一种由液体加热和恒温的温湿度检定箱的制作方法
【专利摘要】一种由液体加热和恒温的温湿度检定箱，它包括位于温湿度检定箱箱体内的液体恒温装置、风道和工作腔室，液体恒温装置中的恒温液体经位于液体恒温装置和风道之间的金属板与风道内的空气进行热交换，风道是由金属板与保温棉层构成的狭窄通道，风道的两端分别连接工作腔室的两端连通，工作腔室和风道之间还设有用于驱动气体循环的风机。工作腔室底部与风道下部连通处设有加湿器和除湿器。本实用新型在5℃～50℃范围内温度能够达到±0.01℃和0.02℃的水平；在40％RH～90％RH的湿度分别能够达到±0.2％RH和0.3％RH的水平；风速不大于0.2m/s，因此它特别满足JJG205—2005机械式温湿度计检定规程的要求。
【专利说明】一种由液体加热和恒温的温湿度检定箱
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种温湿度计、温湿度记录仪检定或校准用的设备，尤其涉及一种由液体加热和恒温的温湿度检定箱。
【背景技术】
[0002]温湿度计、温湿度记录仪在检定或校准时，需要与标准器一起同时放置在一个稳定和均匀的温湿度环境中进行比较测量。温湿度标准检定箱的作用，正是产生这样一种稳定和均匀的温湿度场。这种将被检仪器与标准器进行比较的检定或校准的方式，温湿度场的稳定性和均匀性就直接影响了检定或校准的结果。因此，努力提高温湿度标准检定箱的稳定性和均匀性，对减小检定或校准的不确定度具有实际意义。
[0003]按照JJG205— 2005机械式温湿度计检定规程对温湿度标准检定箱的要求，箱内的风速不大于0.2m/s,在5°C?50°C的温度范围内，温度稳定性不大于±0.2°C，温度均匀性不大于0.3°C，在40% RH?90% RH(温度20°C时)的湿度范围内，湿度稳定性不大于±0.8% RH，湿度均匀性不大于1.0% RH。
[0004]目前用于温湿度计、温湿度记录仪检定或校准的温湿度标准检定箱，在5°C?50°C的温度范围内，温度的稳定性和均匀性，能够达到±0.2°C和0.3°C;湿度的稳定性和均匀性，在40% RH?90% RH(温度20°C时)的湿度范围内，比较勉强能达到±0.8% RH和1.0% RH ;而风速则还没有能够达到小于0.2m/s，且工作空间各个位置的风速不均匀，差别很大，各个位置的风速一般都在0.5m/s以上，最大的达到了 2m/s以上。
[0005]无论是双温法、干湿气流混合法，还是加湿去湿等方法制作的温湿度标准检定箱，均采用风机对工作空间的空气进行搅拌，以获得工作空间温湿度场的稳定和均匀。这种采用风机搅拌的方法就很难获得风速的稳定和均匀，也不能获得小的风速。
[0006]目前加湿去湿方法制作的温湿度标准检定箱的设计结构如图2所示，它包括温湿度检定箱箱体I以及位于温湿度检定箱箱体I内侧壁上的保温层2，温湿度检定箱箱体I内设有风向调节板3、风机5、风道隔板3、加热元件7、风道8、制冷器9和加湿器10，其中风机5由位于温湿度检定箱箱体I外的风机驱动电机5驱动，并且图2还显示了温湿度检定箱的工作原理；它在工作空间的后部设置一个风道8，风道8内安装加热元件7、制冷器9(兼作除湿器，冷凝除湿)、加湿器10。空气在风道8内经加热元件7、制冷器9的直接加热和冷却，经加湿器10加湿，风道8上部安装的风机5强制将空气循环至工作空间，空气再经工作空间底部回流到风道8内形成循环。
[0007]上述设计结构的主要缺点可归纳为:
[0008](I)加热元件的加热面积较小，空气与加热面的热交换不充分，在风道内流动的空气，有相当部分没有与加热元件的加热面直接接触，这就造成了有部分空气被直接加热，有部分空气没有被直接加热；与之类似，制冷器的制冷面积也较小，会造成相同的问题；
[0009](2)对加热元件的控制，是一种间断式的通电控制，即加热元件不是一个温度稳定的热源，这就造成了空气时而被加热，时而没有被加热；
[0010](3)使用风机强制空气循环，基于空气的流动特性，就不可能获得稳定和均匀的风速；
[0011](4)由于这种工作原理，风速直接影响空气的热交换，一般需要较大的风速加速空气与加热元件之间和空气与空气之间的热交换，这样才能获得相对稳定和均匀的温度控制，因此也就不可能使用较小的搅拌风速，否则温湿度的稳定性和均匀性达不到要求。
[0012]温湿度标准检定箱中的湿度用相对湿度表示，相对湿度的定义，是与湿空气的温度条件相对应的，空气中所含水气相同的条件下，空气温度不同，则空气的相对湿度不同。研究表明，水气在空气中的分布是均匀的，相对湿度不稳定性和不均匀性主要是由于温度的不稳定和不均匀引起。提高空气湿度的稳定性和均匀性实质上主要是提高空气温度的稳定性和均匀性。因此，提高温湿度标准检定箱湿度的稳定性和均匀性，需要从提高空气温度稳定性和均匀性着手。
[0013]导热性差和热容量小是空气的固有特性，与之相反，导热性好和热容量大是液体的固有特性。
[0014]使用图2所示结构制作的温湿度标准检定箱，即使用加热元件、制冷器直接对空气加热和冷却，通过使用风机搅拌使空气流动，这样得到的空气温度的稳定性和均匀性在5°C?50°C温度范围内，一般只能达到±0.2°C和0.3°C。
[0015]使用加热元件、制冷器直接对液体加热和冷却，通过搅拌使液体流动，这样设计制作的液体恒温槽，得到的液体温度的稳定性和均匀性，在5°C?50°C温度范围内，很容易达到±0.01°C和0.02°C的水平，比目前的温湿度标准检定箱高出几个数量级以上。
实用新型内容
[0016]本实用新型的目的是提供一种由液体加热和恒温的温湿度检定箱，它的温度和湿度具有非常好的稳定性和均匀性，其风速小于0.2m/s。
[0017]本实用新型解决了目前温湿度标准检定箱采用加热元件、制冷器直接对空气加热和冷却，不能获得良好的稳定性和均匀性问题，采用风机直接搅拌空气不能获得小风速问题，本实用新型采取的技术方案是:
[0018](I)使用液体恒温槽中温度稳定的液体对空气进行加热和恒温，解决加热元件不是一个温度稳定的热源问题；
[0019](2)使用一块大面积的金属板充当热交换板，金属板一个面由液体恒温槽中的液体恒温，另一个面对空气进行加热和恒温，解决加热元件的加热面积较小，空气与加热面的热交换不充分问题；
[0020](3)使用一种风机驱动空气循环,风机出气口为一圆形管道,在圆形管道内产生一股气流；
[0021](4)工作空间上部和下部设计成漏斗状，上部漏斗状的作用是促使空气均匀扩散，下部漏斗状的作用是促使空气均匀回收；
[0022](5)风机所连接的圆形管道出气口安装一个球状微孔金属材料球，这样空气就会被减速和向四周扩散；
[0023](6)接着在球状微孔金属材料球下方安装一块微孔金属材料板，这样空气进一步被减速和均匀地垂直向下流向工作空间，这样就解决了获得小风速问题和风速均匀问题；
[0024](7)设备工作空间下部同样安装一块微孔金属材料板，这样促使空气均匀地垂直向下流动，接着被工作空间下部的漏斗状结构均匀回收至调节风道内；
[0025](8)风道采用收窄设计，约只有目前风道的1/10，这样有利于空气与恒温金属板进行充分的热交换；
[0026](9)与采用加热元件、制冷器直接对空气加热、冷却和恒温，需要较大的风速才能获得空气温湿度的相对稳定和均匀不同，恰恰相反，由于采用了大面积的恒温金属板对空气加热和恒温，以及风道采用收窄设计，这时空气缓慢流过风道，更有利于空气与恒温金属板进行充分的热交换。因此相反，本实用新型的结构使小风速能获得更好的温湿度稳定性和均匀性。
[0027]本实用新型的具体结构是，它包括温湿度检定箱箱体以及填充在温湿度检定箱箱体内侧壁上的保温棉层，其特征在于，它还包括位于温湿度检定箱箱体内的液体恒温装置、风道和工作腔室，所述液体恒温装置中的恒温液体经位于液体恒温装置和风道之间的金属板与风道内的空气进行热交换，所述风道是由金属板与保温棉层构成的狭窄通道，风道的两端分别连接工作腔室的两端连通，工作腔室和风道之间还设有用于驱动气体循环的风机。所述工作腔室底部与风道下部连通处设有用于调节气体温度和湿度的加湿器和除湿器。
[0028]所述风机的外周为保温棉层，这保证了来自风道气体的热量不损失，保证气体温度的均匀性；所述风机与固定在温湿度检定箱箱体外的第一驱动电机传动连接。所述风道的上端与风机的进气口连通，所述风机的出气口与位于工作腔室内的具有球状微孔结构的金属球通过圆形管道连通；所述金属板的上端与温湿度检定箱箱体内壁的连接处设有用于密封液体恒温槽内液体密封胶。
[0029]所述液体恒温装置包括液体恒温槽以及位于液体恒温槽内的液体恒温槽搅拌器，所述液体恒温槽搅拌器与固定在温湿度检定箱箱体外侧的第二驱动电机，所述液体恒温槽的上部侧壁设有溢流孔以及用于密封液体恒温槽内液体的密封胶。
[0030]所述工作腔室的顶部为倒立漏斗结构，工作腔室的底部为漏斗结构，所述金属球位于工作腔室的倒立漏斗结构顶部，金属球与圆形管道的连通处设有尖端指向金属球球心的锥形孔，来自风机的空气经过圆形管道进入金属球，由于锥形孔的作用，使得气体先集中后由金属球的微孔结构均匀扩散出去；紧靠金属球正下方的工作腔室内固定有上微孔金属材料板；所述工作腔室内紧靠底部漏斗结构的正上方固定有下微孔金属材料板，上微孔金属材料板和下微孔金属材料板保证了温湿度检定箱风速的稳定性和均匀性。所述上微孔金属材料板和下微孔金属材料板均通过与其相连的角架由固定螺钉固定连接在工作腔室的内侧壁上。
[0031]本实用新型的有益效果为:本实用新型是针对现有温湿度标准检定箱的不足进行重新设计的，它在温湿度标准检定箱5°C?50°C温度范围内，温度的稳定性和均匀性分别能够达到±0.0rC和0.02°C的水平；在40% RH?90% RH的湿度范围内，湿度的稳定性和均匀性分别能够达到±0.2% RH和0.3% RH的水平；箱内的风速不大于0.2m/s。它把温湿度标准检定箱温度、湿度、风速的稳定性和均匀性提高到一个新的高度，特别是满足JJG205—2005机械式温湿度计检定规程所要求的风速不大于0.2m/s的要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1为本实用新型的结构示意图。
[0033]图2本实用新型申请日以前的温湿度标准检定箱的结构示意图。
[0034]在图中，1、温湿度检定箱箱体2、保温层3、风向调节板4、风机驱动电机5、风机6、风道隔板7、加热元件8、风道9、制冷器10、加湿器。，
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步说明。
[0036]本实用新型的由液体加热和恒温的温湿度标准检定箱的结构设计如下:把液体恒温槽115的一个侧面设计成没有保温层的金属板120，整块金属板120充当温湿度标准检定箱的风道119里面的整个侧面。金属板120的一个面由液体恒温槽115的液体加热和恒温，利用金属良好的导热性能，另一个面就可以对空气加热和恒温，这样就实现了液体对空气的加热和恒温。由于液体导热性好、热容量大等的固有特性，液体恒温槽115中的液体温度稳定性和均匀性非常好，整块金属板120的温度稳定性和均匀性，与液体温度稳定性和均匀性基本相同，金属板120就成了温度稳定又均匀的恒温金属板。这就解决了目前的温湿度标准检定箱使用加热元件不是温度稳定的热源，加热面积又小的问题。
[0037]把加湿器121和除湿器122设计在工作腔室104的底部，恒温金属板侧面的风道119采用收窄设计，收窄的好处是使空气能更充分地与恒温金属板接触，以便与恒温金属板进行充分的热交换。
[0038]温湿度标准检定箱的风道119被设计延长至工作腔室104的顶部，与同样安装在顶部的风机108的入风口连接。风机108的出风口与圆形管道连接，圆形管道与工作腔室104漏斗状的上部连接。空气经风机压缩后，在圆形管道内可获得一股稳定的气流。一般情况下，圆形管道的出风口的口径，要比方形的工作空间横截面小，这时通过一个具有球状微孔的金属材料球减速和导流，接着被一块微孔金属材料板彻底导流。气流自上而下流过工作空间之后，同样被下部一块微孔金属材料板，导流回收至调节风道内形成循环。
[0039]通过上述所述的设计，从而获得一种温度、湿度、风速非常稳定和均匀，风速又小的温湿度标准检定箱。
[0040]本实用新型是通过以下具体结构实现的，如图1所示，它包括温湿度检定箱箱体109以及连接在温湿度检定箱箱体109内侧壁上的保温棉层105，其特征在于，它还包括位于温湿度检定箱箱体109内的液体恒温装置、风道119和工作腔室104，所述液体恒温装置中的恒温液体经位于液体恒温装置和风道119之间的金属板120与风道119内的空气进行热交换，所述风道119是由金属板120与保温棉层105构成的狭窄通道，风道119的两端分别连接工作腔室104的两端连通，工作腔室104和风道119之间还设有用于驱动气体循环的风机108，其中风机108的风压只要能够达到驱动空气循环所需的压力即可。所述工作腔室104底部与风道119下部连通处设有用于调节气体温度和湿度的加湿器121和除湿器122。
[0041]所述风机108的外周为保温棉层105，这保证了来自风道123气体的热量不损失，保证气体温度的均匀性；所述风机108与固定在温湿度检定箱箱体109外的第一驱动电机107传动连接。所述风道119的上端与风机108的进气口 111连通，所述风机108的出气口 110与与位于工作腔室104内的具有球状微孔结构的金属球112通过圆形管道连通；所述金属板120的上端与温湿度检定箱箱体109内壁的连接处设有用于密封液体恒温槽115内液体密封胶113。
[0042]所述液体恒温装置包括液体恒温槽115以及位于液体恒温槽115内的液体恒温槽搅拌器118，所述液体恒温槽搅拌器118与固定在温湿度检定箱箱体109外侧的第二驱动电机114，所述液体恒温槽115的上部侧壁设有溢流孔117以及用于密封液体恒温槽115内液体的密封胶116。
[0043]所述工作腔室104的顶部为倒立漏斗结构,工作腔室104的底部为漏斗结构,所述金属球112位于工作腔室104的倒立漏斗结构顶部，金属球112与圆形管道的连通处设有尖端指向金属球112球心的锥形孔,来自风机108的空气经过圆形管道进入金属球112,由于锥形孔的作用，使得气体先集中后由金属球112的微孔结构均匀扩散出去；紧靠金属球112正下方的工作腔室104内固定有上微孔金属材料板106 ;所述工作腔室104内紧靠底部漏斗结构的正上方固定有下微孔金属材料板101，上微孔金属材料板106和下微孔金属材料板101保证了温湿度检定箱风速的稳定性和均匀性。所述上微孔金属材料板106和下微孔金属材料板101均通过与其相连的角架103由固定螺钉102固定连接在工作腔室104的内侧壁上。
[0044]本实用新型的工作原理是这样的。
[0045]由于保温棉层105的保温作用，使得液体恒温槽115中的液体以及风道119和工作腔室104的气体温度的恒定，液体恒温槽115内的恒温液体通过金属板120加热风道119内的气体；由于金属板120是风道119的一整个侧壁，整个风道119内的气体是同时受热的，这保证了风道119内气体在起始阶段的温度均匀性；
[0046]风机108在第一驱动电机107的带动下，压缩驱动来自风道119内的气体，并将气体输送到工作腔室104的顶部，工作腔室104的顶部为倒立漏斗状，利于气体在工作腔室104内的均匀扩散，气体从上向下依次经过具有球状微孔结构的金属球112的减速和扩散以及上微孔金属材料板106和下微孔金属材料板101的减速和导流，然后经过工作腔室104底部的漏斗结构集中进入风道119，同时在进入风道119时，空气将会被位于风道119底部的加湿器121和除湿器122进行温度和湿度的调节，然后自下而上回流到风道119，再次与液体恒温槽115中的液体进行热交换,进而完成整个的循环。
[0047]与示意图2所示的传统装置的结构相比，本实用新型特征点归纳如下:
[0048](I)目前的方法使用加热元件和制冷器直接对空气加热和冷却，本实用新型使用液体恒温槽中温度稳定和均匀的液体，对空气进行加热和恒温，这样获得的空气温度与液体温度基本相同，稳定性也基本相同；温度稳定性的提高，同时使湿度的稳定性得到了提闻;
[0049](2)目前的方法使用一般的风机对空气直接搅拌，本实用新型使用风机产生一股气流，然后使用球状微孔金属材料球和微孔金属材料板，对气流进行减速和导流，从而获得小的、稳定的和均匀的风速；
[0050](3)工作空间上部和下部设计成漏斗状，上部漏斗状的作用是促使空气均匀扩散，下部漏斗状的作用是促使空气均匀回收；
[0051](4)除湿器和加湿器设计在工作空间底部；
[0052](5)风道被设计延长至工作空间顶部；
[0053](6)本方法采用风道收窄的设计，约只有目前风道的1/10，使空气能够更充分地进行热交换。
[0054]本实用新型创造的由液体加热和恒温的温湿度标准检定箱，由于采用了液体恒温槽中的液体对空气进行加热和恒温的方式，所得到的温湿度标准检定箱温度的稳定性和均匀性，与液体恒温槽的稳定性和均匀性基本相同；在5°C?50°C的温度范围内，空气温度的稳定性和均匀性，达到了 ±0.01°C和0.02°C的水平；在40% RH?90% RH的湿度范围内，湿度的稳定性和均匀性，达到了 ±0.2% RH和0.3% RH的水平。由于采用了球状微孔金属材料球和微孔金属材料板对气流进行减速和导流，获得了小于0.2m/s的风速。
【权利要求】
1.一种由液体加热和恒温的温湿度检定箱，它包括温湿度检定箱箱体(109)以及填充在温湿度检定箱箱体(109)内侧壁上的保温棉层(105)，其特征在于，它还包括位于温湿度检定箱箱体(109)内的液体恒温装置、风道(119)和工作腔室(104)，所述液体恒温装置中的恒温液体经位于液体恒温装置和风道(119)之间的金属板(120)与风道(119)内的空气进行热交换，所述风道(119)是由金属板(120)与保温棉层(105)构成的狭窄通道，风道(119)的两端分别连接工作腔室(104)的两端连通，工作腔室(104)和风道(119)之间还设有用于驱动气体循环的风机(108)。
2.如权利要求1所述的由液体加热和恒温的温湿度检定箱，其特征在于，所述工作腔室(104)底部与风道(119)下部连通处设有用于调节气体温度和湿度的加湿器(121)和除湿器(122)。
3.如权利要求1所述的由液体加热和恒温的温湿度检定箱，其特征在于，所述风机(108)的外周为保温棉层(105)，所述风机(108)与固定在温湿度检定箱箱体(109)外的第一驱动电机(107)传动连接。
4.如权利要求1所述的由液体加热和恒温的温湿度检定箱，其特征在于，所述液体恒温装置包括液体恒温槽(115)以及位于液体恒温槽(115)内的液体恒温槽搅拌器(118)，所述液体恒温槽搅拌器(118))与固定在温湿度检定箱箱体(109)外侧的第二驱动电机(114)，所述液体恒温槽(115)的上部侧壁设有溢流孔(117)以及用于密封液体恒温槽(115)内液体的密封胶(116)。
5.如权利要求1所述的由液体加热和恒温的温湿度检定箱，其特征在于，所述风道(119)的上端与风机(108)的进气口(111)连通，所述风机(108)的出气口(110)与位于工作腔室(104)内的具有球状微孔结构的金属球(112)通过圆形管道连通。
6.如权利要求1所述的由液体加热和恒温的温湿度检定箱，其特征在于，所述金属板(120)的上端与温湿度检定箱箱体(109)内壁的连接处设有用于密封液体恒温槽(115)内液体密封胶(113)。
7.如权利要求1或5所述的由液体加热和恒温的温湿度检定箱，其特征在于，所述工作腔室(104)的顶部为倒立漏斗结构，工作腔室(104)的底部为漏斗结构，所述具有球状微孔结构的金属球(112)位于工作腔室(104)的倒立漏斗结构顶部，具有球状微孔结构的金属球(112)与圆形管道的连通处设有尖端指向具有球状微孔结构的金属球(112)球心的锥形孔；紧靠具有球状微孔结构的金属球(112)正下方的工作腔室(104)内固定有上微孔金属材料板(106);所述工作腔室(104)内紧靠底部漏斗结构的正上方固定有下微孔金属材料板(101)。
8.如权利要求7所述的由液体加热和恒温的温湿度检定箱，其特征在于，所述上微孔金属材料板(106)和下微孔金属材料板(101)均通过与其相连的角架(103)由固定螺钉(102)固定连接在工作腔室(104)的内侧壁上。
【文档编号】G01D18/00GK204128587SQ201420436683
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年8月4日 优先权日:2014年8月4日
【发明者】伍伟雄 申请人:广州赛宝计量检测中心服务有限公司