超低湿冷镜露点仪及其制冷装置和方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于湿度计量、测量仪器领域。
【背景技术】
[0002]随着时代的发展，科研计量、在航空航天、化工、微电子、电力、电厂、气体行业、农业、暖通、纺织等行业，越来越需要对湿度进行定量的测量，为了提高产品的质量、性能和可靠性，对环境温、湿度的控制以及对工业材料水份值的监测与分析都已成为比较普遍的技术条件之一。
[0003]冷镜露点仪广泛适用于空分、石油化工、天然气、气象、电力、微电子、医药、航空航天等领域的各种气体中水分含量的检测。而采用冷镜露点仪测量具有准确度高、量程宽、使用方便等优点。因此，国内外普遍用它作为湿度测量的标准仪器。
[0004]冷镜露点仪的原理为:被测湿气进入露点测量室时掠过冷镜面，当镜面温度高于湿气的露点温度时，镜面呈干燥状态，此时光电检露装置中光源发出的光照在镜面上，几乎完全反射，由光电传感器感应到并输出光电信号，经控制回路比较、放大、驱动热电栗，对镜面致冷。当镜面温度降至湿气露点温度时，镜面上开始结露(霜)，光照在镜面上出现漫反射，光电传感器感应到的反射信号随之减弱，此变化经控制回路比较、放大后调节热电栗，使其制冷功率适当减小，最后，镜面温度保持在样气露点温度上。镜面温度由一紧贴在冷镜面下方的铂电阻温度传感器感应，并显示在显示屏上。在测量过程中，随着温度的降低，被测气体中的水汽接近饱和状态，由于引力作用，水分子吸附在镜面上形成一层薄薄的水膜。这是形成露的第一阶段。当镜面温度继续下降时，水膜的厚度逐渐增加，这是形成露的第二阶段。在这一阶段内，自由表面对水分子的引力与水膜的表面张力之间的力量对比开始发生变化，后者的影响逐渐起支配作用。随着镜面温度的进一步下降，露滴开始出现，通过显微镜可以看到孤立生长而且分布不规则的露滴，然后露层以很快的速度在表面上扩散，此时可以认为液-汽平衡开始，即达到露点。
[0005]目前，国内外现有的冷镜露点仪一般测量气体的露点都在_60°C左右，这是因为国内外冷镜露点仪都是采用珀尔贴半导体冷片作为制冷器，其从常温开始制冷后，降温温度最低也就是_60°C左右，这就限制了其不能测量_70°C露(霜)点或_70°C露(霜)点以下的气体。然而有很多_70°C及以下气体露点需要测量和标定。目前只有瑞士的MBW冷镜露点仪采用珀尔贴半导体制冷器加压缩机辅助制冷的办法来测量_70°C及以下气体露(霜)点。由于采用了压缩机制冷，造成冷镜露点仪体积大、重量沉、不便于携带，只能用于实验室测量，不便于应用于现场测量的问题。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明旨在提出一种超低湿冷镜露点仪制冷装置和方法，在珀尔贴半导体制冷器基础上，通过向特殊散热器结构内部注入液氮(液氮在1个大气压下的沸点是-195.8°C，)进行辅助制冷的方法来实现超低湿露(霜)点的测量，以解决低湿气体露(霜)点(_70°C及以下)的测量问题，并减小冷镜露点仪的结构尺寸，减轻冷镜露点仪重量，使其便于携带，从而解决现场测量低湿气体露点的问题。
[0007]为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的:
[0008]超低湿冷镜露点仪制冷装置，包括低温制冷散热器、珀尔贴半导体冷片基座、珀尔贴半导体冷片组、冷镜面、镜面温度传感器、冷镜面固定压板，本方案的核心点在于:低温制冷散热器开有一能注入并盛放液氮的槽道；
[0009]所述槽道7的开口朝上；
[0010]所述珀尔贴半导体冷片基座用于固定低温制冷散热器和固定珀尔贴半导体冷片组，其与低温制冷散热器及珀尔贴半导体冷片组之间均涂有导热硅脂；
[0011]所述冷镜面固定于珀尔贴半导体冷片组之上;所述镜面温度传感器放置于冷镜面当中，用来实时检测冷镜面的温度，其为PT100温度传感器。冷镜面固定压板用于将冷镜面压紧在珀尔贴半导体冷片组上。
[0012]本发明还提供了一种超低湿冷镜露点仪，其包括上述的制冷装置。进一步，还包括仪表机箱、开关电源、PCB板卡、气路块及加湿装置、露点室组、发光及接收光检测组、安装结构组件、导风询、风扇组件。
[0013]本发明还提供了一种测量-70°C露(霜)点或_70°C露(霜)点以下的气体的方法为，采用上述的超低湿冷镜露点仪，将液氮(液氮在1个大气压下的沸点是-195.8°C，)注入上述的制冷装置的低温制冷散热器的槽道中。
[0014]相对于现有技术，本发明有效的解决了国内外现有的冷镜露点仪-70°C及以下低湿气体露(霜)点的测量问题，同时减小了冷镜露点仪的结构尺寸，减轻了冷镜露点仪重量，使其便于携带，提高冷镜露点仪测量低湿度气体露点的可靠性。
【附图说明】
[0015]构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0016]图1为本发明实施例所述的制冷装置结构示意图；
[0017]图2a和图2b分别为本发明实施例所述的冷镜露点仪的主视图和立体示意图。
[0018]附图标记说明:
[0019]1、低温制冷散热器；2、珀尔贴半导体冷片基座；3、珀尔贴半导体冷片组;4、冷镜面;5、镜面温度传感器;6、冷镜面固定压板;7、槽道;21、仪表机箱;22、开关电源;23、PCB板卡;24、气路块及加湿装置;25露点室组;26、制冷装置;27、发光及接收光检测组;29、安装结构组件；10、导风筒；11、风扇组件
【具体实施方式】
[0020]需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0021]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术