一種雙流法標定探空儀溼度動態響應特性的方法及裝置的製作方法

2023-05-02 16:11:36

專利名稱：一種雙流法標定探空儀溼度動態響應特性的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種溼度檢測儀的標定校準技術，特別涉及一種雙流法對探空儀的溼度動態響應特性進行標定的方法及裝置。
背景技術：
探空儀是指通過自身攜帶感應器或無線電遙測方法測量自由大氣各種要素的儀器的總稱。無線電探空儀搭載在氣象氣球上，它測量多個大氣參數並將這些數據用無線電傳回地面接收站。當代的無線電探空儀經由無線電與地面的計算機通訊，計算機實時存儲這些傳回的數據。無線電探空儀測量的重要數據包括大氣壓力、高度、經緯度、溫度、相對溼度、風速和風向等。由於探空儀隨氣球以300 400米/分的速度向上運動，不可能在某一高度停留下來，所以探空儀的傳感器必須惰性小，這樣才能迅速響應外界環境的變化，比較正確的反映各個高度上的氣象要素值。另外，探空儀通常都是一次性使用，所以傳感器比較簡單。它測量的都是相對量，在正式釋放前，要進行一次「基值測定」，將傳感器的相對值與它所處環境的絕對值聯繫起來，以便事後易與探測記錄進行處理和換算。探空儀測量高空溼度是一個較為困難的問題，其通過毛髮、腸衣、電阻或電容等感溼元件構成溼度傳感器。無論採用何種感溼元件，其元件的感溼方式都是吸附式，因此，溼度測試結果必然存在一定滯後。基於前述原因，探空儀在升空前的「基值測定」工作顯得十分重要。對於民用的溼度傳感器，由於環境變化相對緩慢，其響應特性要求相對較低。鑑於國外相關價格昂貴，因此，在我國的國家標準中推薦使用手工操作的方法進行標定測量，其操作繁瑣、準確度不高，這種手工標定方法對探空儀溼度響應特性的標定而言，其不足之處尤為突出。當然，相關領域的技術人員通過努力，取得了一定成果。如中國專利公開號CN101949747A，
公開日期2011年I月9日，發明創造名稱「溼度傳感元件動態響應特性標定測量系統及測量方法」，該測量系統包括設置在一水浴箱中的兩個飽和鹽容器，兩個飽和鹽容器內的飽和鹽溶液上部分別構成兩個溼度不同的測試腔，兩測試腔通過管路、電磁閥、真空循環泵等連接，電磁閥、真空循環泵等由計算機通過電橋和控制箱控制，以實現兩測試腔的溼度可進行250 300ms的快速切換。通過在兩測試腔內分別放置一溼度傳感元件，利用適於本系統的標定方法實現對溼度傳感元件的動態響應特性進行測試標定，該測量系統對於民用溼度傳感器而言比較實用，但要兩測試腔設置成探空儀的模擬環境卻十分困難，其計算機控制程序設計相對複雜，整個測試標定的操作過程也將十分漫長。因此，該系統不適用於探空儀溼度動態標定。由於目前尚無適用於探空儀溼度動態標定的理想方法和裝置，因此，在探空儀製造完成後的檢定和升空前的基值測定工作都十分繁瑣，且標定結果是否理想尚無法確定。如不同廠家生產的探空儀在同一地域升空後，其壓力、高度、經緯度、溫度、風速和風向的探測結構相差無幾，而溼度探測結果卻相差甚遠。為此，需要改進。

發明內容
本發明的第一目的就是針對現有技術的不足，提供一種雙流法標定探空儀溼度動態響應特性的方法，該標定方法通過提供一模擬探空儀升空過程的動態環境對探空儀溼度動態響應特性進行動態標定，以解決探空儀溼度標定過程漫長和標定不準確的問題。本發明的第二目的是提供一種雙流法標定探空儀溼度動態響應特性的裝置，利用該標定裝置可方便、快捷、準確地實現探空儀溼度動態響應特性的標定。為實現上述目的，本發明採用如下技術方案
一種雙流法標定探空儀溼度動態響應特性的方法，包括設置一探空儀用測試室，向該測定室內輸送給定相對溼度的氣體和安設探空儀，實時接收並記錄探空儀的溼度探測值，所述給定相對溼度的氣體由一路已知量的乾燥氮氣和另一路已知量的飽和溼度氮氣均勻混合形成給定相對溼度的氮氣，給定相對溼度的氮氣和測試室具有相同且可控的環境溫度，該環境溫度可模擬探空儀升空高度變化而進行相應變化，測試室內給定相對溼度的氮氣壓力可模擬探空儀升空高度變化而按設定壓力變化規律進行相應調節。採用前述技術方案的本發明，由於探空儀測試室內的環境溫度、溼度和壓力可模擬探空儀升空高度變化而進行相應變化或調節，且給定溼度的氣體採用氮氣，其測試環境與設定條件符合性好，通過實時接收並記錄的探空儀的溼度探測值與給定值進行比較，便可方便的計算並確定探空儀溼度檢測特性的響應時間和實時差異，從而確定其響應特性曲線，在探空儀實際升空應用時，利用該特性曲線對探空儀的實時溼度測試值進行修訂，便可準確得到探空儀所處高度和經緯度處的空氣實時溼度。優選的，所述給定相對溼度的氮氣的給定值是可調節的。以模擬探空儀升空高度變化而進行相應變化，提高探空儀實時溼度測試結果的準確性。優選的，所述給定相對溼度的氮氣的給定值還採用露點儀檢測。通過露點儀對多個給定相對溼度的檢測結果與給定溼度的計算值或稱理論值進行比較，以此對探空儀的溼度特性曲線進行修正，可進一步確保探空儀溼度特性曲線的準確性。一種雙流法標定探空儀溼度動態響應特性的裝置，包括一控制系統、一溫度可控且盛有流體介質的水浴槽，水浴槽內設有用於探空儀溼度測試的測試室，測試室頂部出口通過第一電控調節閥及管件連接有真空泵，測試室通過一進氣管連接一位於水浴槽內的換熱混合器，換熱混合器的進口端連接有可分別提供具有設定量的乾燥氮氣和飽和溼度氮氣的第一進氣管路和第二進氣管路；測試室還連接有真空壓力計，真空壓力計具有與所述控制系統進行壓力信號傳輸的通道。採用前述技術方案的本發明，測試室內測試環境的溫度可進行逐漸升高、逐漸降低或保持恆定不變的條件；測試室內測試環境的溼度隨第一進氣管路和第二進氣管路的乾燥氮氣和飽和溼度氮氣的設定量變化而變化，當乾燥氮氣設定量為零時，測試室內溼度為100%，當飽和溼度氮氣的設定量為零時，測試室內溼度為0%;測試室內的壓力值通過真空壓力計傳輸給控制系統，控制系統將壓力實測值與設定值比較，壓力實測值與設定值不同時，控制系統通過控制通過真空泵啟停和調整第一電控調節閥的開度，測試室內的氣壓達到一定的真空度，該壓力值可模擬探空儀升空過程中的壓力變化而按設定規律的變化；當將探空儀置於測試室內進行測試時，對測試室內的測試環境的溫度、溼度及壓力進行事先設定並記錄，通過實時接收並記錄探空儀的溼度測試值，即可確定該探空儀的動態溼度響應特性，從而得到其特性曲線。 優選的，所述第一進氣管路通過第一質量流量計和第二電控調節閥連接在儲備有液氮的氮氣瓶的供氣管道上；所述第二進氣管路通過管件依次連接有汽水分離器和用於對乾燥氮氣進行飽和性加溼的水冰飽和加溼器，水冰飽和加溼器的進口管路上依次通過第二質量流量計和第三電控調節閥與所述氮氣瓶的供氣管道連接；所述水冰飽和加溼器均設置於所述水浴槽中；所述第一質量流量計和第二質量流量計均具有與所述控制系統進行流量信號傳輸的通道。所述的水冰飽和加溼器為中國專利授權公告號CN101619880B公告的授權專利，其發明創造名稱為「塔板式水、冰飽和氣加溼器」。該加溼器可形成飽和加溼環境，當氣體進入該飽和加溼環境即可被飽和加溼。因此，當在乾燥氮氣的流經管路上設置該加溼器後，流出該加溼器的氮氣就形成具有飽和溼度的氮氣，汽水分離器將飽和溼度的氮氣中凝結的水分分離以形成純氣態的飽和溼度氮氣。控制系統根據第一質量流量計和第二質量流量計的計量結果計算混合氣的溼度，並將該溼度與設定溼度比較，以分別對第二電控調節閥和第三電控調節閥進行流量調節，達到混合氣的計算溼度與設定溼度相等。進一步優選的，所述進氣管管路上還連接有一可用露點儀檢測溼度的檢測旁路，檢測旁路上設有閘閥，閘閥位於露點儀進口端的管段部；進氣管用於與測試室連接的管段上設有截止閥。以方便通過關斷截止閥通過露點儀對各階段的多個設定溼度的計算量或稱理論設定量進行校準確認，從而進一步確保所確定的探空儀動態溼度響應特性曲線的準確性。優選的，所述水浴槽底部設有用於加熱和冷卻水浴槽內流體介質的加熱和製冷裝置，加熱和製冷裝置與控制系統連接；水浴槽內還設有用於檢測水浴槽內流體介質溫度的測溫元件，測溫元件具有向控制系統傳輸溫度信號的傳輸通道。以使水浴槽內的流體介質溫度可控，從而為測試室提供模擬探空儀升空過程溫度變化的環境。優選的，所述換熱混合器呈螺旋管狀。由於氣體具有極強的擴散性，乾燥和飽和溼度氮氣能在較短的時間內混合均勻，因此，換熱混合器採用螺旋管狀即可，還便於熱交換，以簡化結構，降低製造成本。優選的，所述氮氣瓶的供氣管道上還設有壓力調節閥。以特性標定在穩定供氣壓力條件下進行，確保標定工作能正常持續進行。本發明的有益效果是，標定方法是在模擬探空儀升空過程的測試環境條件下，通過收集多個溼度測試數據而對其溼度動態響應特性曲線進行標定的，其標定準確，其標定操作簡單、標定效率高；標定裝置結構簡單，能為探空儀提供可靠的模擬升空環境，確保標定曲線準確。


圖1是本發明標定裝置的結構示意圖，本圖也用於輔助說明標定方法。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步的說明，但並不因此將本發明限制在所述的實施例範圍之中。實施例1 參見圖1，一種雙流法標定探空儀溼度動態響應特性的方法，包括設置一探空儀用測試室2，向該測定室2內輸送給定相對溼度的氣體和安設探空儀，實時接收並記錄探空儀的溼度探測值，所述給定相對溼度的氣體由一路已知量的乾燥氮氣和另一路已知量的飽和溼度氮氣均勻混合形成給定相對溼度的氮氣，給定相對溼度的氮氣和測試室2具有相同且可控的環境溫度，該環境溫度可模擬探空儀升空高度變化而進行相應變化，測試室內2給定相對溼度的氮氣壓力可模擬探空儀升空高度變化而按設定壓力變化規律進行相應調節。所述給定相對溼度的氮氣的給定值是可調節的。所述給定相對溼度的氮氣的給定值還採用露點儀檢測。實施例2 參見圖1，一種雙流法標定探空儀溼度動態響應特性的裝置，包括一控制系統、一溫度可控且盛有流體介質21的水浴槽1，水浴槽I內設有用於探空儀溼度測試的測試室2，測試室2頂部出口通過第一電控調節閥3及管件連接有真空泵4，測試室2通過一進氣管5連接一位於水浴槽I內的換熱混合器6，換熱混合器6的進口端連接有可分別提供具有設定量的乾燥氮氣和飽和溼度氮氣的第一進氣管路7和第二進氣管路8 ;測試室2還連接有真空壓力計17，真空壓力計17具有與所述控制系統進行壓力信號傳輸的通道。所述第一進氣管路7通過第一質量流量計9和第二電控調節閥10連接在儲備有液氮的氮氣瓶11的供氣管道上12 ;所述第二進氣管路8通過管件依次連接有汽水分離器13和用於對乾燥氮氣進行飽和性加溼的水冰飽和加溼器14，水冰飽和加溼器14的進口管路上依次通過第二質量流量計15和第三電控調節閥16與所述氮氣瓶11的供氣管道12連接；所述水冰飽和加溼器14均設置於所述水浴槽I中；所述第一質量流量計9和第二質量流量計15均具有與所述控制系統進行流量信號傳輸的通道。所述進氣管5管路上還連接有一可用露點儀18檢測溼度的檢測旁路19，檢測旁路19上設有閘閥20，閘閥20位於露點儀18進口端的管段部；進氣管5用於與測試室2連接的管段上設有截止閥25。所述水浴槽I底部設有用於加熱和冷卻水浴槽I內流體介質21的加熱和製冷裝置22，加熱和製冷裝置22與控制系統連接；水浴槽I內還設有用於檢測水浴槽I內流體介質21溫度的測溫元件23，測溫元件23具有向控制系統傳輸溫度信號的傳輸通道。所述換熱混合器6呈螺旋管狀。所述氮氣瓶11的供氣管道12上還設有壓力調節閥24。以上雖然結合了附圖描述了本發明的實施方式，但本領域的普通技術人員也可以意識到對所附權利要求的範圍內作出各種變化或修改，這些修改和變化應理解為是在本發明的範圍和意圖之內的。
權利要求
1.一種雙流法標定探空儀溼度動態響應特性的方法，包括設置一探空儀用測試室(2)，向該測定室(2)內輸送給定相對溼度的氣體和安設探空儀，實時接收並記錄探空儀的溼度探測值，其特徵在於，所述給定相對溼度的氣體由一路已知量的乾燥氮氣和另一路已知量的飽和溼度氮氣均勻混合形成給定相對溼度的氮氣，給定相對溼度的氮氣和測試室(2)具有相同且可控的環境溫度，該環境溫度可模擬探空儀升空高度變化而進行相應變化，測試室內(2)給定相對溼度的氮氣壓力可模擬探空儀升空高度變化而按設定壓力變化規律進行相應調節。
2.根據權利要求1所述的雙流法標定探空儀溼度動態響應特性的方法，其特徵在於所述給定相對溼度的氮氣的給定值是可調節的。
3.根據權利要求1所述的雙流法標定探空儀溼度動態響應特性的方法，其特徵在於所述給定相對溼度的氮氣的給定值還採用露點儀檢測。
4.一種雙流法標定探空儀溼度動態響應特性的裝置，包括一控制系統、一溫度可控且盛有流體介質(21)的水浴槽(1)，水浴槽(I)內設有用於探空儀溼度測試的測試室(2)，其特徵在於，所述測試室(2)頂部出口通過第一電控調節閥(3)及管件連接有真空泵(4)，測試室(2)通過一進氣管(5)連接一位於水浴槽(I)內的換熱混合器(6)，換熱混合器(6)的進口端連接有可分別提供具有設定量的乾燥氮氣和飽和溼度氮氣的第一進氣管路(7 )和第二進氣管路(8);測試室(2)還連接有真空壓力計(17)，真空壓力計(17)具有與所述控制系統進行壓力信號傳輸的通道。
5.根據權利要求4所述的雙流法標定探空儀溼度動態響應特性的裝置，其特徵在於所述第一進氣管路(7)通過第一質量流量計(9)和第二電控調節閥(10)連接在儲備有液氮的氮氣瓶(11)的供氣管道上(12);所述第二進氣管路(8)通過管件依次連接有汽水分離器(13)和用於對乾燥氮氣進行飽和性加溼的水冰飽和加溼器(14)，水冰飽和加溼器(14)的進口管路上依次通過第二質量流量計(15 )和第三電控調節閥(16 )與所述氮氣瓶(11)的供氣管道(12)連接；所述水冰飽和加溼器(14)均設置於所述水浴槽(I)中；所述第一質量流量計(9)和第二質量流量計(15)均具有與所述控制系統進行流量信號傳輸的通道。
6.根據權利要求5所述的雙流法標定探空儀溼度動態響應特性的裝置，其特徵在於所述進氣管(5)管路上還連接有一可用露點儀(18)檢測溼度的檢測旁路(19)，檢測旁路(19)上設有閘閥(20)，閘閥(20)位於露點儀(18)進口端的管段部；進氣管(5)用於與測試室(2)連接的管段上設有截止閥(25)。
7.根據權利要求4所述的雙流法標定探空儀溼度動態響應特性的裝置，其特徵在於所述水浴槽(I)底部設有用於加熱和冷卻水浴槽(I)內流體介質(21)的加熱和製冷裝置(22),加熱和製冷裝置(22)與控制系統連接；水浴槽(I)內還設有用於檢測水浴槽(I)內流體介質(21)溫度的測溫元件(23)，測溫元件(23)具有向控制系統傳輸溫度信號的傳輸通道。
8.根據權利要求4所述的雙流法標定探空儀溼度動態響應特性的裝置，其特徵在於所述換熱混合器(6)呈螺旋管狀。
9.根據權利要求4 8中任意一項權利要求所述的雙流法標定探空儀溼度動態響應特性的裝置，其特徵在於所述氮氣瓶(11)的供氣管道(12)上還設有壓力調節閥(24)。
全文摘要
本發明公開了一種雙流法標定探空儀溼度動態響應特性的方法及裝置，該方法包括設置一給定相對溼度的探空儀用測試室，實時接收並記錄探空儀的溼度探測值，給定相對溼度的氣體由一路已知量的乾燥氮氣和另一路已知量的飽和溼度氮氣均勻混合形成，給定相對溼度的氮氣和測試室具有相同且可模擬探空儀升空狀態的環境溫度，測試室具有模擬探空儀升空高狀態壓力環境。該裝置包括一控制系統和水浴槽、測試室、電控調節閥、真空泵以及用於分別提供具有設定量的乾燥氮氣和飽和溼度氮氣的第一進氣管路和第二進氣管路等。本發明的有益效果是，標定方法標定準確，作簡單、標定效率高；標定裝置結構簡單，能為探空儀提供可靠的模擬升空環境，確保標定準確。
文檔編號G01W1/18GK102998720SQ20121050074
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月30日 優先權日2012年11月30日
發明者楊東甫, 蒯戈, 古正宇, 王思渝, 劉祥 申請人:重慶四達試驗設備有限公司