一種基於雙通道的露點測量裝置的製作方法
2023-10-09 20:42:44
本發明設計了一種基於雙通道的露點測量裝置。該裝置利用雙通道頻率差分剔除露點測量過程中環境溫度對露點測量結果的影響，從而減小了露點測量的誤差，提高了露點測量的精度，屬於空氣狀態參數測量技術領域。
背景技術：
溼度是指示大氣中水分子含量多少的物理量，標誌著大氣的乾濕程度。在環境監測、工業生產、科學研究以及人們的日常生活中，溼度測量都發揮著其至關重要的作用。溼度的表示方法主要分為相對溼度、絕對溼度以及露(霜)點溫度，其中露點溫度已被國際公認為最精密的溼度表示方法，世界各國實際的溼度量值傳遞都是通過露點溫度來實現的。
露點溫度是一定壓強下，使溼空氣混合比達到純水面下飽和混合比時刻的溫度，是溼度表示的一個重要指標。露點測量方法根據原理的不同可以分為冷鏡式光電露點儀、電傳感器式露點儀、電解法露點儀、紅外露點儀、半導體傳感器露點儀和諧振式露點儀。
諧振式露點儀主要是以石英晶體微天平(即qcm)技術為主。qcm技術以sauerbrey方程為基礎，建立qcm表面剛性質量改變與其諧振頻率變化之間的線性關係。根據此原理可以進行納克級的質量檢測，該方法具有精度高、靈敏度高、成本低等優點，受到了各國科學家的重視，目前已成為傳感器領域的一個研究熱點。傳統的qcm溼度傳感器主要採用了感溼材料塗覆工藝，利用在qcm表面塗覆感溼材料從而實現對空氣中水分的吸附。但是由於感溼材料對水分子的吸附作用使得qcm露點傳感器不能及時脫溼，從而在進行連續測量時具有一定的局限性。
本發明設計的露點測量裝置在進行露點測量時主要是採用了製冷系統與qcm相結合，對石英晶片製冷使其表面空氣達到飽和狀態即qcm表面達到露點，由sauerbrey方程可得此時qcm的頻率發生變化，從而利用qcm頻率的變化可以進行露點的識別，從而達到測量露點的目的。國內外對此種方法的報導很少，主要是此項技術還存在很多技術難點，其中環境因素對qcm頻率測量的影響首當其衝而且其中溫度影響尤為顯著。為了進一步提高露點測量的精度，本發明設計了一種基於雙通道的露點測量裝置，利用雙通道頻率差分的方法剔除環境溫度對露點測量結果的影響。
技術實現要素：
1、目的：
採用製冷系統與qcm技術相結合的方法進行露點測量時，環境溫度對qcm的頻率具有一定的影響，從而造成了露點測量結果不準確。本發明針對露點過程中環境溫度對qcm頻率測量的影響設計了一種基於雙通道的露點測量裝置，該裝置通過頻率差分的方法剔除環境溫度對測量結果的影響，減小測量誤差，提高測量精度。
2、技術方案：
本發明一種基於雙通道的露點測量裝置，它是由敏感單元，製冷單元，散熱單元組成；它們之間的相互關係為：在基於雙通道的露點測量裝置中敏感單元位於頂層，中間為製冷單元，下面為散熱單元。敏感單元由四氟卡槽固定在製冷單元的冷麵，散熱單元與製冷單元的熱面緊密相連；
所述敏感單元由參考通道和測量通道兩部分組成。參考通道和測量通道相互獨立，並行放置於半導體製冷片的冷麵；
該參考通道由石英晶體微天平即qcm、環形導熱墊和鉑電阻組成；qcm位於環形導熱墊的上表面由四氟卡槽進行固定，鉑電阻內嵌於環形導熱墊內靠近於qcm下表面的位置，實驗中參考通道由四氟頂蓋蓋嚴密封；
該qcm的直徑為14mm，電極為對稱電極，電極直徑為6mm，電極為鍍金電極，振動頻率為6mhz，at切型；
該環形導熱墊的材料是導熱矽膠，環形導熱墊的寬度為qcm非電極區寬度的1/2，厚度為0.5mm；
該鉑電阻選用現有產品(如型號為pt100的鉑電阻)；
該測量通道由石英晶體微天平即qcm、環形導熱墊和鉑電阻組成。該qcm位於環形導熱墊的上表面由四氟卡槽進行固定，鉑電阻內嵌於環形導熱墊內靠近於qcm下表面的位置，實驗中測量通道通過快插頭與外部相連通不同露點的氣體；
該qcm的直徑為14mm，電極為對稱電極，電極直徑為6mm，電極為鍍金電極，振動頻率為6mhz，at切型；
該環形導熱墊的材料是導熱矽膠，環形導熱墊的寬度為qcm非電極區寬度的1/2，厚度為0.5mm；
該鉑電阻選用現有產品(如型號為pt100的鉑電阻)；
所述製冷單元為半導體製冷片，選用現有產品(如選用型號為tec1-12706的半導體製冷片)；
所述散熱單元由銅槽和水道組成，銅槽位於水道上方用於放置製冷單元；該銅槽尺寸與製冷單元即半導體製冷片相同；
該水道兩側通過快插頭與外界水管相連通冷水散熱。
3、該發明的優點
該發明一種基於雙通道的露點測量裝置。通過主動控溫與qcm技術相結合的方法實現露點溫度的測量，並通過頻率差分的方法去除了測量過程中溫度對qcm頻率的影響，提高了測量的精度。該裝置具有測量速度快，靈敏度高，精度高的特點。
附圖說明
圖1為基於雙通道的露點測量裝置。
圖2為基於雙通道的露點測量裝置展開圖。
圖中序號、符號、代號說明如下：
圖2中1為銅槽，2為水道
具體實施方式一種基於雙通道的露點測量裝置
下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。
本發明一種基於雙通道的露點測量裝置，見圖1、2所示，其具體實施步驟如下：
本發明一種基於雙通道的露點測量裝置，它是由敏感單元，製冷單元，散熱單元組成；它們之間的相互關係為：在基於雙通道的露點測量裝置中敏感單元位於頂層，中間為製冷單元，下面為散熱單元。敏感單元由四氟卡槽固定在製冷單元的冷麵，散熱單元與製冷單元的熱面緊密相連；
所述敏感單元有參考通道和測量通道兩部分組成。參考通道和測量通道相互獨立，並行放置於半導體製冷片的冷麵；
該參考通道由qcm，環形導熱墊和鉑電阻組成。qcm位於環形導熱墊的上表面由四氟卡槽進行固定，鉑電阻內嵌於環形導熱墊內靠近於qcm下表面的位置，實驗中參考通道由四氟頂蓋蓋嚴密封；
該qcm的直徑為14mm，電極為對稱電極，電極直徑為6mm，電極為鍍金電極，振動頻率為6mhz，at切型；
該環形導熱墊的材料是導熱矽膠，環形導熱墊的寬度為2mm，厚度為0.5mm；
該鉑電阻是型號為pt100的鉑電阻；
該測量通道由qcm，環形導熱墊和鉑電阻組成。qcm位於環形導熱墊的上表面由四氟卡槽進行固定，鉑電阻內嵌於環形導熱墊內靠近於qcm下表面的位置，實驗中測量通道通過快插頭與外部相連通不同露點的氣體；
該qcm的直徑為14mm，電極為對稱電極，電極直徑為6mm，電極為鍍金電極，振動頻率為6mhz，at切型；
該環形導熱墊的材料是導熱矽膠，環形導熱墊的寬度為2mm，厚度為0.5mm；
該鉑電阻是型號為pt100的鉑電阻；
所述製冷單元由tec1-12706半導體製冷片組成；
所述散熱單元由銅槽和水道組成，銅槽位於水道上方用於放置製冷單元。
該銅槽尺寸與tec1-12706半導體製冷片相同；
該水道兩側通過快插頭與外界水管相連通冷水散熱。