專利名稱：一種雙流法標定探空儀濕度動態(tài)響應(yīng)特性的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種濕度檢測儀的標定校準技術(shù)，特別涉及一種雙流法對探空儀的濕度動態(tài)響應(yīng)特性進行標定的方法及裝置。
背景技術(shù)：
探空儀是指通過自身攜帶感應(yīng)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(shù)并將這些數(shù)據(jù)用無線電傳回地面接收站。當代的無線電探空儀經(jīng)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(shù)據(jù)。無線電探空儀測量的重要數(shù)據(jù)包括大氣壓力、高度、經(jīng)緯度、溫度、相對濕度、風速和風向等。由于探空儀隨氣球以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(yīng)外界環(huán)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(huán)境的絕對值聯(lián)系起來，以便事后易與探測記錄進行處理和換算。探空儀測量高空濕度是一個較為困難的問題，其通過毛發(fā)、腸衣、電阻或電容等感濕元件構(gòu)成濕度傳感器。無論采用何種感濕元件，其元件的感濕方式都是吸附式，因此，濕度測試結(jié)果必然存在一定滯后?；谇笆鲈?，探空儀在升空前的“基值測定”工作顯得十分重要。對于民用的濕度傳感器，由于環(huán)境變化相對緩慢，其響應(yīng)特性要求相對較低。鑒于國外相關(guān)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濕度響應(yīng)特性的標定而言，其不足之處尤為突出。當然，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)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(fā)明創(chuàng)造名稱“濕度傳感元件動態(tài)響應(yīng)特性標定測量系統(tǒng)及測量方法”，該測量系統(tǒng)包括設(shè)置在一水浴箱中的兩個飽和鹽容器，兩個飽和鹽容器內(nèi)的飽和鹽溶液上部分別構(gòu)成兩個濕度不同的測試腔，兩測試腔通過管路、電磁閥、真空循環(huán)泵等連接，電磁閥、真空循環(huán)泵等由計算機通過電橋和控制箱控制，以實現(xiàn)兩測試腔的濕度可進行250 300ms的快速切換。通過在兩測試腔內(nèi)分別放置一濕度傳感元件，利用適于本系統(tǒng)的標定方法實現(xiàn)對濕度傳感元件的動態(tài)響應(yīng)特性進行測試標定，該測量系統(tǒng)對于民用濕度傳感器而言比較實用，但要兩測試腔設(shè)置成探空儀的模擬環(huán)境卻十分困難，其計算機控制程序設(shè)計相對復(fù)雜，整個測試標定的操作過程也將十分漫長。因此，該系統(tǒng)不適用于探空儀濕度動態(tài)標定。由于目前尚無適用于探空儀濕度動態(tài)標定的理想方法和裝置，因此，在探空儀制造完成后的檢定和升空前的基值測定工作都十分繁瑣，且標定結(jié)果是否理想尚無法確定。如不同廠家生產(chǎn)的探空儀在同一地域升空后，其壓力、高度、經(jīng)緯度、溫度、風速和風向的探測結(jié)構(gòu)相差無幾，而濕度探測結(jié)果卻相差甚遠。為此，需要改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種雙流法標定探空儀濕度動態(tài)響應(yīng)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(tài)環(huán)境對探空儀濕度動態(tài)響應(yīng)特性進行動態(tài)標定，以解決探空儀濕度標定過程漫長和標定不準確的問題。本發(fā)明的第二目的是提供一種雙流法標定探空儀濕度動態(tài)響應(yīng)特性的裝置，利用該標定裝置可方便、快捷、準確地實現(xiàn)探空儀濕度動態(tài)響應(yīng)特性的標定。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種雙流法標定探空儀濕度動態(tài)響應(yīng)特性的方法，包括設(shè)置一探空儀用測試室，向該測定室內(nèi)輸送給定相對濕度的氣體和安設(shè)探空儀，實時接收并記錄探空儀的濕度探測值，所述給定相對濕度的氣體由一路已知量的干燥氮氣和另一路已知量的飽和濕度氮氣均勻混合形成給定相對濕度的氮氣，給定相對濕度的氮氣和測試室具有相同且可控的環(huán)境溫度，該環(huán)境溫度可模擬探空儀升空高度變化而進行相應(yīng)變化，測試室內(nèi)給定相對濕度的氮氣壓力可模擬探空儀升空高度變化而按設(shè)定壓力變化規(guī)律進行相應(yīng)調(diào)節(jié)。采用前述技術(shù)方案的本發(fā)明，由于探空儀測試室內(nèi)的環(huán)境溫度、濕度和壓力可模擬探空儀升空高度變化而進行相應(yīng)變化或調(diào)節(jié)，且給定濕度的氣體采用氮氣，其測試環(huán)境與設(shè)定條件符合性好，通過實時接收并記錄的探空儀的濕度探測值與給定值進行比較，便可方便的計算并確定探空儀濕度檢測特性的響應(yīng)時間和實時差異，從而確定其響應(yīng)特性曲線，在探空儀實際升空應(yīng)用時，利用該特性曲線對探空儀的實時濕度測試值進行修訂，便可準確得到探空儀所處高度和經(jīng)緯度處的空氣實時濕度。優(yōu)選的，所述給定相對濕度的氮氣的給定值是可調(diào)節(jié)的。以模擬探空儀升空高度變化而進行相應(yīng)變化，提高探空儀實時濕度測試結(jié)果的準確性。優(yōu)選的，所述給定相對濕度的氮氣的給定值還采用露點儀檢測。通過露點儀對多個給定相對濕度的檢測結(jié)果與給定濕度的計算值或稱理論值進行比較，以此對探空儀的濕度特性曲線進行修正，可進一步確保探空儀濕度特性曲線的準確性。一種雙流法標定探空儀濕度動態(tài)響應(yīng)特性的裝置，包括一控制系統(tǒng)、一溫度可控且盛有流體介質(zhì)的水浴槽，水浴槽內(nèi)設(shè)有用于探空儀濕度測試的測試室，測試室頂部出口通過第一電控調(diào)節(jié)閥及管件連接有真空泵，測試室通過一進氣管連接一位于水浴槽內(nèi)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(shè)定量的干燥氮氣和飽和濕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(tǒng)進行壓力信號傳輸?shù)耐ǖ?。采用前述技術(shù)方案的本發(fā)明，測試室內(nèi)測試環(huán)境的溫度可進行逐漸升高、逐漸降低或保持恒定不變的條件；測試室內(nèi)測試環(huán)境的濕度隨第一進氣管路和第二進氣管路的干燥氮氣和飽和濕度氮氣的設(shè)定量變化而變化，當干燥氮氣設(shè)定量為零時，測試室內(nèi)濕度為100%，當飽和濕度氮氣的設(shè)定量為零時，測試室內(nèi)濕度為0%;測試室內(nèi)的壓力值通過真空壓力計傳輸給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將壓力實測值與設(shè)定值比較，壓力實測值與設(shè)定值不同時，控制系統(tǒng)通過控制通過真空泵啟停和調(diào)整第一電控調(diào)節(jié)閥的開度，測試室內(nèi)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(shè)定規(guī)律的變化；當將探空儀置于測試室內(nèi)進行測試時，對測試室內(nèi)的測試環(huán)境的溫度、濕度及壓力進行事先設(shè)定并記錄，通過實時接收并記錄探空儀的濕度測試值，即可確定該探空儀的動態(tài)濕度響應(yīng)特性，從而得到其特性曲線。 優(yōu)選的，所述第一進氣管路通過第一質(zhì)量流量計和第二電控調(diào)節(jié)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于對干燥氮氣進行飽和性加濕的水冰飽和加濕器，水冰飽和加濕器的進口管路上依次通過第二質(zhì)量流量計和第三電控調(diào)節(jié)閥與所述氮氣瓶的供氣管道連接；所述水冰飽和加濕器均設(shè)置于所述水浴槽中；所述第一質(zhì)量流量計和第二質(zhì)量流量計均具有與所述控制系統(tǒng)進行流量信號傳輸?shù)耐ǖ?。所述的水冰飽和加濕器為中國專利授?quán)公告號CN101619880B公告的授權(quán)專利，其發(fā)明創(chuàng)造名稱為“塔板式水、冰飽和氣加濕器”。該加濕器可形成飽和加濕環(huán)境，當氣體進入該飽和加濕環(huán)境即可被飽和加濕。因此，當在干燥氮氣的流經(jīng)管路上設(shè)置該加濕器后，流出該加濕器的氮氣就形成具有飽和濕度的氮氣，汽水分離器將飽和濕度的氮氣中凝結(jié)的水分分離以形成純氣態(tài)的飽和濕度氮氣?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)第一質(zhì)量流量計和第二質(zhì)量流量計的計量結(jié)果計算混合氣的濕度，并將該濕度與設(shè)定濕度比較，以分別對第二電控調(diào)節(jié)閥和第三電控調(diào)節(jié)閥進行流量調(diào)節(jié)，達到混合氣的計算濕度與設(shè)定濕度相等。進一步優(yōu)選的，所述進氣管管路上還連接有一可用露點儀檢測濕度的檢測旁路，檢測旁路上設(shè)有閘閥，閘閥位于露點儀進口端的管段部；進氣管用于與測試室連接的管段上設(shè)有截止閥。以方便通過關(guān)斷截止閥通過露點儀對各階段的多個設(shè)定濕度的計算量或稱理論設(shè)定量進行校準確認，從而進一步確保所確定的探空儀動態(tài)濕度響應(yīng)特性曲線的準確性。優(yōu)選的，所述水浴槽底部設(shè)有用于加熱和冷卻水浴槽內(nèi)流體介質(zhì)的加熱和制冷裝置，加熱和制冷裝置與控制系統(tǒng)連接；水浴槽內(nèi)還設(shè)有用于檢測水浴槽內(nèi)流體介質(zhì)溫度的測溫元件，測溫元件具有向控制系統(tǒng)傳輸溫度信號的傳輸通道。以使水浴槽內(nèi)的流體介質(zhì)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(huán)境。優(yōu)選的，所述換熱混合器呈螺旋管狀。由于氣體具有極強的擴散性，干燥和飽和濕度氮氣能在較短的時間內(nèi)混合均勻，因此，換熱混合器采用螺旋管狀即可，還便于熱交換，以簡化結(jié)構(gòu)，降低制造成本。優(yōu)選的，所述氮氣瓶的供氣管道上還設(shè)有壓力調(diào)節(jié)閥。以特性標定在穩(wěn)定供氣壓力條件下進行，確保標定工作能正常持續(xù)進行。本發(fā)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(huán)境條件下，通過收集多個濕度測試數(shù)據(jù)而對其濕度動態(tài)響應(yīng)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(jié)構(gòu)簡單，能為探空儀提供可靠的模擬升空環(huán)境，確保標定曲線準確。


圖1是本發(fā)明標定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，本圖也用于輔助說明標定方法。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。實施例1 參見圖1，一種雙流法標定探空儀濕度動態(tài)響應(yīng)特性的方法，包括設(shè)置一探空儀用測試室2，向該測定室2內(nèi)輸送給定相對濕度的氣體和安設(shè)探空儀，實時接收并記錄探空儀的濕度探測值，所述給定相對濕度的氣體由一路已知量的干燥氮氣和另一路已知量的飽和濕度氮氣均勻混合形成給定相對濕度的氮氣，給定相對濕度的氮氣和測試室2具有相同且可控的環(huán)境溫度，該環(huán)境溫度可模擬探空儀升空高度變化而進行相應(yīng)變化，測試室內(nèi)2給定相對濕度的氮氣壓力可模擬探空儀升空高度變化而按設(shè)定壓力變化規(guī)律進行相應(yīng)調(diào)節(jié)。所述給定相對濕度的氮氣的給定值是可調(diào)節(jié)的。所述給定相對濕度的氮氣的給定值還采用露點儀檢測。實施例2 參見圖1，一種雙流法標定探空儀濕度動態(tài)響應(yīng)特性的裝置，包括一控制系統(tǒng)、一溫度可控且盛有流體介質(zhì)21的水浴槽1，水浴槽I內(nèi)設(shè)有用于探空儀濕度測試的測試室2，測試室2頂部出口通過第一電控調(diào)節(jié)閥3及管件連接有真空泵4，測試室2通過一進氣管5連接一位于水浴槽I內(nèi)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(shè)定量的干燥氮氣和飽和濕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(tǒng)進行壓力信號傳輸?shù)耐ǖ?。所述第一進氣管路7通過第一質(zhì)量流量計9和第二電控調(diào)節(jié)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和用于對干燥氮氣進行飽和性加濕的水冰飽和加濕器14，水冰飽和加濕器14的進口管路上依次通過第二質(zhì)量流量計15和第三電控調(diào)節(jié)閥16與所述氮氣瓶11的供氣管道12連接；所述水冰飽和加濕器14均設(shè)置于所述水浴槽I中；所述第一質(zhì)量流量計9和第二質(zhì)量流量計15均具有與所述控制系統(tǒng)進行流量信號傳輸?shù)耐ǖ?。所述進氣管5管路上還連接有一可用露點儀18檢測濕度的檢測旁路19，檢測旁路19上設(shè)有閘閥20，閘閥20位于露點儀18進口端的管段部；進氣管5用于與測試室2連接的管段上設(shè)有截止閥25。所述水浴槽I底部設(shè)有用于加熱和冷卻水浴槽I內(nèi)流體介質(zhì)21的加熱和制冷裝置22，加熱和制冷裝置22與控制系統(tǒng)連接；水浴槽I內(nèi)還設(shè)有用于檢測水浴槽I內(nèi)流體介質(zhì)21溫度的測溫元件23，測溫元件23具有向控制系統(tǒng)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(shè)有壓力調(diào)節(jié)閥24。以上雖然結(jié)合了附圖描述了本發(fā)明的實施方式，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也可以意識到對所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)作出各種變化或修改，這些修改和變化應(yīng)理解為是在本發(fā)明的范圍和意圖之內(nèi)的。
權(quán)利要求
1.一種雙流法標定探空儀濕度動態(tài)響應(yīng)特性的方法，包括設(shè)置一探空儀用測試室(2)，向該測定室(2)內(nèi)輸送給定相對濕度的氣體和安設(shè)探空儀，實時接收并記錄探空儀的濕度探測值，其特征在于，所述給定相對濕度的氣體由一路已知量的干燥氮氣和另一路已知量的飽和濕度氮氣均勻混合形成給定相對濕度的氮氣，給定相對濕度的氮氣和測試室(2)具有相同且可控的環(huán)境溫度，該環(huán)境溫度可模擬探空儀升空高度變化而進行相應(yīng)變化，測試室內(nèi)(2)給定相對濕度的氮氣壓力可模擬探空儀升空高度變化而按設(shè)定壓力變化規(guī)律進行相應(yīng)調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙流法標定探空儀濕度動態(tài)響應(yīng)特性的方法，其特征在于所述給定相對濕度的氮氣的給定值是可調(diào)節(jié)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙流法標定探空儀濕度動態(tài)響應(yīng)特性的方法，其特征在于所述給定相對濕度的氮氣的給定值還采用露點儀檢測。
4.一種雙流法標定探空儀濕度動態(tài)響應(yīng)特性的裝置，包括一控制系統(tǒng)、一溫度可控且盛有流體介質(zhì)(21)的水浴槽(1)，水浴槽(I)內(nèi)設(shè)有用于探空儀濕度測試的測試室(2)，其特征在于，所述測試室(2)頂部出口通過第一電控調(diào)節(jié)閥(3)及管件連接有真空泵(4)，測試室(2)通過一進氣管(5)連接一位于水浴槽(I)內(nèi)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(shè)定量的干燥氮氣和飽和濕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(tǒng)進行壓力信號傳輸?shù)耐ǖ馈?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙流法標定探空儀濕度動態(tài)響應(yīng)特性的裝置，其特征在于所述第一進氣管路(7)通過第一質(zhì)量流量計(9)和第二電控調(diào)節(jié)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)和用于對干燥氮氣進行飽和性加濕的水冰飽和加濕器(14)，水冰飽和加濕器(14)的進口管路上依次通過第二質(zhì)量流量計(15 )和第三電控調(diào)節(jié)閥(16 )與所述氮氣瓶(11)的供氣管道(12)連接；所述水冰飽和加濕器(14)均設(shè)置于所述水浴槽(I)中；所述第一質(zhì)量流量計(9)和第二質(zhì)量流量計(15)均具有與所述控制系統(tǒng)進行流量信號傳輸?shù)耐ǖ馈?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙流法標定探空儀濕度動態(tài)響應(yīng)特性的裝置，其特征在于所述進氣管(5)管路上還連接有一可用露點儀(18)檢測濕度的檢測旁路(19)，檢測旁路(19)上設(shè)有閘閥(20)，閘閥(20)位于露點儀(18)進口端的管段部；進氣管(5)用于與測試室(2)連接的管段上設(shè)有截止閥(25)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙流法標定探空儀濕度動態(tài)響應(yīng)特性的裝置，其特征在于所述水浴槽(I)底部設(shè)有用于加熱和冷卻水浴槽(I)內(nèi)流體介質(zhì)(21)的加熱和制冷裝置(22),加熱和制冷裝置(22)與控制系統(tǒng)連接；水浴槽(I)內(nèi)還設(shè)有用于檢測水浴槽(I)內(nèi)流體介質(zhì)(21)溫度的測溫元件(23)，測溫元件(23)具有向控制系統(tǒng)傳輸溫度信號的傳輸通道。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙流法標定探空儀濕度動態(tài)響應(yīng)特性的裝置，其特征在于所述換熱混合器(6)呈螺旋管狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求4 8中任意一項權(quán)利要求所述的雙流法標定探空儀濕度動態(tài)響應(yīng)特性的裝置，其特征在于所述氮氣瓶(11)的供氣管道(12)上還設(shè)有壓力調(diào)節(jié)閥(24)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙流法標定探空儀濕度動態(tài)響應(yīng)特性的方法及裝置，該方法包括設(shè)置一給定相對濕度的探空儀用測試室，實時接收并記錄探空儀的濕度探測值，給定相對濕度的氣體由一路已知量的干燥氮氣和另一路已知量的飽和濕度氮氣均勻混合形成，給定相對濕度的氮氣和測試室具有相同且可模擬探空儀升空狀態(tài)的環(huán)境溫度，測試室具有模擬探空儀升空高狀態(tài)壓力環(huán)境。該裝置包括一控制系統(tǒng)和水浴槽、測試室、電控調(diào)節(jié)閥、真空泵以及用于分別提供具有設(shè)定量的干燥氮氣和飽和濕度氮氣的第一進氣管路和第二進氣管路等。本發(fā)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(jié)構(gòu)簡單，能為探空儀提供可靠的模擬升空環(huán)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(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)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(shè)備有限公司