专利名称：低湿气体露点测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种利用镜面原理测定气体露点的装置，特别适合于对低湿度气体露点的快速准确测定。
背景技术：
冷镜式露点仪测量露点的原理为一束光照射到可控制温度的抛光镜面上，由光电传感器接收管接受其反射光。当镜面干燥时，其反射光最大，即发射光被完全翻身并由光电传感器接收管接收。样气流经露点冷镜室的冷凝镜，通过等压制冷，使得样气达到饱和结露状态。当镜面上凝结水分成霜层时，发射光被散射，从而接受的反射光强度减弱。该接收信号比较放大后经A/D转换送入处理器，经计算后控制冷泵的制冷电流，从而控制镜面温度并使镜面保持在一定温度，此时镜面霜层保持一定的厚度，维持此厚度霜层时，光电传感器接收管接收的反射光能量损失至目标值，即气体中的水蒸气在镜面上冷凝成霜并达到相对平衡状态，维持霜层为一特定厚度，此时镜面的温度由温度传感器测量并记录为被测气体的露点。冷镜式露点测定的主要优点是精度高，尤其在采用半导体制冷和光电检测技术后，不确定度甚至可达0. rc ；最大的缺点是响应速度较慢，尤其在检测低湿度气体的露点时，平衡时间甚至达几个小时，而且此方法对样气的清洁性和腐蚀性要求也较高，否则会影响光电检测效果或产生‘伪结露’造成测量误差。针对低湿度气体露点测定速度慢的问题，美国专利(US5139344)通过辅助加湿装置，向低湿气体辅助加湿来缩短平衡时间，这样测定时间可以缩短至10-15分钟。然而对于未知气体由于加湿量和加湿点难以准确控制，容易造成系统振荡，从而延长稳定时间。中国发明专利(CN101236166B)通过控制方法的改进来缩短平衡时间。即在消露过程中，根据光能量偏差和光能量偏差变化率的不同区间设定相对应的电流调整步长，并通过在当前制冷电流上加或减等于此步长的电流值来调整制冷电流的大小，控制镜面温度以控制霜层厚度，使之逐渐逼近特定厚度，从而消除系统失调而出现的振荡。现有的冷镜式露点仪都是在使待测气体中的水分充分结霜后，来控制镜面温度， 消除过多结霜使霜层厚度达到设定值，来测定露点。然而镜面霜层的形成相对于冷泵冷端温度有一定的滞后性。当霜层过厚时，会导致冷泵断电，冷端温度快速升高，通过镜面的气体十分干燥，水分子在镜面凝结的速度小于逃逸的速度，霜层将变薄；虽然即将达到特定霜层厚度电流迅速恢复，但因镜面温度不能迅速降低，导致霜层厚度变得过薄甚至消失。此时冷泵启动迅速强制冷，镜面迅速凝结成霜，导致结霜层过厚，周而复始。因此，镜面达到特定霜层厚度常需要经过较长时间的动态调整过程。对于在高温环境下，由于冷泵热端热量积累，散热困难，冷泵制冷能力之间下降，有时甚至很难使冷端再次制冷到低于露点的温度， 导致露点难以或无法完成测量。因此如何快速准确地实现各种湿度气体的露点的测定成为业界亟待解决的难题。
实用新型内容本实用新型提供一种低湿气体露点测量仪，对现有露点仪的控制系统做了很大的改进，提高了对低湿度气体露点测量的速度和准确度。本实用新型提供低湿气体露点测量仪，包括冷镜室、制冷电路、光电测量电路、温度测量电路，控制器和输入输出单元；其中冷镜室内有发光二极管、光敏二极管、制冷单元、反射镜面及钼电阻温度传感器；光电测量电路与冷镜室内的发光二极管和光敏二极管连接，制冷电路与冷镜室内的制冷单元连接，温度测量电路与钼电阻温度传感器连接，控制器控制制冷电路、光电测量电路、温度测量电路的协调工作。露点测量过程中，控制器调节制冷电路的制冷电压，通过制冷单元对反射镜面进行快速制冷，同时通过光电测量电路实时监测镜面的反/散射光能量，计算与初始值的差AR;当Δ R超过某一设定值时， 温度测量电路测定此时的镜面温度T1，控制器将其作为预判露点，光电测量电路测量此时反/散射光能量R1，控制器将其作为露点时反/散射光能量的设定值；控制器按照公式 KlX (R1-Rx)+Κ2 X (T1-Tx)计算并迅速调整制冷电压，使温度的变化量Δ T小于设定值；然后适当调整制冷片的制冷量，控制调整前后的反/散射光能量变化量趋近于零，且反/散射光能量达到设定值R1,此时温度测量电路测定的镜面温度就是待测气体的露点温度。本实用新型提供的低湿气体露点测量仪，由于采用了在结露的过程中进行露点的判断，解决了其它露点仪测量低湿度气体时由于水分过少，霜层厚度不能达到特定厚度造成测量不能完成的难题，而且避免了辅助加湿方法测定过程中的系统振荡。更为重要的本实用新型是在结露过程中来测定露点，而非在充分结露后消露过程中来测定。这样就可以大大缩短时间，而且没有辅助加湿装置，减少系统的复杂程度，有利于提高控制的稳定性和精确度。
图1为本实用新型提供的镜面式露点仪结构示意框图图2为本实用新型控制流程图图3为本实用新型与普通及具有辅助加湿功能的露点仪测定时的波形示意图图4为加湿不当所造成地阻尼振荡波形示意图
具体实施方式
以下结合附图与具体实例进一步说明本实用新型的实施方式。本领域的技术人员可由本说明所揭示的内容了解本实用新型的特征和优点。本实用新型也可以通过其它不同的具体实例加以实施和应用。本实用新型提供一种快速测定低湿度气体露点的冷镜式露点仪，其结构示意如图 1所示。它包括冷镜室、制冷电路、光电测量电路、温度测量电路，控制器和输入输出单元。 其中冷镜室包括由发光二极管1、光敏二极管2和镜面3组成的光电监测单元、钼电阻4和制冷单元5 ；测量电路由光电检测电路6、测温电路7和制冷电路8组成，分别与冷镜室的光电监测单元、钼电阻4和制冷单元5连接；控制器9与光电检测电路6、测温电路7和制冷电路8连接，协调它们的工作；输入输出单元包括操作按键10、液晶显示屏11和USB接口 12。测量过程中，发光二极管发射光，光敏二极管接收镜面反射或散射的光，制冷单元对镜面制冷。当被检测的气体掠过冷的镜面时，在镜面上形成霜层。控制器通过监测电路实时监测反射光的能量，当反射光的能量差超过某一设定值时，认为镜面上已经开始结露，记录此时的镜面温度，将其作为预判的露点；控制系统及时调整制冷电压，使镜面温度接近预判露点温度。当温度的波动小于0. 2度时，即可确定为被测气体的露点。图2示出本实用新型测定低湿度气体露点的流程示意图。开始测量后，制冷系统对镜面快速强制制冷，控制器通过光电监测系统记录反/散射光能量的初始值Rtl,并实时监测镜面的反/散射光能量Rx，计算它们的差值△! ，当小于设定值时，继续进行强制制冷；而当Δ R超过某一设定值时，即可判断镜面上正在迅速结露，此时镜面温度与实际待测露点值相当，也可判断待测气体湿度低于该点的温度，控制系统记录此时的镜面温度T1和反/散射光能量R1。传统露点测量方法中，降低镜面温度，直到镜面的露层厚度达到设定值， 当气体的湿度较低时，厚度增量 水分的含量X时间，所以传统方法时间测定较长。随后进入露点的精确测定阶段。根据预判的露点温度，调整制冷电压，调整幅度由 KlX (R「RX)+Κ2X (TfTx)计算，其中Kl和Κ2为常数。当ΔΤ(ΒΡΤ「ΤΧ)小于0. 2度时，即可判断此时测量值接近被测气体的真实露点。然后适当调整制冷片的制冷量(镜面温度)， 控制调整前后的反/散射光能量变化△ R趋近于零，且反/散射光能量达到设定值R1，此时镜面的结露速度与消露速度基本相同，镜面的温度即为被测气体的露点。图3和图4中横坐标为时间，纵坐标为镜面温度，示出本实用新型及其它露点仪在测定低湿度气体露点时镜面温度变化曲线的差别。其它露点仪镜面温度均需要多个振荡调整过程才能达到被测气体的实际露点。测定低湿度气体露点时，利用辅助加湿可以缩短振荡调整的周期，然而，如果加湿量和加湿时间点掌握不当，又会造成如图4所示的阻尼振荡，而不能完成测量过程。而利用本实用新型提供的低湿气体露点测量仪测定露点过程中基本上没有温度的振荡调整过程。因此可以大大缩短测定时间，对于低湿度气体也能快速得到准确地测定结果。
权利要求1. 一种低湿气体露点测量仪，包括冷镜室、制冷电路、光电测量电路、温度测量电路，控制器和输入输出单元；其特征在于所述的冷镜室内有发光二极管、光敏二极管、制冷单元、 反射镜面及钼电阻温度传感器；所述的光电测量电路与冷镜室内的发光二极管和光敏二极管连接，所述的制冷电路与冷镜室内的制冷单元连接，所述的温度测量电路与钼电阻温度传感器连接；所述的控制器控制制冷电路、光电测量电路和温度测量电路的协调工作。
专利摘要本实用新型提供了一种低湿气体露点测量仪。它包括冷镜室、制冷电路、光电测量电路、温度测量电路，控制器和输入输出单元；所述的控制器将镜面反/散射光能量变化超过设定值时作为预判露点的依据，通过调整制冷电压，使镜面温度迅速接近此温度；当温度的调整幅度小于设定值，反/散射光能量达到设定值且变化量趋近于零时，判断此时的镜面温度即为被测气体的露点。本实用新型可以快速准确地测定低湿度气体露点。
文档编号G01N25/66GK202049124SQ201120037209
公开日2011年11月23日 申请日期2011年2月12日 优先权日2011年2月12日
发明者李军远, 章啸 申请人:北京兴泰学成仪器有限公司