双压法湿度标准装置故障分析与排除

刘 波,王晓蕾,许 超,代中华,苏 腾,3,郭 祯

（1.解放军理工大学气象海洋学院，江苏南京,211101；2 北京市国瑞智新技术有限公司，北京海淀,100081；3.酒泉卫星发射中心，甘肃酒泉,732750;4.95809部队，河北沧州,061736）

双压法湿度标准装置故障分析与排除

刘 波1,王晓蕾1,许 超2,代中华1,苏 腾1,3,郭 祯4

（1.解放军理工大学气象海洋学院，江苏南京,211101；2 北京市国瑞智新技术有限公司，北京海淀,100081；3.酒泉卫星发射中心，甘肃酒泉,732750;4.95809部队，河北沧州,061736）

双压法湿度标准装置是湿度计量检定的通用装置，包括双压法湿度发生器和湿度标准器，由于双压法湿度发生器和GE冷镜式露点仪原理复杂，结构精密，使用过程中一旦出现故障，很难短时间内发现原因并排除，影响正常的试验任务。本文通过前期大量的试验积累，结合仪器工作原理，对双压法湿度发生器和GE 冷镜式露点仪使用过程中易出现的两种故障现象进行分析、定位和排除。此类故障现象比较典型，排除思路比较清晰，对湿度测试和检定工作有较强的指导作用，同时故障的处理过程对于其他设备的使用和维护有较强的借鉴意义。

双压法湿度发生器;GE 冷镜式露点仪;故障分析与排除

0 前言

双压法湿度标准装置由双压法标准湿度发生器和湿度标准器，其中双压法标准湿度发生器用于提供稳定的湿度场环境,，而作为主标准器的精密露点仪则用于提供准确的湿度量值。GE 冷镜式露点仪作为二级计量站常用的一种湿度标准装置，在各个计量站中广泛使用，熟练掌握双压法湿度发生器和 GE 冷镜式露点仪的使用方法，准确处置其在使用过程中的故障，有利于正常维持各计量站的计量保障任务，提高计量保障效率。

冷镜式露点仪测量性能好、准确可靠，常作为标准器广泛应用于湿度量值传递中。但价格相对昂贵，操作保养起点高。目前，国内外精密露点仪测湿的原理基本一致，主要采用热电制冷方式和光电法检测凝结物，但测量准确度和稳定性却存在较大差异。业务应用的冷镜式露点仪主要依靠进口，进口的冷镜式露点仪稳定性高，但维修难度也相对增加，在使用过程中一旦出现故障，使用者通常会显得无能为力，只有等厂家技术人员现场维修，导致设备故障时间长，影响正常的试验任务。

本文分析了双压法湿度发生器和 GE 冷镜式露点仪的工作原理和使用特点，针对其在使用过程中出现的故障进行了现象分析、检修，最后给出了维护建议，为双压法湿度标准装置的使用者提供解决方案。

1 原理和结构特点

1.1 双压法湿度发生器的原理与结构特点

1.1.1 双压法湿度发生器的原理

双压法湿度发生器的基本原理是使气体在稳定的高压状态下饱和, 然后在相同的温度下膨胀降压, 至稳定的低压状态, 即可得到恒湿气源, 其湿度值可根据饱和室温度、高压压力和低压压力而准确测定。改变高压压力或改变低压压力, 就可以得到不同湿度的恒湿气源。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, 那么由道尔顿分压定律可得到如下关系式:

据定义,在温度时，低压下的气体的相对温度可按下式计算:

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:

图1 双压法湿度发生器结构原理图

从上面的公式可以看出，只要饱和器和测试室的温度确定，调节饱和器的压力和测试室的压力，即可获得不同的湿度值。

1.1.2 双压法湿度发生器的结构

双压湿度发生器通常由如下 6 个部分组成：气源系统、载气干燥系统、饱和器系统、试验腔、恒温系统、温度和压力的测量与控制系统。饱和器是这些发生器结构的重要组成部分，是发生含有饱和水汽的湿空气的装置，因此，建立在发生饱和湿气基础上的各种恒湿气体发生器，其性能与饱和器的效率密切相关。从发生器的工作原理，特点和适用的湿度范围出发，饱和器可以设计成多种形式，主要有鼓泡式、喷雾式、塔板式、管式、离心式、“迷宫”式，基本结构见图1。

1.2 GE 冷镜式露点仪的原理与结构特点

1.2.1 GE 冷镜式露点仪的原理

GE 冷镜式露点仪主要由感应器、热控制装置和凝结物观测装置3部分组成。感应器是一个高度抛光的薄金属镜面，常用银、铂等材料制成，具有很强的光反射率和导热率。为了保持镜面清洁，GE 冷镜式露点仪具有自动清洁功能，并且可以调节自动清洁的时间间隔。热控制装置由冷却器和加热器组成，用于调节镜面温度，产生或消除霜、露。凝结物观测装置是基于露点冷凝面对光的散射效应进行凝结物的检测。

1.2.2 GE 冷镜式露点仪的结构

GE 冷镜式露点仪的湿敏探头配备了1111H 型投入式和1311DR 型吸入式两种。当测试点的温度高于室温时，必须采用投入式探头。这是因为吸入式探头使用时，湿度发生器产生的湿空气要经过导气管进入镜面。在这个过程中，若室温低于导气管内湿空气的露点，气体在导气管中会结露，造成露点仪无法正常工作。如果露点仪的导气管管路具有自加热功能，此时仍可使用吸入式探头。低温时，通常选取吸入式探头。GE 冷镜式露点仪有两个探头，一个为投入式探头，另一个为吸入式探头，通常在低于室温时用吸入式探头，高于室温时用投入式探头。

GE 冷镜式露点仪正常工作有多种状态，正常开机时会显示“Initializing”,此时仪器进行初始化；之后会显示“Balance”，此时仪器进行清除镜面；正常工作时会显示“Control”，此时仪器正常控制趋向于设定的环境露点温度。

2 双压法湿度标准装置故障分析与处理

2.1 双压法湿度发生器液位报警器常响

故障现象：双压法湿度发生器开机后发现液位报警器一直响，液位报警灯一直亮，但是仪器能够正常工作。

故障分析：在加入介质使介质溢流后液位报警器仍响，排除了介质液位过低造成的液位报警器常响的可能，初步判断是液位报警器不能正常上下浮动。双压法湿度发生器在较长时间不使用时，应将制冷恒温槽中的介质放出，由于装置长时间不使用，致使液位报警的浮子停在最下面，正常加入介质后，由于浮子生锈无法随着介质液面的正常升高而上升，因此导致开机后液位报警器常响。

故障处理：打开发生器的顶部，找到液位报警器的浮子，拨动浮子使其能正常上下浮动，发现液位报警器不响了，故障得到排除。

2.2 GE 冷镜式露点仪示值不稳定

故障现象：GE 冷镜式露点仪在使用过程中，发现仪器的示值出现跳跃式变化，环境露点温度从15 ℃能变化到140 ℃，动一下探头后发现仪器又能正常工作了。

故障分析：在需要同时进行高温（20 ℃）和低温（-10 ℃及以下）的试验时，可能需要更换GE 冷镜式露点仪的探头，由于探头之间连接的导线受力，在进行插拔的时候，容易对导线进行影响，造成接头处的导线松动，因此GE 冷镜式露点仪的两个探头进行更换时，存在着很大的不便。初步分析现象，可能是GE 冷镜式露点仪的接头处线头焊接虚焊，造成接触不良，导致示值不稳定。

故障处理：对探头的接头处进行拆卸发现整个探头处总共有15 根线，有一根导线明显出现断裂，在焊接好后开机发现露点仪的露点温度不下降，此时环境温度为26.8 ℃，而露点温度高达140 ℃，因此判断还有其他的线头松动。在逐一排查每一根线的过程中，发现还有3 根线虚焊了，于是找到了GE 冷镜式露点仪的说明书中接口处每一个点与每一根线的颜色的对应关系，将线焊接好开机后发现开机后露点仪能够升温了，此时环境温度为26.8 ℃，而露点温度一直升高，大于环境温度，最高达约45 ℃，之后开机正常降温，露点温度低于环境温度，升温持续时间约5 min。

3 结语

上述故障现象是湿度测试检定过程中经常容易出现的问题，本文通过分析、定位成功排除了这些故障。由于仪器性能和使用条件不尽相同，为保证仪器正常工作，给出以下几点建议：

（1）设备要经常进行使用，长时间不使用时应进行维护。对于双压法湿度发生器的浮子等地方应进行润滑。

（2）出现问题应结合原理及时找到问题的根源，进行初步尝试，多与厂家进行沟通，获得更多关于设备的一些技术资料。

（3）应熟练掌握所使用设备的一些技术特性，比如正常开机后仪器正常的特性，以免出现不能区分仪器是否故障的情况。对于GE 冷镜式露点仪的使用，在更换探头时，需两个人同时进行，一人按住中间部分，另一人进行旋转，轻轻拔出探头进行更换。

随着设备使用年限的增加，设备故障率也在增加，而故障维修工作纷繁复杂，这就需要把故障进行总结、分类，同一种类型的故障对应相应故障处理方法，这样就能大大提高维修的时效性，当然本文所归纳的故障并不是湿度发生器标准装置的所有故障，还需要在工作中不断的更新。

[1] 赵士伟，王晓蕾，王朋朋，等．基于冷镜式露点仪的湿度标准装置测量不确定度评定[J]．气象水文海洋仪器，2010，3(1):47-52．

[2] 李伟，贺晓雷，齐久成．气象仪器及测试技术[M]．北京：气象出版社，2010．

[3] 魏运芳，曹满．冷镜式露点仪测量中的若干问题[J]．计量与测试技术，2011，38(7):46-48.

[4] 苏小勇，赵世军，高太长，等．冷镜式露点仪现状及关键技术分析[J]．大气与环境光学学报，2011，6(5):323-328．

[5] 沙奕卓, 付锡桂, 赵旭，等．双压法湿度发生器与分流法湿度发生器的差异分析[J]．气象水文海洋仪器，2009，1(1):48-51．

[6] SYSD—1双压湿度发生器使用维护说明书.

[7] 王晓蕾，苏腾，白晓刚．GE露点仪性能分析[J]．气象科技，2014，42(6):973-977．

[8] Optica General Eastern Dew Point Analyzer Operator's Manual.

Failure Analysis and Solution to Problems of Two-Pressure Humidity Standard Device

Liu Bo1,Wang Xiaolei1,Xu Chao2,Dai Zhonghua1,Su Teng1,3,Guo Zhen4
（1.College of Meteorology and Oceangraphy, PLA Univ. of Sci.& Tech.，211101；2.Beijing GuoRuiZhi Test Equipment Co. Ltd ，100081；3.Jiuquan Satellite Launch Center，732750 4.Unit No. 95809 of PLA,061736）

Two-pressure humidity standard device is the universal humidity metrological verification device,including the two-pressure humidity generator,and the humidity standard,as the principle of twopressure humidity generator,and GE dew-point analyzer are complex and the structures are precision,it is difficult to find reasons and exclude in short time when there are some failure in use,which influence the normal test task. In this article, two categories of failure and solutions to problems in the the two-pressure humidity standard device are summarized based on the analysis of phenomena and causes.These fault phenomenon are typical and the solutions to the problem are very clearly,and it has a strong guiding role in the humidity test and verification work,besides it provides a strong reference for the use and maintainance of other equipments.

two-pressure humidity generator;GE(General Easten) Dew Point Analyzer;failure analysis and solution.

刘波（1991—），男，湖南娄底人，硕士研究生，研究方向：测试计量与战场环境检测；

王晓蕾（1964—），女，浙江宁波人，教授，研究方向：军事气象计量与测试技术。