濕度測量方法及其“加法”濕度測量裝置的制作方法

專利名稱：“加法”濕度測量方法及其“加法”濕度測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對物理學和化學所說的“絕對濕度”和“相對濕度”進行精確和快速測定的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種全新的濕度測量方法一“加法”濕度測量方法或工藝，及其按“加法”濕度測量方法所制造的“加法”濕度測量裝置。
背景技術(shù)：
大氣中氣態(tài)水的含量在科技上通常定義為“大氣絕對濕度”或“大氣相對濕度”兩種，其中，“大氣相對濕度”簡稱“相對濕度”(RH)或“濕度”。人們通常所說的“濕度”(RH) 就是指“大氣相對濕度”，其物理意義為大氣中所含有水蒸氣分壓的度量值e與當時環(huán)境溫度下地球海平面上的飽和水蒸氣分壓E的比值
RH% = e/E*100% (公式 I)?！皾穸取倍x后的200多年來，發(fā)明了許多不同的測量技術(shù)，除了以體積膨脹原理測量的毛發(fā)式和雙金屬片式濕度儀之外還有以水蒸氣的不同揮發(fā)速度原理來測定的雙球式干濕濕度儀等不下二三十種，測量手段各異的測量方法。到目前為止，最方便又最經(jīng)典的測定方法還是要算“冷鏡式露點濕度儀”了。從上世紀70年代起，各種數(shù)字式電子濕度儀得到了廣泛的應(yīng)用，相對濕度成為大家所熟悉的大氣參數(shù)?，F(xiàn)有的電子濕度儀產(chǎn)品有電容式、電阻式和薄膜電容式等多種類型，統(tǒng)稱為電子式濕度傳感器類產(chǎn)品。但是，這些產(chǎn)品由于電子濕敏元件本身的濕敏特性與相對濕度或絕對濕度的物理定義不相同，加上各種濕度傳感器元器件老化等原因，所以這些電子類的濕度儀或濕敏傳感器本身并不能直接地將濕度值獨立地、直接地測定出來，而是需要“逐只”通過傳統(tǒng)的、被視為濕度測量標準的“露點法冷鏡式濕度儀”，進行濕度測量的“標準導(dǎo)入”。所述的“標準導(dǎo)入”，就是在電子式濕度儀出廠校準時或售后定期校準時， 將各種電子式濕度儀“逐只”從稱為“標準濕度發(fā)生器”的儀器所發(fā)生的標準濕度氣體測得的電信號變量，按照由“冷鏡式露點濕度儀”對“標準濕度發(fā)生器”校準得到的數(shù)值來調(diào)整、 顯示和表達，以“冷鏡式露點濕度儀”所校準的濕度值作為各種電子濕度儀顯示的標準值。這一過程是當前電子數(shù)字濕度儀生產(chǎn)和校驗過程中不可或缺的工藝過程，叫做濕度測量儀的“標準傳遞”，其中由“冷鏡式露點濕度儀”測得的濕度量值是“冷鏡式露點濕度儀”的“導(dǎo)出標準”，各種數(shù)字式濕度儀將依照這個“導(dǎo)出標準”進行濕度輸出量值的調(diào)整。在數(shù)字式電子濕度儀問世之前，各種測量“相對濕度”的設(shè)備是按照最常用且經(jīng)典的測定方法“露點法”進行工作的。與其他可直接測量得到的大氣參數(shù)，如溫度、大氣壓強、 風速等測量過程不同，用“露點法”對“相對濕度”的測定，首先得到的是一個“間接”的溫度參量“露點溫度”，然后再從“露點溫度”推算出水汽分壓值e。因而，“露點法”是一種“間接”的濕度測量技術(shù)。在物理學里定義“大氣絕對濕度”是關(guān)于單位體積的空間里所包含的“水蒸汽”質(zhì)量的實際數(shù)值，用g/L或Kg/m3作為度量單位，絕對濕度也可稱為“水汽絕對密度”。但是， 要將水蒸氣從水蒸氣與大氣的混合物中完全地單獨地提取出來直接測定水分的多少，是一件“十分”困難的事。直到如今這個完全提取水分的問題一直沒有得到很好的解決。因此， 自從“濕度”定義后的200多年以來，在科學和技術(shù)上一直采用各種“間接”的測量方法來解決“濕度測量”這個難題。所謂的“間接”測量是選擇一個與“絕對濕度”變化相關(guān)聯(lián)的參量，并用這個參量的變化規(guī)律來說明、代替或解釋“濕度”的變化。由“氣態(tài)方程”人們了解到，在一定溫度T的空間V里，氣體的壓強P和氣體的質(zhì)量M有著嚴格的線性變化關(guān)系。所以200多年來，在幾乎所有的“濕度”測量技術(shù)中都采用測量水蒸氣的壓強P的辦法來替代難以提取、也難以精確測量到的水蒸氣的質(zhì)量M。對要求不高的“絕對濕度”的測定，之前是通過先用“露點法”測定得到相對的濕度值，然后再換算得到“絕對濕度”的。由于“相對濕度”的測定的精度本身不能超過±1%， 因此轉(zhuǎn)化到“絕對濕度”時的測量誤差就越來越大，尤其是低濕度和高溫環(huán)境對象的“絕對濕度”的測定和換算，其誤差范圍在理論上就可以高達±20%以上。目前的測濕手段，在“絕對濕度”的“直接”測定方面，主要有電解吸收法、飽和鹽法、硫酸法等等。盡管這些“直接”測定的方法的精度都相當高，但是，它們都因為平衡或吸收過程的太慢而只能局限在各種實驗室環(huán)境下應(yīng)用，不能推廣和在現(xiàn)場環(huán)境里得到普遍應(yīng)用。但是，不管是相當精確的“直接測量法”還是各種“間接測量法”，其工作的原理基本可歸為一個，既從空間或大氣里把“水分”千方百計地“提取出來”，然后再對被提出的水分進行測量這樣一個總體過程。本發(fā)明將這個“提取水分”的工藝過程，統(tǒng)統(tǒng)歸納為“減法” 濕度測量方法或技術(shù)。各種利用“減法”濕度測量方法的儀器各有優(yōu)缺點，其中，100多年前發(fā)明的“冷鏡式露點儀”(Regnault露點儀)是一種最經(jīng)典的濕度測量儀器。而今，100多年過去了，“冷鏡式露點儀”在現(xiàn)代的濕度測量技術(shù)中仍占有重要的位置，其測量方法仍被認為是最基本、 最方便的測量方法，以至于在各種電子式濕度儀問世后由“露點法測定得到的濕度量值”還被廣泛地用作濕度測量的“傳遞標準”。電子式濕度儀(濕度傳感器元件)“標準導(dǎo)入”的過程，使本來已經(jīng)是“間接測量” 的“冷鏡露點法濕度測量技術(shù)”轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗械拈g接測量電信號量值的轉(zhuǎn)換。在這一系列的間接測量電信號量值的轉(zhuǎn)換鏈中，任何一個環(huán)節(jié)工作狀態(tài)的漂移都會明顯地影響到儀器的最終精度。所以很具諷刺意義的是，直到現(xiàn)在，在任何最先進的電子式數(shù)字顯示濕度控制大型系統(tǒng)里(例如在大型檔案館里)，在其關(guān)鍵的部位依然要設(shè)置一定數(shù)量的雙球濕度儀作為對露點法自動控制系統(tǒng)的輔助校對系統(tǒng)，以防止露點濕度控制系統(tǒng)的突發(fā)性精度大幅度漂移而造成不可挽回的損失。直到現(xiàn)在，在遍布世界各國的氣象臺站里，還是以雙球濕度儀作為基礎(chǔ)的濕度測定手段。由此可見，在專業(yè)范圍內(nèi)，露點法濕度測定方法以及由露點法校準的各種電子式濕度儀的不可靠性和不值得委以信任。在以“冷鏡式露點儀”為代表的用“露點法”測量濕度的過程中，被測氣體必須接觸一個逐漸變冷的冷源。當冷源冷卻到被測氣體“露點”的時候，在冷源的表面就會有水蒸氣凝結(jié)的“露”出現(xiàn)，觀察并記錄“結(jié)露”剛出現(xiàn)時的溫度就是該氣體的“露點溫度”。“露點法”測量濕度的原理是，參看附圖2 (A)，設(shè)未飽和空間的未知濕度為A點的狀態(tài)這時的溫度是T0，在這個溫度上的飽和水汽壓值查表可以得到PO。當將鏡面附近極薄的一層狀態(tài)為A的空間里的氣體冷卻到溫度Tl時，現(xiàn)代技術(shù)上假定，薄層空間里的未知水汽分壓與環(huán)境水汽分壓Pl是相同的。所以薄層空間里的水汽飽和度就向左移動直到與飽和線相交。這樣，薄層空間里的水汽就會因達到飽和而以霧或露的形式析出來。于是，就能根據(jù)PO和Pl計算出相對濕度RH。其表示公式為(RH-)=P1/P0 * 100%。式中，Pl和PO值的意義與上面所述的公式(I)里的e和E分別相同，而其精確值則可以從測量得到的“露點溫度”值和被測氣體的原來溫度值從國際氣象組織(WMO) 1996 年通過的飽和水汽壓的計算公式
esw = e0 exp [17. 62t / (24. 3+t)] (公式 2)
中計算得到，式中esw為水面飽和水汽壓(hpa) ;e0為0°C時的飽和水汽壓；t為溫度 (V )，溫度的適用范圍為-45 60°C。分別求得在兩個相應(yīng)溫度下水蒸氣的“飽和壓強”精確值，通過這兩個分壓強的值利用公式(I) (RH = e/E*100%)就可計算出被測氣體原來的 “相對濕度”。但是，采用“露點法”原理設(shè)計制造的濕度儀在使用時，有三個難以克服的技術(shù)難點，它們是
(I)結(jié)露與未結(jié)露的界限難以判別
“露點法”的一個關(guān)鍵點是測定“結(jié)露”剛出現(xiàn)時的溫度(“露點”)，結(jié)露實際上是一個復(fù)雜的理化過程?，F(xiàn)代技術(shù)已經(jīng)揭示，“露點”過程包含有三個不同的實際過程，所以已經(jīng)“結(jié)露”和“未曾結(jié)露”僅靠人的肉眼觀察來確定是非常不容易的，現(xiàn)代技術(shù)上利用通過一系列復(fù)雜的光學系統(tǒng)或者用聲表面波等的新技術(shù)來協(xié)助觀察和判別，即使這樣，還是不易掌握和統(tǒng)一測定標準。(2)拉烏爾效應(yīng)
所謂“拉烏爾效應(yīng)”是由水溶性物質(zhì)造成的。如果被測氣體中攜帶有這種物質(zhì)(一般是可溶性鹽類)鏡面就會提前結(jié)露，使測量結(jié)果產(chǎn)生正偏差；若被測氣體中含有不溶于水的微粒，如灰塵等，就會增加儀器的本底散射水平。此外，一些沸點比水低、容易冷凝的物質(zhì)(例如有機物)的蒸氣也會對“露點”的測定產(chǎn)生干擾。所以到目前為止，依照“露點法”的原理設(shè)計制造的最高精度的濕度儀所能達到的理論測量精度依然不能超過土 1%。(3)三相環(huán)境
濕度測量，測量的是空氣中水蒸氣的含量。但是，當環(huán)境處于或低于(TC時，被測氣體進入了一種三相環(huán)境，這時候，被測氣體實際上具有相對于水的“相對濕度”和相對于冰的“相對濕度”。在“露點法”實際測量過程中，只要冷卻面發(fā)生微量“結(jié)露”的情況，測得的值就會發(fā)生正偏差，顯示出比實際的相對于水的“相對濕度”遠高的讀數(shù)，使測定結(jié)果往往不確定。另一方面，世界氣象組織(WMO)規(guī)定，對于0°C以下和高空大氣的“相對濕度”的測定，一律用水蒸氣相對于過冷水的飽和曲線(esw)來計算濕度。這樣，在實際測量中就不可避免地面臨著區(qū)分和防止在鏡面上結(jié)霜的難題。正如國際度量衡局/歐洲共同體(BIPM/CCT)濕度專家工作組歐洲委員在濕度與水分測量路線圖中指出的濕度不是一個容易測量的量，有關(guān)濕度的直接測量技術(shù)和間接測量技術(shù)直到如今仍然是世界性的技術(shù)難題之一，而精確地測定濕度更是難題中的難題?？傊钡侥壳?，在科學技術(shù)飛速發(fā)展的形勢下，能實時、直接、快速地測定“絕對濕度”的方法或手段還沒有。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有濕度測量技術(shù)的不足，提供一種稱為“加法”的濕度測量方法；本發(fā)明的第二個目的是，按照“加法”濕度測量方法，提供能夠?qū)嶋H應(yīng)用的“加法” 濕度測量裝置。本發(fā)明所述的“加法”濕度測量方法，是根據(jù)水蒸氣在不同溫度條件下有固定的 “飽和蒸汽壓”或“飽和絕對濕度值”的特性，通過向未飽和的被測氣體“添加”水蒸汽使之達到水汽的飽和狀態(tài)，再測量“添加”水蒸汽的水分量值來測定“絕對濕度”和“相對濕度” 的方法。本發(fā)明的“加法”濕度測量方法，在測量中設(shè)未飽和空間的未知濕度為A，這時的溫度是T0，在這個溫度上的飽和水汽壓值可以查表或計算得到PO，飽和絕對濕度值可以查表或計算得到為MO。現(xiàn)在，將狀態(tài)為A的空間里的空氣樣品“密閉等壓”加熱到溫度T2，這時盡管被測樣本里的未知水汽分壓Pl因為加溫的關(guān)系壓力有所升高，但是，采樣中未知的水汽絕對濕度Ml卻不會發(fā)生變化。同時,被測樣本氣體的飽和點卻大大升高,其結(jié)果是樣本空氣的相對濕度就大大降低。在這樣的條件下，通過精密計量裝置給樣本空氣加濕，直到被加熱的樣本空氣達到飽和為止。這時，若被測加熱樣本氣體的飽和水氣壓值為對應(yīng)的P2，對應(yīng)的絕對濕度值為M2，而通過精密計量裝置得到的加濕量為W。根據(jù)“加法濕度儀”測定室的容積值VO、V2和氣態(tài)方程，加濕量W可折算為絕對濕度的增量Ma，將M2與Ma相減就可以得到被測氣體原來的未知絕對濕度值Ml，其公式為
M2 - Ma = Ml (公式 3)。根據(jù)氣態(tài)方程，我們又可以從Ml求得樣本氣體環(huán)境溫度下對應(yīng)的水汽分壓Pl。這樣我們就可以根據(jù)PO、Pl和P2同樣的計算得到相對濕度RH。顯然，在理論上，(RH+)= (Ml/ MO)* 100%
=(Pl/ PO)* 100%
=(RH-)(公式 4)。所以，RH+和RH-在理論上是一致的。而且在我們得到絕對濕度Ml的值之后，實際上不需要再換算成水汽的分壓來求得“相對濕度”，使精度更加保證。在前述“減法”濕度測量方法的測量中，這個Pl值是由“露點”的溫度間接求得的， 而“露點”方法的測量誤差因為處于一個動態(tài)的降溫過程，從“未結(jié)露”到“結(jié)露”是一個模糊的、不易確定的界限，所以“露點法”的測量誤差很大。但是在“加法”濕度測量方法的測量中，溫度TO和Tl都是恒定的值，所以可以測量和控制得很精確。由此得到的P0、P2、M2值的精度也就相對較高(常用的通用飽和蒸汽壓表均能從三位有效精度的溫度值查得6位有效數(shù)字的飽和蒸汽壓值)。而加濕量W也是一個精確值(4位有效數(shù)字)，換算到Ml后仍能保持所求出的“絕對濕度值”有三位以上有效精度以及最后求得的“相對濕度值”也能保持兩位以上的有效精度。需要強調(diào)的是，采用“加法”濕度測量方法測量濕度以及所有按“加法”濕度測量方法制造的“加法”濕度測量裝置具有方便的自我校對能力。對于任何環(huán)境里的測定結(jié)果， 只要設(shè)置兩個或兩個以上的測定加溫設(shè)置，就可方便地檢測出“加法”濕度測量方法的測定精度，從而解決或排除所有零部件的老化或工作點漂移等技術(shù)問題。由此“加法”濕度測量方法本身可以確保測定結(jié)果的高精度，可以作為濕度測定的標準?！凹臃ā睗穸葴y量方法的測定結(jié)果可以導(dǎo)出給其他的一切有需要的“減法”裝置，而不再需要從任何精度的“減法”濕度測量裝置導(dǎo)入濕度測定標準。本發(fā)明實踐證明，加濕工藝過程中采用的“蒸發(fā)器”其中的水在被測量過程里的揮發(fā)速度是一個很快的過程。特別是在蒸發(fā)器剛打開的瞬間，隨著測量工作室內(nèi)飽和度的增加，水的揮發(fā)速度才逐漸地慢下來。蒸發(fā)過程符合道爾頓關(guān)于氣體蒸發(fā)速率的公式(參看附圖3)。道爾頓(Dalton)發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)速率與蒸發(fā)面溫度下的飽和差成正比，以下式表示 Wo=A(E-e)(公式 5);
式中Wo表示水面蒸發(fā)速率，E-e為飽和差，A為比例系數(shù)；其中，A值是由水汽的擴散能力及距蒸發(fā)面的高度來決定的。對于靜止狀態(tài)的空氣和在恒溫條件下，A由空氣水汽的擴散系數(shù)決定。也可以簡單的解釋為當其他的條件都固定不變的時候。“蒸發(fā)速率”和“相對濕度”有呈反比的關(guān)系。“相對濕度”越高，“蒸發(fā)速率”就越小。所以在本發(fā)明中，當秤量系統(tǒng)的精度足夠高時。只要通過測量蒸發(fā)器打開后第一秒的蒸發(fā)量就可以從計算系統(tǒng)所記憶的歷史數(shù)據(jù)中，快速推算得到被測樣本的相對濕度值來。為實現(xiàn)本發(fā)明的第一個目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為
一種“加法”濕度測量方法，其特征是，包括以下工藝步驟
(1)取樣
從外部濕度未飽和環(huán)境中提取足夠量的樣本氣體來進行含水量的測定并設(shè)置能容納這些樣本氣體的密閉空間，所述的空間里應(yīng)配置有完整的大氣參數(shù)精確測量設(shè)備包括中央控制器、加熱和降溫雙向發(fā)熱組件、恒溫控制系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、蒸發(fā)器和精密秤以及能使所述空間保持恒溫的恒溫控制系統(tǒng)；
取樣時應(yīng)使所述空間內(nèi)的起點溫度與外界環(huán)境溫度保持相同；
(2)密封
由于需要對定量的被測密封氣體進行加溫，加溫后的氣體會膨脹或增壓，因此，所述的空間不僅要求是能夠密封的，而且要是可以改變可計量體積的或者是能夠承受壓力的；
(3)加溫
在所述的密封空間對樣本氣體進行均勻地加溫到設(shè)定的測定溫度平均加熱至0°C 90°C中的任意一個設(shè)定值并保持溫度的穩(wěn)定，以加速其后的“加濕”過程；
(4)加濕并測定加濕量
當樣本氣體被加溫到設(shè)定的溫度后，打開加濕蒸發(fā)器即開始等溫蒸發(fā)的操作要求加濕時水蒸氣的溫度與設(shè)定的溫度保持相同，由于水在蒸發(fā)時要吸收熱量，所以加濕器需要具備足夠的即時熱功率，以保證蒸汽的溫度和將要蒸發(fā)的水的溫度始終保持在與設(shè)定溫度相當接近的范圍內(nèi)，直至所述空間內(nèi)的水蒸汽達到飽和；
測定加濕量通過設(shè)置在所述的空間里的、與加濕器連接的精密秤進行加濕量的連續(xù)測定；
(5)計算濕度值
通過所述的精密秤讀取測得的由加濕器所提供的補水量，計算出樣本氣體的濕度并將計算得到的被測氣體樣本的“原始絕對濕度”和“原始相對濕度”采取任何形式顯示出來。進一步，步驟(5 )對樣本氣體濕度的計算可以通過人工操作，也可以通過計算機系統(tǒng)或中央控制器計算得到。為實現(xiàn)本發(fā)明的第二目的“加法”濕度測定裝置，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為 一種“加法”濕度測量裝置，其特征是，至少含有
一個能容納樣本氣體的空間或者測定工作室；
一套所述空間的恒溫控制系統(tǒng)；
一套保持等溫蒸發(fā)功能的加濕系統(tǒng)；
一套對所述加濕系統(tǒng)的加濕量進行計量的精密稱量系統(tǒng)；
一套對所述精密測量系統(tǒng)得到的數(shù)值進行運算、對比和輸出的計算系統(tǒng)；
一套對以上所述各個系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)、控制和顯示的中央控制系統(tǒng)；
所述各個系統(tǒng)或者集成在一個總成上，或者通過數(shù)據(jù)線連在一起，也可分別獨立運行。進一步，所述的空間或者測定工作室為筒式結(jié)構(gòu)。進一步，所述的空間或者測定工作室為箱體結(jié)構(gòu)。進一步，所述的空間或者測定工作室為袋狀結(jié)構(gòu)。進一步，所述的加濕系統(tǒng)為等溫蒸發(fā)器。進一步，所述的精密稱量系統(tǒng)可以是任何精度足夠的精密秤。本發(fā)明的積極效果是
(O提供了一種全新的濕度測量方法——“加法”濕度測量方法，首先，它是一種“直接”的測量方法，是至今為止唯一能在現(xiàn)場環(huán)境、實時通過“直接”稱量水蒸氣的重量來測定 “絕對濕度”的方法，其次，它在理論上與“濕度”的物理定義完全一致；第三，“加法”濕度測量方法不僅能精確地測定“絕對濕度”，還可以實現(xiàn)在秒級的時間內(nèi)精確、快速、智能地測定被測對象的“相對濕度”值并保持相當?shù)臏y定精度；最后，它不僅在理論上對“減法”濕度測量方法進行了創(chuàng)新，而且在濕度測定精度上比“減法”濕度測量方法更穩(wěn)定、更準確。(2) “加法”濕度測量方法的具體步驟簡單明了，便于執(zhí)行，測定過程快、時間短，可以手工操作也便于自動化智能控制；同時，它擴大了對不同濕度的測量范圍，通過對低溫未飽和氣體加溫，使樣本氣體的相對濕度先降低，然后再采用加濕的方法將樣本氣體加濕到飽和，便于對各種超高濕度環(huán)境中進行精確的濕度測量。(3)提供了按“加法”濕度測量方法制造的“加法”濕度測量裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，加工容易、制造方便、適于大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用，能將“加法”濕度測量方法落實到具體的應(yīng)用實踐中去。(4)所述的“加法”濕度測量裝置是綠色環(huán)保的，使用時其各個組成部分都不使用并不產(chǎn)生污染物質(zhì)。(5)采用“加法”濕度測量方法測量濕度以及按“加法”濕度測量方法制造的“加法”濕度測量裝置具有方便的自我校對能力，對于任何環(huán)境里的測定結(jié)果，只要設(shè)定兩個或兩個以上的加溫設(shè)置，就能夠方便地檢測出“加法”濕度測量方法的測定精度，從而解決或排除所有零部件的老化或工作點漂移等技術(shù)問題。(6)本發(fā)明的“加法”濕度測量方法有望成為濕度測定的新的行業(yè)標準“加法”濕度測量方法的測定結(jié)果可以導(dǎo)出給其他的一切有需要的“減法”裝置，而不需要從任何精度的“減法”濕度測量裝置導(dǎo)入濕度測定標準。


附圖I為水的相圖和濕度測量的范圍圖。附圖2為露點式濕度儀與加法濕度儀在測量原理上的對照分析圖。附圖3為補水量和相對濕度的關(guān)系及快速測定原理圖。附圖4為本發(fā)明“加法”濕度測量方法的流程框圖。附圖5 “加法”濕度測量方法各步驟含有的測量數(shù)據(jù)的流動過程示意圖。附圖6為本發(fā)明“加法”濕度測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖中的標號分別為
I、第一進排氣通氣閥； 2、大箱體蓋；
5、雙向發(fā)熱器；
8、第二進排氣通氣閥
11、蒸發(fā)器；
4、風扇(勾溫系統(tǒng))； 7、總控制面板；
10、絕熱小箱體；
13、電磁或致熱元件加熱器；14、精密秤；
16、濕度顯示裝置；17、恒溫控制系統(tǒng)；
19、電磁加熱或半導(dǎo)體致熱功放。附圖7為濕度行業(yè)“基準傳遞”的流程規(guī)范示意圖。
3、溫度感應(yīng)器；
6、小箱體蓋；
9、大箱體(測定工作室)； 12、恒溫加熱器；
15、小箱體通風閥；
18、中央控制器；
具體實施例方式以下結(jié)合附圖給出本發(fā)明“加法”濕度測量方法及其“加法”濕度測量裝置的具體實施方式
，但是應(yīng)當指出，本發(fā)明的實施不限于以下的實施方式。參見附圖1、2。在一定的溫度、壓強和相對密封的條件下，單位體積里所能容納的水蒸氣是有最高限度的。當某個相對密封空間體積里的水蒸氣含量達到最高限度的時候， 現(xiàn)代科學上把這個相對密封空間稱為水汽“飽和”的空間。這個相對密封的空間體積里，水蒸汽達到飽和時的水蒸氣壓強稱為“飽和壓強”。相對密封的空間體積里水蒸氣的“飽和壓強”與溫度之間的變化關(guān)系簡稱為水的相圖。濕度測量技術(shù)所涉及的范圍在水的相圖中只是一小部分，在附圖I中大的方框內(nèi)是專業(yè)濕度儀能夠測量到的范圍，小的方框內(nèi)是通用濕度儀的測定范圍。一種“加法”濕度測量方法，包括以下步驟(參見附圖4)
(I)取樣
從外部濕度未飽和環(huán)境中提取足夠量的樣本氣體來進行含水量的測定并設(shè)置能容納這些樣本氣體的空間，所述的空間里應(yīng)配置有完整的大氣參數(shù)精確測量設(shè)備，具體的可以配備中央控制器、加熱和降溫雙向發(fā)熱組件、恒溫控制系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、蒸發(fā)器和精密秤，以及能使所述空間保持恒溫的恒溫控制系統(tǒng)。在取樣時，所述空間內(nèi)的起點溫度與外界的環(huán)境溫度保持一致。(2)密封
由于需要對定量的被測氣體進行加溫，加溫后的氣體會膨脹或增壓，因此，所述的空間不僅要求是能夠密封的，而且要能夠承受壓力的或者是可以改變可計量的體積。
(3)加溫
在所述的密封空間對樣本氣體進行均勻地加溫并加溫到設(shè)定的溫度可以平均加熱至 (TC 90°C中的任意一個設(shè)定值并保持溫度的穩(wěn)定，以提高其后的“加濕”過程的效率。只要把樣本氣體的溫度升高到“相對濕度”低于70%的狀態(tài)，就可以得到精確的測定結(jié)果；例如，對于環(huán)境溫度為0°C的亞飽和樣本氣體升溫到9°C就可以保證樣本氣體的“相對濕度” 已經(jīng)低于70% ;對于環(huán)境溫度為20°C的亞飽和樣本氣體，升溫到32°C就可以保證樣本氣體的“相對濕度”已經(jīng)低于70%，同樣地對于45°C的亞飽和樣本氣體升溫到60°C就可以了。而對于濕度原來就低于70%的環(huán)境，就可以不再加溫(O加溫)，直接測量。( 4 )加濕并測定加濕量
當樣本氣體被加溫到設(shè)定的溫度后，然后開始加濕過程即等溫蒸發(fā)的操作由于加濕時水蒸氣的溫度與設(shè)定的溫度相同，水在蒸發(fā)時要吸收熱量，所以蒸發(fā)器需要具備足夠的即時熱功率，以保證蒸汽的溫度和將要蒸發(fā)的水的溫度都保持在與設(shè)定溫度相當接近的范圍內(nèi)，直至所述空間內(nèi)的水蒸汽達到飽和；
測定加濕量通過設(shè)置在所述的空間里的、與加濕器連接的精密秤進行濕量，或者是通過設(shè)置在所述的空間里的氣壓表或容積變化的測定值，可以實時地反映樣本氣體是否已經(jīng)到達飽和狀態(tài)。(5)計算濕度值
本發(fā)明所包含有的計算系統(tǒng)，通過所述的精密秤讀取測得的由加濕器所提供的補水量，并計算出樣本氣體的濕度，并通過中央控制器將計算得到的被測氣體樣本的“原始絕對濕度”和“原始相對濕度”顯示出來。在上述“加法”濕度測量方法的各步驟中含有一個測量數(shù)據(jù)的流動過程，其具體內(nèi)容為(參見附圖5)
①從被測環(huán)境收集必要環(huán)境參數(shù)，采集樣本氣體——通過風扇、閥門等裝置從外部環(huán)境導(dǎo)入足夠量的被測氣體，同時測定被測氣體的各種可以直接測得的參數(shù)，如溫度、壓力、 雜質(zhì)等，從而決定對樣本氣體進行加溫的范圍；
②將環(huán)境參數(shù)送到顯示系統(tǒng)；
③將環(huán)境參數(shù)送到顯示系統(tǒng)；
④設(shè)置最佳測定狀態(tài)；
⑤打開測定室與外界的聯(lián)通；
⑥等待測定室與外界達到穩(wěn)定狀態(tài)；
⑦關(guān)閉測定室與外界的聯(lián)通；
⑧打開加溫系統(tǒng)，將樣本氣體均勻地加溫到設(shè)定的溫度,對水蒸氣的補充源也同樣的加溫到設(shè)定的溫度；
⑨和⑩加溫狀態(tài)控制反饋；
(11)聯(lián)通加溫系統(tǒng)和測定室；
(12)開始加濕，打開水蒸氣的補充源對已被加溫的樣本氣體進行加濕；
(13)加濕過程反饋和加濕測量；
(14)根據(jù)加濕速率顯示相對濕度；
(15)加濕過程反饋和加濕量測定；(I 根據(jù)加濕速率顯示相對濕度修正值；
(17)加濕過程反饋和加濕量測定；
(18)根據(jù)加濕速率的減少判斷系統(tǒng)飽和狀態(tài)，計算并顯示濕度值，包括“絕對濕度”和 “相對濕度”；
(I 結(jié)束測定過程；
(20)系統(tǒng)復(fù)位。參見附圖6。一種“加法”濕度測量裝置，含有一個能容納樣本氣體的空間，所述的空間可采用測定工作室結(jié)構(gòu)可以設(shè)計成等容增壓、等壓變?nèi)莺妥儔鹤內(nèi)萑N不同的方案； 或者采用箱體結(jié)構(gòu)(見圖中的大箱體9);一套所述空間的恒溫控制系統(tǒng)17 ;—套保持等溫蒸發(fā)功能的加濕系統(tǒng)，所述的加濕系統(tǒng)可采用蒸發(fā)器11 ; 一套對所述蒸發(fā)器11的加濕量進行計量的精密稱量系統(tǒng)，所述的精密稱量系統(tǒng)可采用精密秤14 ;一套對所述精密測量系統(tǒng)得到的數(shù)值進行運算、顯示和輸出的計算系統(tǒng)(見圖中的濕度顯示裝置16);—套對以上所述各個系統(tǒng)進打協(xié)調(diào)和控制的中央控制系統(tǒng)(見圖中的中央控制器18 ;所述各個系統(tǒng)或者集成在一個總成上，或者是通過數(shù)據(jù)線連在一起，但分別獨立地運行；所述各個系統(tǒng)由市電供電或由電池供電。附圖6所示的“加法”濕度測量裝置的基本結(jié)構(gòu)為含有大箱體(測量工作室)9、 大箱體蓋2、絕熱小箱體10、小箱體蓋6和總控制面板，所述大箱體(測量工作室)9是一個具有恒壓適應(yīng)能力的變?nèi)菘涨?；或者是一個具有恒壓排空能力的定容空腔，其最小容積比
0.I立升略大(不限于此值)，最大容積比大于I立方米(不限于此值)。在所述大箱體(測量工作室)9上設(shè)有第一進排氣通氣閥I和第二進排氣通氣閥8，在所述大箱體(測量工作室) 9內(nèi)設(shè)有溫度感應(yīng)器3、風扇(勻溫系統(tǒng))4、雙向發(fā)熱器5和絕熱小箱體10。在所述絕熱小箱體10內(nèi)設(shè)有蒸發(fā)器11、恒溫加熱器12、電磁或致熱元件加熱器13、精密秤14，所述絕熱小箱體10通過小箱體蓋6和小箱體通風閥15與大箱體9連通，也能相對地封閉于大箱體 (測量工作室)9。在總控制面板上集成有中央控制器18以及數(shù)字濕度輸出及顯示16、恒溫控制系統(tǒng)17、精密秤控制測算部分、電磁加熱或半導(dǎo)體致熱功放19以及開關(guān)和電源系統(tǒng)。所述的中央控制器18通過恒溫控制系統(tǒng)17控制和調(diào)整所述大箱體(測量工作室) 9內(nèi)的溫度，使之與外界環(huán)境溫度相同；所述恒溫控制系統(tǒng)17包括加熱和降溫雙向發(fā)熱器
5、恒溫加熱器12和溫度感應(yīng)器3，它們與中央控制器18集成并與安裝在大箱體(測量工作室)9內(nèi)外四壁的溫度感應(yīng)器3連接；所述恒溫控制系統(tǒng)17通過溫度感應(yīng)器3探測外界環(huán)境溫度并控制加熱和降溫雙向發(fā)熱器5進行工作，使大箱體(測量工作室)9內(nèi)的起點溫度與外界環(huán)境溫度保持相同。應(yīng)用實施例
利用所述的“加法”濕度測量裝置對空氣濕度進行測定的結(jié)果為
假定，采集到待測氣體約一立方米，環(huán)境溫度TO為22. 7±0. 05攝氏度，將待測氣體取樣后加熱到定溫T2為30. 0±0. 05攝氏度，然后加濕，測得加濕量W為234. 3 ±0. 05毫克； 假定，根據(jù)預(yù)先測算好的大箱體(測定工作室)9內(nèi)部容積LO的精確值和各個溫度條件下該大箱體(測量工作室)9的飽和水蒸氣的絕對含水量 MO 為22. 7±0. 05 度時 237. 1±0. I 毫克；
M2 為 30. 0±0. 05 度時 391. 6±0. I 毫克；測定結(jié)果加濕量MA為234. 2 ±O. I毫克；
由于
RH+ = Pl / PO X 100%
=Ml / MO X 100%
=((M2-MA) / MO) X 100%
=((391. 6-234. 3) / 237.1〕X 100%
=66. 343%± O. 01%
=66. 3% ±0. 1% (取三位有效數(shù)字)。本應(yīng)用實施例的計算精度可達到±0. 5% (是目前所能達到的最高濕度測量精度)。 只要控溫系統(tǒng)的精度有保證，濕度測量的精度也就能得到保證。在上述應(yīng)用實施例的操作過程中，假定總加濕量為234. 2毫克，實際加濕到飽和平衡的時間為2分鐘，而且假定濕度測量裝置得到的第I秒鐘內(nèi)的加濕量為40毫克，第2
秒鐘內(nèi)的加濕量為20毫克，第3秒鐘內(nèi)的加濕量為15毫克......第100 120秒鐘的加濕
量為O. I毫克，通過本發(fā)明“加法”濕度測量裝置內(nèi)部精密秤控制智能測算部分的儲存單元記錄下每個實際裝置每一次測定過程的加濕速率的變化規(guī)律并進行優(yōu)化。當再次測量得到某樣本氣體的初始溫度也為22. 7度，設(shè)定的加溫溫度也為30度的條件下，而且第I秒鐘內(nèi)的水汽補充量為40毫克時，本發(fā)明的“加法”濕度測量裝置就可以在第I秒鐘后智能地直接從儲存信息中讀出優(yōu)化過的測定結(jié)果，直接顯示66. 3%的相對濕度值，不必再等待2分鐘的全部加濕過程的完成(但是濕度測量裝置將繼續(xù)完成整個測定過程并記錄下來)。本發(fā)明的“加法”濕度測量方法有望成為濕度測定的新的行業(yè)標準(參見附圖7) “加法”濕度測量方法的測定結(jié)果可以導(dǎo)出給其他的一切有需要的“減法”裝置，而不需要從任何精度的“減法”濕度測量裝置導(dǎo)入濕度測定標準。以上所列出的計算過程只是用來說明，“運算和顯示系統(tǒng)”對從系統(tǒng)測量得到的加濕量和其他氣體參量可以推算得到被測氣體未知的絕對濕度值，再由此推算得到未知的相對濕度值的一個比較簡單的列式。以上所列出的計算過程并非用來代表或限制本發(fā)明的各種實施例中“運算和顯示系統(tǒng)”的控制軟件具體運算程序的編排思路或方法。凡是依照或符合本發(fā)明“加法”濕度測量方法測定得到加濕量及其他氣體參量，并由此推算得到未知濕度值的所有種類的計算過程，都應(yīng)該落到本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種“加法”濕度測量方法，其特征在于，包括以下工藝步驟(1)取樣從外部濕度未飽和環(huán)境中提取足夠量的樣本氣體來進行含水量的測定并設(shè)置能容納這些樣本氣體的密閉空間，所述的空間里應(yīng)配置有完整的大氣參數(shù)精確測量設(shè)備包括中央控制器、加熱和降溫雙向發(fā)熱組件、恒溫控制系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、蒸發(fā)器和精密秤以及能使所述空間保持恒溫的恒溫控制系統(tǒng)；取樣時應(yīng)使所述空間內(nèi)的起點溫度與外界環(huán)境溫度保持相同；(2)密封由于需要對定量的被測密封氣體進行加溫，加溫后的氣體會膨脹或增壓，因此，所述的空間不僅要求是能夠密封的，而且要是可以改變可計量體積的或者是能夠承受壓力的；(3)加溫在所述的密封空間對樣本氣體進行均勻地加溫到設(shè)定的測定溫度平均加熱至0°C 90°C中的任意一個設(shè)定值并保持溫度的穩(wěn)定，以加速其后的“加濕”過程；(4)加濕并測定加濕量當樣本氣體被加溫到設(shè)定的溫度后，打開加濕蒸發(fā)器即開始等溫蒸發(fā)的操作要求加濕時水蒸氣的溫度與設(shè)定的溫度保持相同，由于水在蒸發(fā)時要吸收熱量，所以加濕器需要具備足夠的即時熱功率，以保證蒸汽的溫度和將要蒸發(fā)的水的溫度始終保持在與設(shè)定溫度相當接近的范圍內(nèi)，直至所述空間內(nèi)的水蒸汽達到飽和；測定加濕量通過設(shè)置在所述的空間里的、與加濕器連接的精密秤進行加濕量的連續(xù)測定；(5)計算濕度值通過所述的精密秤讀取測得的由加濕器所提供的補水量，計算出樣本氣體的濕度并將計算得到的被測氣體樣本的“原始絕對濕度”和“原始相對濕度”采取任何形式顯示出來。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的“加法”濕度測量方法，其特征在于，步驟(5)所述的對樣本氣體濕度的計算可以通過人工操作，也可以通過計算機系統(tǒng)或中央控制器計算得到。
3.一種“加法”濕度測量裝置，其特征在于，至少含有一個能容納樣本氣體的空間或者測定工作室；一套所述空間的恒溫控制系統(tǒng)；一套保持等溫蒸發(fā)功能的加濕系統(tǒng)；一套對所述加濕系統(tǒng)的加濕量進行計量的精密稱量系統(tǒng)；一套對所述精密測量系統(tǒng)得到的數(shù)值進行運算、對比和輸出的計算系統(tǒng)；一套對以上所述各個系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)、控制和顯示的中央控制系統(tǒng)；所述各個系統(tǒng)或者集成在一個總成上，或者通過數(shù)據(jù)線連在一起，也可分別獨立運行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的“加法”濕度測量裝置，其特征在于，所述的空間或者測定工作室為筒式結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的“加法”濕度測量裝置，其特征在于，所述的空間或者測定工作室為箱體結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的“加法”濕度測量裝置，其特征在于，所述的空間或者測定工作室為袋狀結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的“加法”濕度測量裝置，其特征在于，所述的加濕系統(tǒng)為等溫蒸發(fā)器。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的“加法”濕度測量裝置，其特征在于，所述的精密稱量系統(tǒng)可以是任何精度足夠的精密秤。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種全新的濕度測量方法-“加法”濕度測量方法以及按該方法制造的濕度測量裝置；所述測量方法是通過對一定量的樣本氣體先行“加”溫，然后再“加”濕，精確測定“加濕”過程中每一時段和全時段的加濕量、求出被測氣體的原始絕對濕度及相對濕度的測定方法；而所述的“加法”濕度測量裝置至少含有一個能容納樣本氣體的空間、一套恒溫控制系統(tǒng)、一套加濕系統(tǒng)、一套精密稱量系統(tǒng)、一套計算系統(tǒng)、一套中央控制系統(tǒng)，各系統(tǒng)或集成在一個總成上或通過數(shù)據(jù)線連在一起，也可分別獨立運行。本“加法”濕度測量方法是至今為止唯一能在現(xiàn)場環(huán)境實時測定“絕對濕度”的方法，而本測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，能將“加法”濕度測量方法具體落實到實踐中。
文檔編號G01N1/22GK102607981SQ20121006327
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月12日
發(fā)明者陳潔 申請人:陳潔