双压法湿度发生器概述

双压法湿度发生器（Two-pressure humidity generator） 双压法湿度发生器是在一定温度条件下，气体在饱和室（器）内被加压饱和，然后在测试室减压膨胀，通过调节饱和室和测试室的压力比，得到不同湿度的稳定气流或气氛。

双压法湿度发生器（Two-pressure humidity generator）

双压法湿度发生器是在一定温度条件下，气体在饱和室（器）内被加压饱和，然后在测试室减压膨胀，通过调节饱和室和测试室的压力比，得到不同湿度的稳定气流或气氛。2100433B

饱和室温度范围 -80℃~ 20℃饱和室压力范围 101Kpa~2030Kpa测试室温度范围 -75℃~ 20℃测试室湿度范围 5%RH~98%RH温度精度 ±0.05℃（-70℃~ 20℃）湿度精度 ≤±1%RH（-70℃~ 20℃）相对湿度分辨率 0.01%RH测试槽压力范围 101Kpa~202Kpa测试槽压力精度 ±0.1%FS测试槽尺寸 直径φ160×280mm气体流量 2L~20L/min。

设备是探空仪研制所必须的实验装置之一，进行设备的计量、测试和标定。 2100433B

水汽分压双压法湿度发生器

原理：气体在加压状态下被水汽饱和然后减压膨胀。假如气体在饱和、膨胀过程温度保持恒定，并服从理想气体定律，那末由道尔

顿定律可得到如下关系式：

式中ew和Ps分别为饱和器中的饱和水汽分压和气体的总压，ec和Pc分别为试验腔中的水汽分压和气体的总压。那

末，据定义，在温度t时，低压下的气体的相对温度可按下式计算：

U=Pc/Ps*100

如果饱和器内的温度和试验室内的温度也不相同，即变成既改变压力也改变温度的情况，则试验室的相对湿度可采用下式计算。

U=(Pc/Ps)*(ew(Ts)/ew(Tc))*100

式中ew(Ts)和ew(Tc)分别为饱和器和试验腔温度下的饱和水汽分压。

双压湿度发生器通常由如下六个部分组成

（1）气源系统

（2）载气干燥系统

（3）饱和器系统

（4）试验腔

（5）恒温系统

（6）温度和压力的测量与控制系统

水汽分压双温法湿度发生器

原理：ts和tc分别为饱和器温度和试验腔温度，通过气泵使气流在饱和器与试验腔之间不断循环，经过一定时间之后，气流

中的水汽达到饱和状态。ew(Ts)是在温度Ts下的饱和水汽压力，ec是在较高温度Tc下的饱和水汽压力。假设气体

为理想气体，并且饱和器总压力Ps等于试验腔内气体的总压力Pc，那么，在温度为Tc的试验腔内气体的相对湿度可以用如

下式计算：

U=(ew(Ts)/ew(Tc))*100

在Ps和Pc不一致时，特别是在气流速度较高的情况下，就需要考虑进行压力修正，

U=(ew(Ts)/ew(Tc))*(Pc/Ps)*100

基于两个温度原理设计的密闭式湿度发生器有多种不同的结构形式。

水汽分压低霜点湿度发生器

低霜点湿度发生器是一种专门用于低湿领域校正的能够发生水汽含量低至ppm级（即低于百万分之一）气体的设备。

同双温法相似，霜点湿度发生器制备已知湿度气体的过程是一个等压变温过程。经过充分干燥的气体首先流经一个热交换器然后

进入饱和器，换热器和饱和器均浸没在一个恒温液体槽中。饱和器是一根螺旋形金属盘管。管的内表面为大约1mm厚的薄冰层所覆

盖。通过饱和器的气流距离冰层表面不超过4mm。在流速为2L/min时，气体的平均传质时间大约7s。

干气流经过换热达到槽温而后进入饱和器，因为使气流达到饱和所需的水汽量非常小，所以管内冰的升华作用不会导致冰面温度

明显下降，另外，由于盘管足够长，气体的饱和过程在盘管的前部就己完成，盘管其余部分只是作为饱和气体最后换热之用。通过饱

和器的气体不存在明显的压力降。饱和器出口端气体的温度与饱和器的温度相同或十分接近，所以这一温度可视为气流的霜点温度。

水汽分压分流法湿度发生器

原理：干气源（一般是干空气）的气体按一定的比例分成两部分，一路进入饱和器S，被饱和的气流在混合室CM中同另一

股干气混合，而后进入试验腔CT，最后排入大气。饱和器、混合室和试验腔浸在同一个恒温槽中。

试验腔中的相对湿度是下列因素的函数：

(1)通过饱和器的空气的份数。

(2)饱和器中的总压力。

(3)饱和水汽压力。

(4)试验腔中的水汽分压力。

计算试验腔中相对湿度的公式：

U=100*X/[1-(1-X)es/Ps]

式中，X分流比，es为饱和器中的水汽分压力，Ps为饱和器中的总压力。

分流法的相对温度不确定度一般在1-3%范围内；所以在低温下使用上述简化式完全能满足方法的准确度要求。

水汽分压渗透法湿度发生器

渗透管的工作基础就是依据膜渗透原理，水分子穿过管壁的渗透过程遵循Fick定律，

q=-D*S*(dP/dB)

式中，q:渗透速率，

D：渗透系数

S:有效渗透面积，

dP/dB:膜两侧水汽的压力梯度，其中B为膜的厚度。

由上式可见渗透速率与膜的材料及其密度、厚度、有效渗透面积、材料的物理特性（如亲水或憎水）以及膜两侧的水汽分压差等

有关。

发生器输出的标准气的水分浓度按下式计算：

C=(q*V)/(F*Mv)

式中：C——标准汽的水分浓度，单位为ppmv

q——标定温度对应的渗透率，单位为μg/min

V——水汽的摩尔体积，单位为L/mol

F——干载气流量，单位为L/min

Mv——水的摩尔质量，单位为g/mol

由上可知，载气的干燥程度及其流量会直接影响输出气体的湿度量值。因此，载气必须经干燥系统充分干燥，同时要求气源稳定和对流量进行准确的测量。发生器的准确度取决于所用的渗透管渗透率标定的不确定度、气源的稳定性、载气流量测定的准确度，以及恒温精度。2100433B