专利名称：一种双流法标定探空仪湿度动态响应特性的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种湿度检测仪的标定校准技术，特别涉及一种双流法对探空仪的湿度动态响应特性进行标定的方法及装置。
背景技术：
探空仪是指通过自身携带感应器或无线电遥测方法测量自由大气各种要素的仪器的总称。无线电探空仪搭载在气象气球上，它测量多个大气参数并将这些数据用无线电传回地面接收站。当代的无线电探空仪经由无线电与地面的计算机通讯，计算机实时存储这些传回的数据。无线电探空仪测量的重要数据包括大气压力、高度、经纬度、温度、相对湿度、风速和风向等。由于探空仪随气球以300 400米/分的速度向上运动，不可能在某一高度停留下来，所以探空仪的传感器必须惰性�。庋拍苎杆傧煊ν饨缁肪车谋浠冉险返姆从掣鞲龈叨壬系钠笠刂�。另外，探空仪通常都是一次性使用，所以传感器比较简单。它测量的都是相对量，在正式释放前，要进行一次“基值测定”，将传感器的相对值与它所处环境的绝对值联系起来，以便事后易与探测记录进行处理和换算。探空仪测量高空湿度是一个较为困难的问题，其通过毛发、肠衣、电阻或电容等感湿元件构成湿度传感器。无论采用何种感湿元件，其元件的感湿方式都是吸附式，因此，湿度测试结果必然存在一定滞后。基于前述原因，探空仪在升空前的“基值测定”工作显得十分重要。对于民用的湿度传感器，由于环境变化相对缓慢，其响应特性要求相对较低。鉴于国外相关价格昂贵，因此，在我国的国家标准中推荐使用手工操作的方法进行标定测量，其操作繁琐、准确度不高，这种手工标定方法对探空仪湿度响应特性的标定而言，其不足之处尤为突出。当然，相关领域的技术人员通过努力，取得了一定成果。如中国专利公开号CN101949747A，
公开日期2011年I月9日，发明创造名称“湿度传感元件动态响应特性标定测量系统及测量方法”，该测量系统包括设置在一水浴箱中的两个饱和盐容器，两个饱和盐容器内的饱和盐溶液上部分别构成两个湿度不同的测试腔，两测试腔通过管路、电磁阀、真空循环泵等连接，电磁阀、真空循环泵等由计算机通过电桥和控制箱控制，以实现两测试腔的湿度可进行250 300ms的快速切换。通过在两测试腔内分别放置一湿度传感元件，利用适于本系统的标定方法实现对湿度传感元件的动态响应特性进行测试标定，该测量系统对于民用湿度传感器而言比较实用，但要两测试腔设置成探空仪的模拟环境却十分困难，其计算机控制程序设计相对复杂，整个测试标定的操作过程也将十分漫长。因此，该系统不适用于探空仪湿度动态标定。由于目前尚无适用于探空仪湿度动态标定的理想方法和装置，因此，在探空仪制造完成后的检定和升空前的基值测定工作都十分繁琐，且标定结果是否理想尚无法确定。如不同厂家生产的探空仪在同一地域升空后，其压力、高度、经纬度、温度、风速和风向的探测结构相差无几，而湿度探测结果却相差甚远。为此，需要改进。
发明内容
本发明的第一目的就是针对现有技术的不足，提供一种双流法标定探空仪湿度动态响应特性的方法，该标定方法通过提供一模拟探空仪升空过程的动态环境对探空仪湿度动态响应特性进行动态标定，以解决探空仪湿度标定过程漫长和标定不准确的问题。本发明的第二目的是提供一种双流法标定探空仪湿度动态响应特性的装置，利用该标定装置可方便、快捷、准确地实现探空仪湿度动态响应特性的标定。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
一种双流法标定探空仪湿度动态响应特性的方法，包括设置一探空仪用测试室，向该测定室内输送给定相对湿度的气体和安设探空仪，实时接收并记录探空仪的湿度探测值，所述给定相对湿度的气体由一路已知量的干燥氮气和另一路已知量的饱和湿度氮气均匀混合形成给定相对湿度的氮气，给定相对湿度的氮气和测试室具有相同且可控的环境温度，该环境温度可模拟探空仪升空高度变化而进行相应变化，测试室内给定相对湿度的氮气压力可模拟探空仪升空高度变化而按设定压力变化规律进行相应调节。采用前述技术方案的本发明，由于探空仪测试室内的环境温度、湿度和压力可模拟探空仪升空高度变化而进行相应变化或调节，且给定湿度的气体采用氮气，其测试环境与设定条件符合性好，通过实时接收并记录的探空仪的湿度探测值与给定值进行比较，便可方便的计算并确定探空仪湿度检测特性的响应时间和实时差异，从而确定其响应特性曲线，在探空仪实际升空应用时，利用该特性曲线对探空仪的实时湿度测试值进行修订，便可准确得到探空仪所处高度和经纬度处的空气实时湿度。优选的，所述给定相对湿度的氮气的给定值是可调节的。以模拟探空仪升空高度变化而进行相应变化，提高探空仪实时湿度测试结果的准确性。优选的，所述给定相对湿度的氮气的给定值还采用露点仪检测。通过露点仪对多个给定相对湿度的检测结果与给定湿度的计算值或称理论值进行比较，以此对探空仪的湿度特性曲线进行修正，可进一步确保探空仪湿度特性曲线的准确性。一种双流法标定探空仪湿度动态响应特性的装置，包括一控制系统、一温度可控且盛有流体介质的水浴槽，水浴槽内设有用于探空仪湿度测试的测试室，测试室顶部出口通过第一电控调节阀及管件连接有真空泵，测试室通过一进气管连接一位于水浴槽内的换热混合器，换热混合器的进口端连接有可分别提供具有设定量的干燥氮气和饱和湿度氮气的第一进气管路和第二进气管路；测试室还连接有真空压力计，真空压力计具有与所述控制系统进行压力信号传输的通道。采用前述技术方案的本发明，测试室内测试环境的温度可进行逐渐升高、逐渐降低或保持恒定不变的条件；测试室内测试环境的湿度随第一进气管路和第二进气管路的干燥氮气和饱和湿度氮气的设定量变化而变化，当干燥氮气设定量为零时，测试室内湿度为100%，当饱和湿度氮气的设定量为零时，测试室内湿度为0%;测试室内的压力值通过真空压力计传输给控制系统，控制系统将压力实测值与设定值比较，压力实测值与设定值不同时，控制系统通过控制通过真空泵启停和调整第一电控调节阀的开度，测试室内的气压达到一定的真空度，该压力值可模拟探空仪升空过程中的压力变化而按设定规律的变化；当将探空仪置于测试室内进行测试时，对测试室内的测试环境的温度、湿度及压力进行事先设定并记录，通过实时接收并记录探空仪的湿度测试值，即可确定该探空仪的动态湿度响应特性，从而得到其特性曲线。 优选的，所述第一进气管路通过第一质量流量计和第二电控调节阀连接在储备有液氮的氮气瓶的供气管道上；所述第二进气管路通过管件依次连接有汽水分离器和用于对干燥氮气进行饱和性加湿的水冰饱和加湿器，水冰饱和加湿器的进口管路上依次通过第二质量流量计和第三电控调节阀与所述氮气瓶的供气管道连接；所述水冰饱和加湿器均设置于所述水浴槽中；所述第一质量流量计和第二质量流量计均具有与所述控制系统进行流量信号传输的通道。所述的水冰饱和加湿器为中国专利授权公告号CN101619880B公告的授权专利，其发明创造名称为“塔板式水、冰饱和气加湿器”。该加湿器可形成饱和加湿环境，当气体进入该饱和加湿环境即可被饱和加湿。因此，当在干燥氮气的流经管路上设置该加湿器后，流出该加湿器的氮气就形成具有饱和湿度的氮气，汽水分离器将饱和湿度的氮气中凝结的水分分离以形成纯气态的饱和湿度氮气。控制系统根据第一质量流量计和第二质量流量计的计量结果计算混合气的湿度，并将该湿度与设定湿度比较，以分别对第二电控调节阀和第三电控调节阀进行流量调节，达到混合气的计算湿度与设定湿度相等。进一步优选的，所述进气管管路上还连接有一可用露点仪检测湿度的检测旁路，检测旁路上设有闸阀，闸阀位于露点仪进口端的管段部；进气管用于与测试室连接的管段上设有截止阀。以方便通过关断截止阀通过露点仪对各阶段的多个设定湿度的计算量或称理论设定量进行校准确认，从而进一步确保所确定的探空仪动态湿度响应特性曲线的准确性。优选的，所述水浴槽底部设有用于加热和冷却水浴槽内流体介质的加热和制冷装置，加热和制冷装置与控制系统连接；水浴槽内还设有用于检测水浴槽内流体介质温度的测温元件，测温元件具有向控制系统传输温度信号的传输通道。以使水浴槽内的流体介质温度可控，从而为测试室提供模拟探空仪升空过程温度变化的环境。优选的，所述换热混合器呈螺旋管状。由于气体具有极强的扩散性，干燥和饱和湿度氮气能在较短的时间内混合均匀，因此，换热混合器采用螺旋管状即可，还便于热交换，以简化结构，降低制造成本。优选的，所述氮气瓶的供气管道上还设有压力调节阀。以特性标定在稳定供气压力条件下进行，确保标定工作能正常持续进行。本发明的有益效果是，标定方法是在模拟探空仪升空过程的测试环境条件下，通过收集多个湿度测试数据而对其湿度动态响应特性曲线进行标定的，其标定准确，其标定操作简单、标定效率高；标定装置结构简单，能为探空仪提供可靠的模拟升空环境，确保标定曲线准确。
图1是本发明标定装置的结构示意图，本图也用于辅助说明标定方法。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。实施例1 参见图1，一种双流法标定探空仪湿度动态响应特性的方法，包括设置一探空仪用测试室2，向该测定室2内输送给定相对湿度的气体和安设探空仪，实时接收并记录探空仪的湿度探测值，所述给定相对湿度的气体由一路已知量的干燥氮气和另一路已知量的饱和湿度氮气均匀混合形成给定相对湿度的氮气，给定相对湿度的氮气和测试室2具有相同且可控的环境温度，该环境温度可模拟探空仪升空高度变化而进行相应变化，测试室内2给定相对湿度的氮气压力可模拟探空仪升空高度变化而按设定压力变化规律进行相应调节。所述给定相对湿度的氮气的给定值是可调节的。所述给定相对湿度的氮气的给定值还采用露点仪检测。实施例2 参见图1，一种双流法标定探空仪湿度动态响应特性的装置，包括一控制系统、一温度可控且盛有流体介质21的水浴槽1，水浴槽I内设有用于探空仪湿度测试的测试室2，测试室2顶部出口通过第一电控调节阀3及管件连接有真空泵4，测试室2通过一进气管5连接一位于水浴槽I内的换热混合器6，换热混合器6的进口端连接有可分别提供具有设定量的干燥氮气和饱和湿度氮气的第一进气管路7和第二进气管路8 ;测试室2还连接有真空压力计17，真空压力计17具有与所述控制系统进行压力信号传输的通道。所述第一进气管路7通过第一质量流量计9和第二电控调节阀10连接在储备有液氮的氮气瓶11的供气管道上12 ;所述第二进气管路8通过管件依次连接有汽水分离器13和用于对干燥氮气进行饱和性加湿的水冰饱和加湿器14，水冰饱和加湿器14的进口管路上依次通过第二质量流量计15和第三电控调节阀16与所述氮气瓶11的供气管道12连接；所述水冰饱和加湿器14均设置于所述水浴槽I中；所述第一质量流量计9和第二质量流量计15均具有与所述控制系统进行流量信号传输的通道。所述进气管5管路上还连接有一可用露点仪18检测湿度的检测旁路19，检测旁路19上设有闸阀20，闸阀20位于露点仪18进口端的管段部；进气管5用于与测试室2连接的管段上设有截止阀25。所述水浴槽I底部设有用于加热和冷却水浴槽I内流体介质21的加热和制冷装置22，加热和制冷装置22与控制系统连接；水浴槽I内还设有用于检测水浴槽I内流体介质21温度的测温元件23，测温元件23具有向控制系统传输温度信号的传输通道。所述换热混合器6呈螺旋管状。所述氮气瓶11的供气管道12上还设有压力调节阀24。以上虽然结合了附图描述了本发明的实施方式，但本领域的普通技术人员也可以意识到对所附权利要求的范围内作出各种变化或修改，这些修改和变化应理解为是在本发明的范围和意图之内的。
权利要求
1.一种双流法标定探空仪湿度动态响应特性的方法，包括设置一探空仪用测试室(2)，向该测定室(2)内输送给定相对湿度的气体和安设探空仪，实时接收并记录探空仪的湿度探测值，其特征在于，所述给定相对湿度的气体由一路已知量的干燥氮气和另一路已知量的饱和湿度氮气均匀混合形成给定相对湿度的氮气，给定相对湿度的氮气和测试室(2)具有相同且可控的环境温度，该环境温度可模拟探空仪升空高度变化而进行相应变化，测试室内(2)给定相对湿度的氮气压力可模拟探空仪升空高度变化而按设定压力变化规律进行相应调节。
2.根据权利要求1所述的双流法标定探空仪湿度动态响应特性的方法，其特征在于所述给定相对湿度的氮气的给定值是可调节的。
3.根据权利要求1所述的双流法标定探空仪湿度动态响应特性的方法，其特征在于所述给定相对湿度的氮气的给定值还采用露点仪检测。
4.一种双流法标定探空仪湿度动态响应特性的装置，包括一控制系统、一温度可控且盛有流体介质(21)的水浴槽(1)，水浴槽(I)内设有用于探空仪湿度测试的测试室(2)，其特征在于，所述测试室(2)顶部出口通过第一电控调节阀(3)及管件连接有真空泵(4)，测试室(2)通过一进气管(5)连接一位于水浴槽(I)内的换热混合器(6)，换热混合器(6)的进口端连接有可分别提供具有设定量的干燥氮气和饱和湿度氮气的第一进气管路(7 )和第二进气管路(8);测试室(2)还连接有真空压力计(17)，真空压力计(17)具有与所述控制系统进行压力信号传输的通道。
5.根据权利要求4所述的双流法标定探空仪湿度动态响应特性的装置，其特征在于所述第一进气管路(7)通过第一质量流量计(9)和第二电控调节阀(10)连接在储备有液氮的氮气瓶(11)的供气管道上(12);所述第二进气管路(8)通过管件依次连接有汽水分离器(13)和用于对干燥氮气进行饱和性加湿的水冰饱和加湿器(14)，水冰饱和加湿器(14)的进口管路上依次通过第二质量流量计(15 )和第三电控调节阀(16 )与所述氮气瓶(11)的供气管道(12)连接；所述水冰饱和加湿器(14)均设置于所述水浴槽(I)中；所述第一质量流量计(9)和第二质量流量计(15)均具有与所述控制系统进行流量信号传输的通道。
6.根据权利要求5所述的双流法标定探空仪湿度动态响应特性的装置，其特征在于所述进气管(5)管路上还连接有一可用露点仪(18)检测湿度的检测旁路(19)，检测旁路(19)上设有闸阀(20)，闸阀(20)位于露点仪(18)进口端的管段部；进气管(5)用于与测试室(2)连接的管段上设有截止阀(25)。
7.根据权利要求4所述的双流法标定探空仪湿度动态响应特性的装置，其特征在于所述水浴槽(I)底部设有用于加热和冷却水浴槽(I)内流体介质(21)的加热和制冷装置(22),加热和制冷装置(22)与控制系统连接；水浴槽(I)内还设有用于检测水浴槽(I)内流体介质(21)温度的测温元件(23)，测温元件(23)具有向控制系统传输温度信号的传输通道。
8.根据权利要求4所述的双流法标定探空仪湿度动态响应特性的装置，其特征在于所述换热混合器(6)呈螺旋管状。
9.根据权利要求4 8中任意一项权利要求所述的双流法标定探空仪湿度动态响应特性的装置，其特征在于所述氮气瓶(11)的供气管道(12)上还设有压力调节阀(24)。
全文摘要
本发明公开了一种双流法标定探空仪湿度动态响应特性的方法及装置，该方法包括设置一给定相对湿度的探空仪用测试室，实时接收并记录探空仪的湿度探测值，给定相对湿度的气体由一路已知量的干燥氮气和另一路已知量的饱和湿度氮气均匀混合形成，给定相对湿度的氮气和测试室具有相同且可模拟探空仪升空状态的环境温度，测试室具有模拟探空仪升空高状态压力环境。该装置包括一控制系统和水浴槽、测试室、电控调节阀、真空泵以及用于分别提供具有设定量的干燥氮气和饱和湿度氮气的第一进气管路和第二进气管路等。本发明的有益效果是，标定方法标定准确，作简单、标定效率高；标定装置结构简单，能为探空仪提供可靠的模拟升空环境，确保标定准确。
文档编号G01W1/18GK102998720SQ20121050074
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者杨东甫, 蒯戈, 古正宇, 王思渝, 刘祥 申请人:重庆四达试验设备有限公司
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