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专利名称：开放式恒湿气体发生瓶的制作方法
开放式恒湿气体发生瓶技术领域
本发明属于湿度测量和控制技术领域，具体涉及一种高精度恒湿气体发生瓶，是新型标准湿度发生装置的核心。
背景技术：
目前，湿度测量和控制已是很多行业和部门的普遍需求，新型湿度传感器及湿度测量、控制仪表得到广泛的应用，相应湿度仪表的检测、标定则是必需的。但在目前，湿度仪表的检测、标定对于生产、计量、研究等部门仍是难以解决的问题。
作为湿度工作标准，以往的饱和盐溶液法装置本身存在诸多局限。其实际装置多使用类似烧瓶或广口瓶的容器，内装某种饱和盐溶液，用橡胶塞密封，静置使其气液平衡或是加置于某种形式的搅拌加速气液平衡。此种静态的饱和盐溶液法装置，平衡过程需要很长时间；即使在气态、液态有搅动的情况下，仍难较快达到平衡和稳定；为达到、保持饱和蒸汽压的平衡和稳定，装置本身要严格密封。但在实际检定操作过程中，湿度传感器要反复频繁的放入取出，蒸汽压平衡稳定、装置的严格密封都很难把握和实现。耗时费事，难操作、 不稳定、不准确，难以满足现今湿度仪表检定准确、快速、连续的需求。
目前欧美日生产的双温法、双压法、分流法等次级标准湿度发生装置，因需严格准确的测量控制温度、压力、流量及气体纯度，故大多价格昂贵(10 20万美元)；且仍未能很好地解决快速、连续标定的问题。在生产场合，湿度仪表检定要多点同时连续标定，以上装置仅能发生一个湿度标准点，因此需要多台湿度发生装置或反复调变标定点。若用多台湿度发生装置会产生过高的设备费用；用一台就要反复调变标定点，使检定过程冗长且不能连续，又会产生过高的检定费用。发明内容
本发明目的是解决现有标准湿度发生装置价格昂贵且仍存在不能很好的快速、连续标定的问题，提供一种开放式恒湿气体发生瓶。
本发明提供的开放式恒湿气体发生瓶，包括瓶体，瓶体外壁由上而下设置一个热交换管，热交换管的上端连接进气管，热交换管的下端由瓶体底部进入瓶体内，瓶体内热交换管的尾端向上并设置有一个微孔喷头，微孔喷头上端面设置一组与热交换管连通的微孔红宝石气体喷嘴，瓶体上部设置一个与瓶体内连通的出气管，瓶体内壁颈部设置一个向内的环形台，环形台上悬吊一个盐袋，瓶体口部设置一个密封盖。
所述盐袋的上端口为一个硬尼龙园环状可拆卸盐袋口，盐袋的上半部为网状袋体，盐袋的下半部为细小孔目薄尼龙网袋兜，网袋兜中盛放无机盐晶体。
所述的微孔喷头的下方至少设置有一个开口向下且与发生瓶瓶体内部连通的防阻塞溢气孔。
所述的密封盖上设置有一个透气孔，透气孔上设置一个密封旋塞。
本发明的优点和积极效果
本发明提供的是一种高精度恒湿气体发生瓶，是新型标准湿度发生装置的核心； 此发生瓶不是一个实验样品，而是可实际应用的成熟设计。以此发生瓶为核心组成的标准湿度发生装置，可以满足湿度仪器仪表准确、快速、连续检测、标定的要求。
在25士0. 1°C均勻恒定水温、士 100每分毫升稳定的净化空气流量、分析纯氯化钠饱和盐溶液、用高精度露点仪检测，本装置湿度发生波动度小于士0. 2% RH，湿度系统发生准确度可达士0. 3% RH0这一精度达到和超过了国内外现有次级标准湿度发生装置的最好水平。
本发明的创新主要在以下几点
一、此装置形式、材料和功能设计均为首创，是前所未有的。
二、发生瓶内外动态的热交换设计，使盐溶液、浴水、工作载气均为交互的动态过程，使温度均勻、恒定、一致，充分保证了拉乌尔定律的前提条件。
三、微气泡工作方式的设计，气液界面为全动态状态，使气液快速平衡。
四、微孔喷头的设计，微孔喷嘴的设计、材料的选择，防阻塞设计，保证了恒湿源瓶的功能和可靠、稳定的工作。
五、盐袋装置及形式、材料的设计。可防饱和结晶，工作物料更换、添加方便，工作、 设备维护方便。
六、发生瓶的形式、材料。


图1是开放式恒湿气体发生瓶结构示意图。
图中，1圆柱形瓶体，2进气管，3微孔喷头，4防阻塞溢气孔，5细小孔目尼龙网盐袋，6出气管，7密封盖，8热交换管，9微孔红宝石气体喷嘴，10硬尼龙圆环状可拆卸盐袋口， 11网状袋体，12透气孔，13密封旋塞。
具体实施方式
实施例1
如图1所示开放式恒湿气体发生瓶，该发生瓶包括圆柱形瓶体1，瓶体外壁由上而下设置一个热交换管8，热交换管的上端连接进气管2，热交换管的下端由瓶体底部进入瓶体内，瓶体内热交换管的尾端向上并设置有一个微孔喷头3，微孔喷头上端面镶嵌一组与进气管连通的微孔红宝石气体喷嘴9，瓶体上部设置一个与瓶体内连通的出气管6，瓶体内壁颈部设置一个向内的环形台，环形台上悬吊盐袋5，瓶体口部设置一个密封盖7。
本发明发生瓶的具体结构详述如下
1、圆柱形瓶体由高分子量聚丙烯(PP)材料制成。工作时，壳体浸没在恒温水浴中。圆柱形是为减少对壳体外水浴搅拌水流的阻力。圆柱形侧壁厚0.5 0.6mm既保证瓶体有一定的机械强度，又不会因为瓶壁过厚而影响瓶体内外液体的热交换。
2、进气管2及热交换管8 载气进气及与管外水体热交换，使管内气体与管外水体温度一致。由高分子量聚丙烯(PP)材料制成。
3、微孔喷头由聚四氟喷头镶嵌10 20枚微孔红宝石气体喷嘴制成。为防止饱和盐溶液结晶阻塞微孔喷头，气体喷嘴为人造红宝石，喷嘴气孔仅为Φ0. 1mm，10 20枚微CN 102507869 A 孔红宝石喷嘴镶嵌在聚四氟喷头上，可有效防止微气孔被结晶阻塞。
4、防阻塞溢气孔4 利用液压差，在微孔红宝石喷嘴阻塞时溢气之用。
5、盐袋尼龙材料制成。盐袋的上端口为一个硬尼龙园环状袋口 10，可搭卡在瓶口内侧的环形台上，盐袋既不会掉入瓶中，又便于取下添加或更换盐晶体。盐袋的上半部为尼龙线结成的网状袋体11，网状袋体是使饱和溶液有晶体析出时会更容易附着在袋内的晶体上，而不会附着在微孔喷头上，阻塞微孔喷嘴。盐袋的下半部为细小孔目尼龙网袋兜，袋兜内放入盐晶体，细目使晶体不会从袋中漏出，但盐可以溶解从网目中析出。整个盐袋通过上端口的硬尼龙园环悬吊在气体微孔喷头上方；袋内始终保持一定量的盐晶体，在上升的气泡冲击下，盐袋在溶液中摆动，可使盐溶液始终维持在饱和状态。
6、出气管与开放式检定室相通，使开放式恒湿气体发生瓶内的气体压力与外部大气压相同。由聚丙烯(PP)材料制成。
7、密封盖设有透气孔12，用于添加物料和维护之用，不用时由密封旋塞13旋紧。 排气孔也为释放多级工作时级间积聚的气体压力。由聚丙烯(PP)材料制成。
本发明装置的工作原理
1、拉乌尔定律(Raoult’ s law)是物理化学的基本定律。如果溶质是不挥发性的 (这里所用是稳定的无机盐，无挥发问题)，拉乌尔定律可以表述为——在一定的温度下，稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与其摩尔分数的乘积。即
pA = pA° xA
式中
pA-溶剂的蒸气压，溶质是不挥发性时，即为溶液的蒸气压；
pA° -纯溶剂的蒸气压；
xA-溶液中溶剂的摩尔分数。
又
ΔρΑ = pA° -pA = pA° -pA° xA = pA° (l_xA)
得到xB = pA° xB
Ap—溶液的蒸气压下降值；
xB-溶液中溶质的摩尔分数。
这样拉乌尔定律还可以表述为在一定的温度下，当不挥发物质溶解在溶剂中时， 溶液的蒸气压的降低等于纯溶剂的蒸气压与溶质摩尔分数的乘积。
可溶性盐(如氯化钠)的水溶液的蒸汽压遵从摩尔定律。在一定的温度下，其水溶液饱和时，溶液中溶质的摩尔分数xB保持不变；蒸汽压降△ ρ至最大值，pA则为最小值。 即只要盐溶液始终处在饱和状态，则在该温度下的(饱和蒸汽压)蒸汽压最小并保持恒定， 这是本发明的理论依据。由此可知，本发明的原理具本源性特征，其定值湿度气体发生的精度和稳定性由定律本身所揭示的客观性所决定。只要定律所要求的条件得到保证，气体的饱和蒸汽压(湿度)是一定的。实际使用时，有很高的准确度和稳定性。不需要其他的湿度仪表来测示湿度。该装置达到和超过了国外(国内没有)次级湿度标准器的水平。是一件有重要科学技术价值的发明。
2、保证湿气发生精度的关键技术是液下微气泡湿气发生方式。气液系统的平衡速度与气液界面与气态体积之比正相关。5
实际工作情况是恒温水浴使该发生瓶内盐溶液为一恒定温度(士0. 050C )洁净空气由压缩机驱动经进气管热交换，温度趋至水浴设定值；进入发生瓶至微孔喷头，由宝石微孔喷嘴成微小气泡逸出。随着气泡上升，压力减小，气泡逐渐增大，至液面后气体逸出。用宝石微孔喷嘴，是因为红宝石表面不易附着盐结晶以阻塞微孔。喷嘴加工成Φ0. Imm微孔， 是为发生微气泡，微气泡的比表面积大(气泡表面积与气泡体积之比)则气液界面面积大， 气泡内蒸汽压可快速达至平衡。气泡上升过程既是液气膜不断更替的过程，又是液气膜不断上升扰动的过程。如是，可快速达到泡内气体与盐溶液之间的气液平衡，盐溶液保有一定的深度，气泡至液面时，气泡内的蒸汽压为该盐溶液的饱和蒸汽压。气泡不断地涌出，瓶内气体维持恒定的饱和蒸汽压即恒定的湿度，恒定湿度的气体从出气孔不断涌出。为保证恒湿气体发生的稳定性和可靠性，可串联相同的发生瓶两级或三级工作。可溶性盐的饱和蒸汽压可查盐溶液的饱和蒸汽压表。
在25士0. 1°C均勻恒定水温、士 100每分毫升稳定的净化空气流量、分析纯氯化钠饱和盐溶液、用高精度露点仪检测，本发明装置湿气发生波动度小于士0. 2% RH，湿度系统发生准确度可达士0. 3% RH0这一精度达到和超过了国内外现有次级标准湿度发生装置的最好水平。
权利要求
1.一种开放式恒湿气体发生瓶，其特征在于该发生瓶包括瓶体，瓶体外壁由上而下设置一个热交换管，热交换管的上端连接进气管，热交换管的下端由瓶体底部进入瓶体内，瓶体内热交换管的尾端向上并设置有一个微孔喷头，微孔喷头上端面设置一组与热交换管连通的微孔红宝石气体喷嘴，瓶体上部设置一个与瓶体内连通的出气管，瓶体内壁颈部设置一个向内的环形台，环形台上悬吊一个盐袋，瓶体口部设置一个密封盖。
2.根据权利要求1所述的开放式恒湿气体发生瓶，其特征在于所述的盐袋的上端口为一个硬尼龙园环状可拆卸盐袋口，盐袋的上半部为网状袋体，盐袋的下半部为细小孔目薄尼龙网袋兜。
3.根据权利要求1或2所述的开放式恒湿气体发生瓶，其特征在于所述的微孔喷头的下方至少设置有一个开口向下且与发生瓶瓶体内部连通的防阻塞溢气孔。
4.根据权利要求1或2所述的开放式恒湿气体发生瓶，其特征在于所述的密封盖上设置有一个透气孔，透气孔上设置一个密封旋塞。
全文摘要
一种开放式恒湿气体发生瓶。包括瓶体，瓶体外壁由上而下设置一个热交换管，热交换管的上端连接进气管，热交换管的下端由瓶体底部进入瓶体内，瓶体内热交换管的尾端向上并设置有一个微孔喷头，微孔喷头上端面设置一组与热交换管连通的微孔红宝石喷嘴，瓶体上部设置一个与瓶体内连通的出气管，瓶体内壁颈部设置一个向内的环形台，环形台上悬吊一个盐袋，瓶体口部设置一个密封盖。本发明提供的是一种高精度恒湿气体发生瓶，是新型标准湿度发生装置的核心；此发生瓶不是一个实验样品，而是可实际应用的成熟设计。以此发生瓶为核心组成的标准湿度发生装置，可以满足湿度仪器仪表准确、快速、连续检测、标定的要求。
文档编号G01N33/00GK102507869SQ20111033182
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日
发明者王汶成 申请人:天津今明仪器有限公司