[发明专利]测量高温高压高湿气体湿度的方法和系统

说明书

技术领域

 本发明涉及气体状态参数测量技术领域，更具体地，涉及一种测量高温高压高湿气体湿度的方法。

背景技术

 湿度测量在人类生活和生产活动中应用频繁，随着技术的进步，湿度测量已经遍及工农业、国防和科技领域。各类湿度测量仪器广泛使用于石化、微电子、通信、气象、电力、环境监测、制药、建筑、空调、军工航天、烟草、汽车等行业。

现代湿度测量技术主要集中在机械式（毛发式和高分子弹性元件式）、干湿球式（阿斯曼式和自然通风式）和湿度传感器式（高分子电容式和电阻式）。另外20世纪90年代发展起来的冷镜式露点仪也是测量湿度的良好方法，且由于其精度较高，作为世界气象组织（WMO）的湿度最高标准。

基于以上测量原理的湿度测量，测量范围最大的为电容式和电阻式湿度传感器。电阻式湿度传感器主要包括电解质式（氯化锂等）、陶瓷式（四氧化三铁等）和碳膜式，它们的各项技术性能都不如高分子电容式。电容式感湿层多为聚酰亚胺高分子薄膜，也有陶瓷电容式、氧化铝电容式等形式。高分子感湿元件适用温度范围-60℃~180℃，湿度测量范围为0%RH~99%RH，现有技术最高准确度可达0.8%RH。

用户对湿度测量仪器的环境适应性和测量精度等要求越来越高。尤其在石化、电力、航天、核能和汽车等领域，测试环境相对恶劣，普便存在高温高压高湿的湿度测量需求。

虽然高分子电容式湿度测量技术成熟，且测量环境已经标称达到：温度范围-60℃~180℃，湿度测量范围为0%RH~99%RH，准确度可达0.8%RH。但是其中混淆的一个概念是高温和高湿是否同时存在。在高温和高湿同时存在的情况下其能否准确测试。要解释这个问题，还要回归到测量原理和仪表信号处理及标定的过程。各类湿度测量仪表虽然测量原理不同，但是在研究或生产计量产品过程中都是将感湿元件置于稳定环境（温、湿度）中，将其产生的机械变形或电信号等与湿度环境对应，这个过程和湿度传感器校准过程恰好相反，但是两者的湿度环境应为同一级别。

目前国内主要采用JJF 1076-2001《湿度传感器校准规范》，其通过标准湿度发生器产生标准湿度环境。湿度发生器的湿度范围：（5~95）%RH；温度范围：5~50℃；压力：常压。在此标准湿度环境中，其最大的蒸汽分压力是在湿度95%RH。温度50℃时，查饱和蒸汽压力表可知在50℃时，饱和蒸汽压力为12.378kPa，如相对湿度95%RH，其蒸汽分压力为11.759kPa。这也就意味着其感湿元件的最高蒸汽分压标定值为11.759 kPa，对于更高的蒸汽分压不一定适用。国外一些产品也有通过更高温度标准的湿度发生器标定，但现有最高标准都限于常压环境，即使在100%RH湿度下，其蒸汽分压最高达到101.325kPa, 所以理论上讲，湿度传感器测量蒸汽分压的范围应在101.325kPa以内。同时在蒸汽接近饱和状态时会有结露，易导致湿度传感器触水失效。所以理论上讲，湿度传感器测量相对湿度的范围达不到100%RH。

对于高温高压气体，其蒸汽分压可能相当高，也有可能接近于混合气体压力。例如气体压力5atm，湿度80%RH，温度120℃时，蒸汽分压为159.732kPa。此时显然蒸汽分压已经大大超过了101.325kPa，感湿元件的线性度都不确定，所以笼统的说湿度传感器技术已经达到温度测量范围-60℃~180℃，湿度测量范围为0%RH~99%RH，准确度可达0.8%RH是不恰当的。而如何测量高温高压高湿环境下（包括饱和蒸汽）的湿度正是本发明要解决的问题。

发明内容

 本发明适用于测量温度高于100℃，压力高于大气压的空气（气体）湿度。

针对现有的气体湿度测量方法与仪表存在的不足与缺陷，本发明的目的和任务是提供一种高温高压高湿气体湿度测量新方法，即通过对高温高压气体的降压稳压且保温加热的处理，在常压下测量蒸汽含量，再通过温度压力的转换计算得到原气体的湿度和相关参数的测量方法。

本发明的目的和任务是通过如下技术方案来实现：

一种高温高压高湿气体湿度的在线测量方法，其特征在于该方法采用降压加热的处理方式，其测量步骤如下：

1）设置取样管路进入高温高压高湿气体压力容器内部取样点；优选地，取样管路包括降压稳压阀和尾端的针阀；

2）在取样管路入口附近设置温度传感器、压力传感器，测量原气体温度T₀、压力P₀；