一种用于云室的气体湿度自动控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及大气科学领域，特别涉及为云物理和人工影响天气研究大气冰核或者冰晶的设备提供特定湿度和过饱和度的装置。
【背景技术】
[0002]没有大气冰核的条件下，纯水滴需要在很低的温度(_40°C以下)才能形成冰晶，而存在大气冰核时，则在较高温度条件下水汽能够形成冰晶。因此大气冰核对云、降水和气候效应有着重要的影响，是云物理和人工影响天气研究的一个基本研究方向。现在阶段研究冰核形成冰晶的基础设备是云室。国外在1964年已经开展了大规模冰核的观测研究项目，而我国对冰核研究也在上个世纪六十年代就已开展。随着冰核研究的发展，目前主要采用的观测设备是云室，我国也有相关发明专利(例如:用于大气冰冰核活化计数的云室及云室系统，专利号:201210150601.1 ;可连续提供过冷雾的移动式混合云室，专利号:200410039457.X)。
[0003]这些云室中，有些云室对于水汽的温度、湿度和过饱和度的控制，要不采用固定测量值(如，用于大气冰冰核活化计数的云室及云室系统的专利)，云室采用绝对真空和低温情况下，水罐中的温度和压力控制到极低时，开启水罐与云室的连接阀门，使得水汽进入云室，从而算出给定的冰面过饱和度值，但是这个冰面过饱和度无法精确控制预设值，只能精确测量实际值；其它国内现有云室则采用绝对冰面过饱和度(如，可连续提供过冷雾的移动式混合云室)，即通入过多的水汽，保证云室环境处于冰面过饱和值，忽略或者不测量过饱和度。对于前者云室通过控制温度、湿度获得特定冰面过饱和度的方法，虽然可以精确测量冰面过饱和度，获得精确的温度、湿度和过饱和度的冰核形成冰晶的过程，但是主动设计特定温度、湿度和过饱和度的实验不易开展；而后者云室则忽略了过饱和度的值，采用经验操作，给实验的重复性和可比性带来了困难。随着科技的发展和计算机的普及，越来越多的研究需要科学设计实验，进行特定的研究，获得普遍的科学规律。因此，云室研究者迫切希望获得一种自动控制进入气体的温度和湿度的装置，进而获得特定的冰面过饱和度的条件下，研究冰核在云室中形成冰晶的过程。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能为云物理和人工影响天气研究大气冰核或者冰晶的设备提供具有特定湿度气体的方法。
[0005]为了达到上述目的，本发明提供了一种用于云室的气体湿度自动控制方法，该方法通过将待进入云室的气体分成两股，一股经干燥形成干空气，另一股经加湿形成湿空气，分别监控干空气和湿空气的湿度，依据所需的预设的气体温湿度，将干空气和湿空气按比例混合后通入云室。
[0006]其中，加湿通过半透膜管实现，待加湿的气体通过管内，管外通水，通过对管外水温的调节改变气体的加湿状态。
[0007]本发明还提供了一种用于云室的气体湿度自动控制系统，包括气栗、电磁调节阀、干燥管、HEPA过滤器、温湿探头、加湿器、三通接头；进入云室的气体通过气栗后分成两股，两股气体分别通过对应的电磁调节阀后，一股依次通过所述干燥器、HEPA过滤器后，进入上述三通接头；另一股通过加湿器后进入上述三通接头；两股气体通过上述三通接头后混合进入云室；上述两股气体进入三通接头之前分别流经对应的温湿探头。
[0008]本发明气体湿度自动控制系统还包括水罐、加热器、温度探头、水栗；水罐通过水栗与加湿器相连；水罐内设有加热器和温度探头。
[0009]上述气体湿度自动控制系统还包括中央处理器、显示模块、报警模块、存储模块和数据分析处理模块；中央处理器分别与电磁调节阀、加热器、温湿探头、温度探头、显示模块、报警模块、存储模块和数据分析处理模块相连。
[0010]干燥管采用硅胶填充干燥管；HEPA过滤管采用TSI公司型号P/N1602051过滤管；加湿器采用Perma Pure公司的ME-110-24加湿器；温湿探头采用芬兰vaisalaHumitter 50YE ;温度探头采用铂电阻PT1000 ;加热器采用德国Tetra，HT150W。
[0011]本发明相比现有技术具有以下优点:
1、本发明能够精确控制进入云室气体的湿度，云室改变气体温度至预设温度值，从而准确得到预设实验需要的准确的冰面过饱和度。
[0012]2、本发明采用干湿空气混合，获得预设气体温度和湿度的方法，其中湿气体是通过半透膜管，加湿气体，避免了液态水的形成，从而减少了液态水对后续冰核测量的准确性影响。
[0013]3、本发明湿空气通过半透膜管，进行加湿，管内走气体，管外走水，而通过水温的调节，能够改变气体加湿状态，从而能够快速获得预定湿空气，这样加快后续实验进度。
【附图说明】
[0014]图1为本发明用于云室的气体湿度自动控制系统的结构示意图；
图2为本发明用于云室的气体湿度自动控制系统的结构框图。
[0015]图中，1-气栗，2、13-电磁调节阀，3-干燥管，4-HEPA过滤管，5、7_温湿探头，6-三通接头，8-加湿器，9-温度探头，10-水罐，11-加热器，12-水栗。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明进行详细说明。
[0017]装置实施例
本发明用于云室的气体湿度自动控制系统包括气栗1、电磁调节阀2、干燥管3、HEPA过滤管4、温湿探头5、三通接头6、温湿探头7、加湿管8、温度探头9、水罐10、加热器11、水栗12、电磁调节阀13、电脑和流量控制装置。其中，干燥管采用硅胶填充干燥管，HEPA过滤管采用TSI公司(P/N1602051)过滤管，加湿器采用Perma Pure公司的ME-110-24加湿器，温湿探头采用芬兰vaisala Humitter 50YE，温度探头采用铀电阻PT1000，加热器采用德国Tetra，HT150W。流量控制装置采用OMEGA FMA5542ST-24VDC。电脑包括中央处理器、显示模块、存储模块和数据分析处理模块。气栗I抽气进入电磁调节阀2、13，电脑的中央处理器根据流量控制装置控制电磁调节阀2、13的开度，从而控制两股气体流量，一股气体进入干燥管3，再进入HEPA过滤器4，获得干净空气，流经温湿探头5，获得干净空气的温度和湿度，数据传输给电脑，记录于存储模块中；另一股气体从电磁调节阀13进入加湿器8，成为湿空气，流经温湿探头7，获得湿空气的温度和湿度，数据传输给电脑，记录于存储模块中。调节湿空气的湿度，可以通过进入加湿器8管外的水流量和温度进行控制:加湿水存储水罐10中，经水栗12，进入加湿器8，再回入水罐10，水的温度数据由温度探头9获得，水温可以通过加热器11进行加热，从而调节湿空气湿度。电脑根据获得的干净空气和湿空气的温度和湿度数据，依据实验设定需要的湿度，结合数据分析处理模块，获得干湿气流流量比例，通过流量控制装置分别调节电磁调节阀2和13开度，使得干净空气和湿空气按照比例进入三通接头6，获得预定设定值的湿度的空气流。显示模块给用户显示实时数据；当获得的一定空气温度和湿度数值，持续超过预设值时，报警模块发出报警，提示用户仪器工作不正常，需要调整。
[0018]方法实施例1
当需要获得25°C、相对湿度为60%和流量为10升/分钟气体为后续冰核云室提水汽时，通过干燥管端的气流为25°C、相对湿度为10%和流量为3.89升/分钟气体时，控制通过加湿器的气流为25°C、相对湿度为90%和流量为6.11升/分钟即可获得与设定值。
[0019]方法实施例2
当需要获得25°C、相对湿度为80%和流量为10升/分钟气体为后续冰核云室提水汽时，通过干燥管端的气流为25°C、相对湿度为10%和流量为1.25升/分钟气体时，控制通过加湿器的气流为25°C、相对湿度为90%和流量为8.75升/分钟即可获得与设定值。
[0020]方法实施例3
当需要获得25°C、相对湿度为40%和流量为10升/分钟气体为后续冰核云室提水汽时，通过干燥管端的气流为25°C、相对湿度为10%和流量为6.25升/分钟气体时，控制通过加湿器的气流为25°C、相对湿度为90%和流量为3.75升/分钟即可获得与设定值。
【主权项】
1.一种用于云室的气体湿度自动控制方法，其特征在于:所述气体湿度自动控制方法通过将待进入云室的气体分成两股，一股经干燥形成干空气，另一股经加湿形成湿空气，分别监控干空气和湿空气的湿度，依据所需的预设的气体湿度，将干空气和湿空气按比例混合后通入云室。2.根据权利要求1所述的气体湿度自动控制方法，其特征在于:所述加湿通过半透膜管实现，待加湿的气体通过管内，管外通水，通过对管外水温的调节改变气体的加湿状态。3.一种用于云室的气体湿度自动控制系统，其特征在于:包括气栗、电磁调节阀、干燥管、HEPA过滤器、温湿探头、加湿器、三通接头；进入云室的气体通过气栗后分成两股，两股气体分别通过对应的电磁调节阀后，一股依次通过所述干燥器、HEPA过滤器后，进入所述三通接头；另一股通过加湿器后进入所述三通接头；两股气体通过所述三通接头后混合进入云室；所述两股气体进入三通接头之前分别流经对应的温湿探头。4.根据权利要求3所述的气体湿度自动控制系统，其特征在于:所述气体湿度自动控制系统还包括水罐、加热器、温度探头、水栗；所述水罐通过水栗与所述加湿器相连；所述水罐内设有所述加热器和温度探头。5.根据权利要求4所述的气体湿度自动控制系统，其特征在于:所述气体湿度自动控制系统还包括中央处理器、显示模块、报警模块、存储模块和数据分析处理模块；所述中央处理器分别与电磁调节阀、加热器、温湿探头、温度探头、显示模块、报警模块、存储模块和数据分析处理模块相连。6.根据权利要求5所述的气体湿度自动控制系统，其特征在于:所述干燥管采用硅胶填充干燥管；所述HEPA过滤管采用TSI公司型号P/N1602051过滤管；所述加湿器采用Perma Pure 公司的 ME-110-24 加湿器。
【专利摘要】本发明公开了一种用于云室的气体温湿度自动控制系统及方法。该方法通过将待进入云室的气体分成两股，一股经干燥形成干空气，另一股经加湿形成湿空气，分别监控干空气和湿空气的温湿度，依据所需的预设的气体温湿度，将干空气和湿空气按比例混合后通入云室。采用本发明能为云物理和人工影响天气研究大气冰核或者冰晶的设备提供具有特定湿度气体。
【IPC分类】G05D22/02, G05D27/02
【公开号】CN105183027
【申请号】CN201510652881
【发明人】陈魁, 银燕, 楚志刚, 孔少飞, 蒋惠, 肖辉, 胡正华, 赵汝悦, 梁琳
【申请人】南京信息工程大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年10月10日