專利名稱：一種敏感電路式露點測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種敏感電路式露點測量方法，它利用考比茲振蕩電路特性對露點進行識別從而達到對露點溫度測量的一種方法，屬于空氣狀態(tài)參數(shù)測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
空氣中水汽的含量，即所謂的濕度。濕度的精密、快速測量是化學傳感器中的難點之一。濕度有三種基本形式，即水汽壓(也稱絕對濕度)、相對濕度、露點溫度，三者存在緊密的聯(lián)系，并且可以互為換算。其中露點溫度的測量已被國際公認為最精密的濕度測量方法。
露點溫度是表示空氣中水汽含量和氣壓不變的條件下冷卻達到飽和時的溫度，單位用攝氏度CC )表示。目前露點溫度測量的方法主要是冷凝露點法、氯化鋰露點法和聲表面波露點法。
冷凝露點法是利用等壓冷卻方法使被測氣體中的水蒸氣開始出現(xiàn)露或霜，測量此時的溫度，即為該氣體的露(霜)點。傳統(tǒng)冷凝露點儀由水銀溫度計、拋光圓箍、拋光鏡和金屬容器等部分組成，容器的2/3充有乙醚等低沸點液體。它的工作原理是以觀察拋光鏡面的亮度確定露點溫度。光學冷鏡式露點儀就是利用此原理制作的露點測量裝置，主要缺點是抗污染能力差，響應(yīng)速度慢，不能進行露點的連續(xù)測量，價格高昂。
氯化鋰(LiCL)露點法是通過測量氯化鋰飽和溶液的水蒸氣壓力與環(huán)境介質(zhì)的水蒸氣壓力平衡時的溫度，來確定氣體濕度。氯化鋰露點傳感器的結(jié)構(gòu)是，采用兩根細黃銅絲繞在一根薄壁玻璃管上，并在玻璃管表面噴涂一層稀釋的氯化鋰濕敏介質(zhì)。氯化鋰溶液改變電導率的相對濕度約12%，因此通電加熱這些鹽類使它們蒸發(fā)，溶液的導電率降低.這個過程一直繼續(xù)到溶液內(nèi)的水分和空氣中的濕度之間達到平街，由第二根導線測量此時的溫度，計算出被測濕度.氯化鋰露點儀適用于測量不與氯化鋰起化學反應(yīng)的氣體。
聲表面波露點儀的工作原理是當傳感器表面沒有露(霜)層時，聲表面波沒有變化；隨著溫度的降低，當傳感器表面有露(霜)形成后，就會引起聲表面波的變化。通過分析接收到的聲表面波信號的頻率和振幅，控制帕爾帖致冷器調(diào)節(jié)傳感器表面的溫度，使得水汽的冷凝速度和露(霜)層的蒸發(fā)速度達到平衡狀態(tài)，在傳感器表面形成一層均勻的露 (霜)，由鉬電阻溫度計即可測得氣體的露點溫度。聲表面波露點儀對溫度的控制精度有很高的要求。發(fā)明內(nèi)容
1、目的本發(fā)明的目的是為了提供一種敏感電路式露點測量方法，它能夠在一些工作生產(chǎn)環(huán)境下提供一個快速的濕度預(yù)警。本方法具有測量方法簡單、靈敏度高、可靠性好、成本低的優(yōu)點。
2、技術(shù)方案本發(fā)明一種敏感電路式露點測量方法，該方法的工作原理如下
圖2是公知的考比茲振蕩電路圖?？急绕澱袷庪娐肥浅Ｒ?guī)型的振蕩電路，經(jīng)常被用在石英晶體微天平(Quartz Crystal Microbalance，簡稱QCM)中作為驅(qū)動電路。作為敏感元件的石英晶體放在考比茲振蕩電路中只能被用在測量剛性吸附的質(zhì)量變化，如果當石英晶體放在液相的環(huán)境下，其本身在電路中的特性發(fā)生改變導致電路無法滿足維持振蕩的條件而停止振蕩，并且反應(yīng)非常靈敏。本發(fā)明就是利用考比茲振蕩電路的上述特性逆推出點 ο
本發(fā)明一種敏感電路式露點測量方法，該方法的具體步驟如下
步驟一按圖2所示的電子元件及連接方式，制作一個考比茲振蕩電路板。
步驟二 見圖1，將兩面附有電極的AT切型石英晶片的一面與半導體制冷器的制冷面相貼，半導體制冷器的熱面要與散熱器相貼以便于發(fā)揮更好的制冷效果，從石英晶片的兩個電極分別引出兩根導線接入考比茲振蕩電路板。同時需要兩個PTioo鉬熱電阻作為溫度傳感器，一個貼在石英晶片表面，用來提供石英晶片表面的溫度值，另一個裸露在空氣環(huán)境中，用來提供同一時刻下環(huán)境溫度。
步驟三用直流穩(wěn)壓電源分別給半導體制冷器和考比茲振蕩電路板供電，考比茲振蕩電路板的輸出端接入PCI4712AS2高速數(shù)據(jù)采集卡，高速數(shù)據(jù)采集卡接入工控機進行實時顯示和控制，將兩個PT100鉬熱電阻接入數(shù)字萬用表，直接將其電阻值轉(zhuǎn)換為溫度值同步獲取兩路溫度信號，并與工控機連接，在工控機的軟件界面實時顯示溫度曲線與數(shù)值， 并作好記錄；見圖1。
步驟四當直流穩(wěn)壓電源對考比茲振蕩電路進行供電之后，該考比茲振蕩電路輸出固有的頻率信號，頻率等于石英晶體的固有頻率，同時半導體制冷器通電之后開始制冷工作，對石英晶片進行降溫，當降溫達到預(yù)定溫度，石英晶片表面開始結(jié)露，此時石英晶片的工作環(huán)境就由氣相轉(zhuǎn)為液相，由于考比茲振蕩電路特性，在結(jié)露的那一刻工控機上顯示的電路輸出的頻率為零，當頻率輸出為零的那一刻利用溫度傳感器同步記錄下兩組溫度數(shù)值Td與Ta，其中石英晶片表面的溫度Td就是最后需要的在當時環(huán)境溫度Ta下的露點溫度。
3、優(yōu)點本發(fā)明一種敏感電路式露點測量方法，其優(yōu)點是測量靈敏度是由電路特性所決定，外界環(huán)境條件對電路特性的影響非常小，尤其是溫度和壓力的影響可以忽略，所以本發(fā)明的方法具有測量簡單、靈敏度高、可靠性好、成本低的優(yōu)點。


圖1本發(fā)明的測試系統(tǒng)框圖2本發(fā)明所采用的考比茲振蕩電路圖3本發(fā)明的測試方法流程圖4本發(fā)明方法的測試結(jié)果數(shù)據(jù)。
圖中符號說明如下
PCI4712AS2高速數(shù)據(jù)采集卡；2N3904半導體三極管。
具體實施方式
實施例
見圖3，本發(fā)明一種敏感電路式露點溫度測量方法，該方法的具體步驟如下
步驟一按圖2所示的電子元件及連接方式，制作一個考比茲振蕩電路板。
步驟二 見圖1，用導熱銀膠涂覆在直徑為9mm，電極直徑為6mm的AT切型石英晶片，其中一個表面的外圍無電極覆蓋區(qū)域，同時將兩根銅絲導線分別用導熱銀膠粘貼在同一面的電極的兩個端腳并且將涂抹銀膠后的石英晶片的那一面粘貼在半導體制冷器的制冷面，石英晶片電極兩端引出來的導線接入考比茲振蕩電路板作為整個振蕩電路的一個反饋環(huán)節(jié)，半導體制冷器的尺寸為20mmX20mmX4mm，半導體制冷器導線兩端接直流穩(wěn)壓電源，電流范圍為0-3安培。將一個PT100鉬熱電阻的敏感探頭一端用導熱銀膠粘貼在石英晶片的上表面無電極區(qū)域，以便實時測量石英晶片表面的溫度，另一個PT100鉬熱電阻的敏感探頭裸露在環(huán)境當中，用來獲取實時的環(huán)境溫度。
步驟三用直流穩(wěn)壓電源分別給半導體制冷器和考比茲振蕩電路板供電，考比茲振蕩電路板的輸出端接入PCI4712AS2高速數(shù)據(jù)采集卡，高速數(shù)據(jù)采集卡接入工控機進行實時顯示和控制，將兩個PT100鉬熱電阻接入數(shù)字萬用表，直接將其電阻值轉(zhuǎn)換為溫度值， 并與工控機連接；通過工控機的軟件界面實時顯示溫度曲線與數(shù)值，并作好記錄。如圖1.
步驟四將待測量PT100鉬熱電阻的敏感探頭放置在具有一定濕度的環(huán)境中，給半導體制冷器提供2. 5安培的直流電使其開始工作制冷，同時給考比茲振蕩電路板供12伏的直流電壓使其電路振蕩工作。此時可以從工控機的軟件顯示界面看到振蕩電路輸出的正弦波形和兩路溫度的變化曲線，隨著石英晶片表面的溫度下降，離結(jié)露程度越來越近，電路的振蕩輸出也在迅速的變化，振幅越來越小，直到最后結(jié)露形成電路無輸出波形，工控機停止采集數(shù)據(jù)，同時記錄相應(yīng)停止振蕩時刻的兩路溫度數(shù)值，其中石英晶片表面的溫度可以看作是在當時環(huán)境溫度下的露點溫度。在保證環(huán)境溫度不改變的前提下，本發(fā)明提供了不同的六組濕度環(huán)境對本方法進行驗證，得出最后的濕度數(shù)據(jù)，如圖4所示。
權(quán)利要求
1. 一種敏感電路式露點測量方法，其特征在于該方法的具體步驟如下 步驟一按已知的考比茲電路，制作一個考比茲電路板；步驟二 將兩面附有電極的AT切型石英晶片的一面與半導體制冷器的制冷面相貼，半導體制冷器的熱面與散熱器相貼，從石英晶片的兩個電極分別引出兩根導線接入考比茲電路板，同時，將兩個PT100鉬熱電阻作為溫度傳感器，一個貼在石英晶片表面，用來提供石英晶片表面的溫度值，另一個裸露在空氣環(huán)境中，用來提供同一時刻下環(huán)境溫度；步驟三用直流穩(wěn)壓電源分別給半導體制冷器和考比茲電路板供電，考比茲電路板的輸出端接入PCI4712AS2高速數(shù)據(jù)采集卡，該高速數(shù)據(jù)采集卡接入工控機進行實時顯示和控制，將兩個PT100鉬熱電阻接入數(shù)字萬用表，直接將其電阻值轉(zhuǎn)換為溫度值同步獲取兩路溫度信號，并與工控機連接，在工控機的軟件界面實時顯示溫度曲線與數(shù)值，并作好記錄；步驟四當直流穩(wěn)壓電源對考比茲電路進行供電之后，該考比茲電路輸出固有的頻率信號，頻率等于石英晶體的固有頻率，同時半導體制冷器通電之后開始制冷工作，對石英晶片進行降溫，當降溫達到預(yù)定溫度，石英晶片表面開始結(jié)露，此時石英晶片的工作環(huán)境就由氣相轉(zhuǎn)為液相，由于考比茲電路特性，在結(jié)露的那一刻工控機上顯示的電路輸出的頻率為零，當頻率輸出為零的那一刻利用溫度傳感器同步記錄下兩組溫度數(shù)值Td與Ta，其中石英晶片表面的溫度Td就是最后需要的在當時環(huán)境溫度Ta下的露點溫度。
全文摘要
一種敏感電路式露點測量方法，該方法有四大步驟步驟一制作一個考比茲振蕩電路板；步驟二導體制冷器制冷，考比茲振蕩電路持續(xù)工作；步驟三監(jiān)測考比茲振蕩電路輸出頻率，溫度傳感器采集兩路溫度信號；步驟四監(jiān)測考比茲振蕩電路輸出頻率是否為零；若為零，考比茲振蕩電路停止工作，溫度傳感器停止采集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)并保存結(jié)果。本發(fā)明構(gòu)思巧妙，具有測量方法簡單、靈敏度高、可靠性好、成本低的優(yōu)點；它能夠在工作和生產(chǎn)環(huán)境下提供一個快速的濕度預(yù)警。它在空氣狀態(tài)參數(shù)測量技術(shù)領(lǐng)域里具有較好的實用價值和廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號G01N25/66GK102520015SQ20111041238
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者孟曉風, 汪爍, 聶晶 申請人:北京航空航天大學