专利名称：快速精密镜面露点仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种快速测定露点的仪器，特别适合于在高温环境下低湿度气 体水分含量的快速准确测定。
背景技术：
镜面式露点仪是一种典型的光电露点仪。它由露点室、制冷系统、光电检测系 统、测温系统和控制系统组成。其测定原理和过程为样气流经露点室的冷凝镜，通过 等压制冷，使得样气达到饱和结露状态(冷凝镜上有液滴析出)，由光电系统判定结露程 度，通过控制系统调整制冷系统使露层厚度达到固定值。测温系统测定的温度即为样气 的露点。该方法的主要优点是精度高，不确定度甚至可达O.rc;缺点是响应速度较慢， 尤其在露点-60°c以下，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。目前，市面上的镜面式露点仪大致有三种。一种是传统的露点仪(类似中国专 利93204187.6所述)，它在测定低湿度气体时，镜面结露/霜达到设定厚度时间长，一次 测量完成时间约45分钟，对于湿度极低的气体甚至不能完成测量。另一种仪器针对这一 问题，加上辅助加湿装置(美国专利5139344)，通过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。第三种方法如美国专利US5971609 所述，首先让测定气体中的水分完全结露/霜，然后通过冷镜温度的调整，找出结露/霜 厚度达到最大与最小时检测到的光能量信号一致时的温度作为露点温度。整个测定过程 呈阻尼振荡的特点，完成测定耗时较长。除此之外，现有对露点的测量，如中国实用新 型专利200720103239.7及发明专利(申请号200810007205)所述采用DSP模糊控制器来提 高测量速度和测量精度。以上几种镜面露点仪都是在使待测气体中的水分充分结露/霜 后，来控制镜面温度，消除过多结霜使露/霜层厚度达到设定值，来测定露点。对于低 湿气体，所需制冷量大，达到充分结露/霜的时间较长，而且某些方法可能会由于结露/ 霜厚度都无法达到特定值而不能完成测定。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。
实用新型内容为解决上述问题，本实用新型提供了一种快速而准确的测定低湿气体水分的精 密镜面露点仪。对现有冷镜式露点仪的露点判断和控制系统做了很大的改进。本实用新型提供的快速精密镜面露点仪由制冷系统、气路系统、露点室、光电 检测系统，测温系统和控制系统组成。制冷系统快速对镜面制冷，并在控制系统的控制 下调整制冷电流进一步精确调整制冷温度；光电检测系统监测首次结露现象，并将此时 的发射光和反射光的能量比值作为实际露点判断依据；控制系统协调制冷系统和光电检测系统，使结露过程迅速平衡；测温系统利用钼电阻精确测定平衡状态下的镜面温度。制冷系统包括四级冷泵、热管、风扇和制冷电路，其对所述的光电检测系统的 镜面温度进行快速控制。光电检测系统包括发光管、镜面、接收管和检测电路，其对发射光和反射光的 能量进行实时检测和控制。控制系统采用混沌控制技术，通过协调光电检测系统和制冷系统使镜面温度迅 速达到待测气体的实际露点。本实用新型的快速精密镜面露点仪，是通过冷泵对镜面快速制冷，当镜面温度 低于流经露点室的气体的露点时，气体中的水分在镜面结露，光电检测系统实时捕捉到 此时光能量的跃变，控制系统指示测温系统测定此时镜面的温度，并调整制冷系统和光 电检测系统，快速控制镜面温度，达到待测气体在镜面上的凝露速度和逃逸速度相等。 最后测温系统测定平衡状态下的镜面温度即为待测气体的露点温度。本实用新型的特点是在结露过程中来提前预判露点，并提前控制制冷系统的制 冷过程，通过控制待测气体中水分在镜面上的凝露速度和逃逸速度的平衡来进一步精确 测定露点。而非其他镜面露点仪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，对于低湿度气体的测定也不需要辅助加湿装置，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为本实用新型的组成示意框图图2为本实用新型与传统露点仪、以及辅助加湿露点仪测定露点时的示意波形 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功能和优点。本实用新型也可以通过其它 不同的具体事例加以实施或应用。本实用新型所述的快速精密镜面露点仪可以用于电力系统高压开关绝缘气体SF6 的水分含量测定。图1是本实用新型的结构方框图。如图所示，该镜面露点仪核心组件包括由发 射管(1)、镜面(3)、接收管(2)和检测电路(11)所组成的光电检测系统；由四级冷泵 (5)、热管(6)、风扇(7)和制冷电路(13)所组成的制冷系统；由钼电阻⑷和测温电路 (12)所组成的测温系统；以及由中央处理器(19)为核心的控制系统构成.本实用新型还 包括由气路管、流量计(8)和检测电路(9)所组成的气路系统，以及一些输入输出用的外 部设备包括键盘(14)、真彩液晶显示屏(15)、打印机(16)、语音电路(17)、USB接口 (18)等。于本实施例中，将本实用新型的气路系统与高压开关的绝缘气体连接，在恒定 的压力下，SF6气体以一定的流量流经露点室中的抛光镜面(3)，该镜面的温度在控制系 统(19)的控制下通过四级冷泵(5)制冷迅速降低，四级冷泵所产生的热量通过热管(6)和风扇(7)散发掉。发射管(1)、镜面(3)、接收管(2)和检测电路(11)所组成的光电 检测系实时检测在降温过程中镜面的结露状态，控制系统(19)及时记录镜面初次结露时 的的光能量状态，通过调整制冷电路(13)的制冷电流，控制镜面的温度，使镜面温度微 调，迅速达到镜面水分结露与逃逸的平衡。测温系统通过镶嵌在镜面里的钼电阻(4)精 密测定此时镜面的温度，这一温度即为气体的露点温度。测定的露点温度进中央处理单 元的计算，在显示屏上显示绝对含水量以及整个测量过程的温度变化波形图。 图2是采用本实用新型所提供的镜面露点仪、传统镜面露点仪以及具有辅助加 湿装置露点仪测定低湿气体水分的示意波形图。采用本实用新型提供的快速精密镜面露 点仪测定时没有镜面温度的震荡调整过程，在短时间内就达到平衡，可以快速测定气体 的露点，大大加快测定速度，而且不需要辅助加湿装置。
权利要求1.一种快速精密镜面露点仪，其特征在于，包括制冷系统、气路系统、露点室、光 电检测系统，测温系统和控制系统，所述的制冷系统快速对镜面制冷，并在控制系统的 控制下调整制冷电流进一步精确调整制冷温度；所述的光电检测系统监测首次结露现 象，并将此时的发射光和反射光的能量比值作为实际露点判断依据；所述的控制系统协 调制冷系统和光电检测系统，使结露过程迅速平衡；所述的测温系统利用钼电阻精确测 定平衡状态下的镜面温度。
2.如权利要求1所述快速精密镜面露点仪，其特征在于，所述的制冷系统包括四级冷 泵、热管、风扇和制冷电路，其对所述的光电检测系统的镜面温度进行快速控制。
3.如权利要求1所述快速精密镜面露点仪，其特征在于，所述的光电检测系统包括发 光管、镜面、接收管和检测电路，其对发射光和反射光的能量进行实时检测和控制。
4.如权利要求1所述快速精密镜面露点仪，其特征在于，所述的控制系统采用混沌控 制技术，通过协调光电检测系统和制冷系统使镜面温度迅速达到待测气体的实际露点。
专利摘要本实用新型提供一种快速精密镜面露点仪，其特征在于在镜面降温过程中光电系统实时捕捉结露的突变现象，来提前预判露点，并通过控制光电检测系统的发射和反射光能量的比值来调整镜面温度，从而精确测定露点。所述的精密镜面露点仪由于在初次结露过程中来判断露点，而不是如传统仪器在完全结露后消露过程来判断露点，这样可以大大缩短平衡时间，而且对于低湿度气体的测定也不需要辅助加湿装置。本实用新型对露点的判断系统和控制系统做了很大的改进，大大提高了仪器的测量速度、精度和范围。
文档编号G01N25/68GK201796000SQ201020197419
公开日2011年4月13日 申请日期2010年5月20日 优先权日2010年5月20日
发明者李军远, 章啸 申请人:北京兴泰学成仪器有限公司