雙壓法濕度標準裝置故障分析與排除

劉 波,王曉蕾,許 超,代中華,蘇 騰,3,郭 禎

（1.解放軍理工大學氣象海洋學院，江蘇南京,211101；2 北京市國瑞智新技術有限公司，北京海淀,100081；3.酒泉衛星發射中心，甘肅酒泉,732750;4.95809部隊，河北滄州,061736）

雙壓法濕度標準裝置故障分析與排除

劉 波1,王曉蕾1,許 超2,代中華1,蘇 騰1,3,郭 禎4

（1.解放軍理工大學氣象海洋學院，江蘇南京,211101；2 北京市國瑞智新技術有限公司，北京海淀,100081；3.酒泉衛星發射中心，甘肅酒泉,732750;4.95809部隊，河北滄州,061736）

雙壓法濕度標準裝置是濕度計量檢定的通用裝置，包括雙壓法濕度發生器和濕度標準器，由于雙壓法濕度發生器和GE冷鏡式露點儀原理復雜，結構精密，使用過程中一旦出現故障，很難短時間內發現原因并排除，影響正常的試驗任務。本文通過前期大量的試驗積累，結合儀器工作原理，對雙壓法濕度發生器和GE 冷鏡式露點儀使用過程中易出現的兩種故障現象進行分析、定位和排除。此類故障現象比較典型，排除思路比較清晰，對濕度測試和檢定工作有較強的指導作用，同時故障的處理過程對于其他設備的使用和維護有較強的借鑒意義。

雙壓法濕度發生器;GE 冷鏡式露點儀;故障分析與排除

0 前言

雙壓法濕度標準裝置由雙壓法標準濕度發生器和濕度標準器，其中雙壓法標準濕度發生器用于提供穩定的濕度場環境,，而作為主標準器的精密露點儀則用于提供準確的濕度量值。GE 冷鏡式露點儀作為二級計量站常用的一種濕度標準裝置，在各個計量站中廣泛使用，熟練掌握雙壓法濕度發生器和 GE 冷鏡式露點儀的使用方法，準確處置其在使用過程中的故障，有利于正常維持各計量站的計量保障任務，提高計量保障效率。

冷鏡式露點儀測量性能好、準確可靠，常作為標準器廣泛應用于濕度量值傳遞中。但價格相對昂貴，操作保養起點高。目前，國內外精密露點儀測濕的原理基本一致，主要采用熱電制冷方式和光電法檢測凝結物，但測量準確度和穩定性卻存在較大差異。業務應用的冷鏡式露點儀主要依靠進口，進口的冷鏡式露點儀穩定性高，但維修難度也相對增加，在使用過程中一旦出現故障，使用者通常會顯得無能為力，只有等廠家技術人員現場維修，導致設備故障時間長，影響正常的試驗任務。

本文分析了雙壓法濕度發生器和 GE 冷鏡式露點儀的工作原理和使用特點，針對其在使用過程中出現的故障進行了現象分析、檢修，最后給出了維護建議，為雙壓法濕度標準裝置的使用者提供解決方案。

1 原理和結構特點

1.1 雙壓法濕度發生器的原理與結構特點

1.1.1 雙壓法濕度發生器的原理

雙壓法濕度發生器的基本原理是使氣體在穩定的高壓狀態下飽和, 然后在相同的溫度下膨脹降壓, 至穩定的低壓狀態, 即可得到恒濕氣源, 其濕度值可根據飽和室溫度、高壓壓力和低壓壓力而準確測定。改變高壓壓力或改變低壓壓力, 就可以得到不同濕度的恒濕氣源。假如氣體在飽和、膨脹過程溫度保持恒定,并服從理想氣體定律, 那么由道爾頓分壓定律可得到如下關系式:

據定義,在溫度時，低壓下的氣體的相對溫度可按下式計算:

如果飽和器內的溫度和試驗室內的溫度也不相同，即變成既改變壓力也改變溫度的情況，則試驗室的相對濕度可采用下式計算:

圖1 雙壓法濕度發生器結構原理圖

從上面的公式可以看出，只要飽和器和測試室的溫度確定，調節飽和器的壓力和測試室的壓力，即可獲得不同的濕度值。

1.1.2 雙壓法濕度發生器的結構

雙壓濕度發生器通常由如下 6 個部分組成：氣源系統、載氣干燥系統、飽和器系統、試驗腔、恒溫系統、溫度和壓力的測量與控制系統。飽和器是這些發生器結構的重要組成部分，是發生含有飽和水汽的濕空氣的裝置，因此，建立在發生飽和濕氣基礎上的各種恒濕氣體發生器，其性能與飽和器的效率密切相關。從發生器的工作原理，特點和適用的濕度范圍出發，飽和器可以設計成多種形式，主要有鼓泡式、噴霧式、塔板式、管式、離心式、“迷宮”式，基本結構見圖1。

1.2 GE 冷鏡式露點儀的原理與結構特點

1.2.1 GE 冷鏡式露點儀的原理

GE 冷鏡式露點儀主要由感應器、熱控制裝置和凝結物觀測裝置3部分組成。感應器是一個高度拋光的薄金屬鏡面，常用銀、鉑等材料制成，具有很強的光反射率和導熱率。為了保持鏡面清潔，GE 冷鏡式露點儀具有自動清潔功能，并且可以調節自動清潔的時間間隔。熱控制裝置由冷卻器和加熱器組成，用于調節鏡面溫度，產生或消除霜、露。凝結物觀測裝置是基于露點冷凝面對光的散射效應進行凝結物的檢測。

1.2.2 GE 冷鏡式露點儀的結構

GE 冷鏡式露點儀的濕敏探頭配備了1111H 型投入式和1311DR 型吸入式兩種。當測試點的溫度高于室溫時，必須采用投入式探頭。這是因為吸入式探頭使用時，濕度發生器產生的濕空氣要經過導氣管進入鏡面。在這個過程中，若室溫低于導氣管內濕空氣的露點，氣體在導氣管中會結露，造成露點儀無法正常工作。如果露點儀的導氣管管路具有自加熱功能，此時仍可使用吸入式探頭。低溫時，通常選取吸入式探頭。GE 冷鏡式露點儀有兩個探頭，一個為投入式探頭，另一個為吸入式探頭，通常在低于室溫時用吸入式探頭，高于室溫時用投入式探頭。

GE 冷鏡式露點儀正常工作有多種狀態，正常開機時會顯示“Initializing”,此時儀器進行初始化；之后會顯示“Balance”，此時儀器進行清除鏡面；正常工作時會顯示“Control”，此時儀器正常控制趨向于設定的環境露點溫度。

2 雙壓法濕度標準裝置故障分析與處理

2.1 雙壓法濕度發生器液位報警器常響

故障現象：雙壓法濕度發生器開機后發現液位報警器一直響，液位報警燈一直亮，但是儀器能夠正常工作。

故障分析：在加入介質使介質溢流后液位報警器仍響，排除了介質液位過低造成的液位報警器常響的可能，初步判斷是液位報警器不能正常上下浮動。雙壓法濕度發生器在較長時間不使用時，應將制冷恒溫槽中的介質放出，由于裝置長時間不使用，致使液位報警的浮子停在最下面，正常加入介質后，由于浮子生銹無法隨著介質液面的正常升高而上升，因此導致開機后液位報警器常響。

故障處理：打開發生器的頂部，找到液位報警器的浮子，撥動浮子使其能正常上下浮動，發現液位報警器不響了，故障得到排除。

2.2 GE 冷鏡式露點儀示值不穩定

故障現象：GE 冷鏡式露點儀在使用過程中，發現儀器的示值出現跳躍式變化，環境露點溫度從15 ℃能變化到140 ℃，動一下探頭后發現儀器又能正常工作了。

故障分析：在需要同時進行高溫（20 ℃）和低溫（-10 ℃及以下）的試驗時，可能需要更換GE 冷鏡式露點儀的探頭，由于探頭之間連接的導線受力，在進行插拔的時候，容易對導線進行影響，造成接頭處的導線松動，因此GE 冷鏡式露點儀的兩個探頭進行更換時，存在著很大的不便。初步分析現象，可能是GE 冷鏡式露點儀的接頭處線頭焊接虛焊，造成接觸不良，導致示值不穩定。

故障處理：對探頭的接頭處進行拆卸發現整個探頭處總共有15 根線，有一根導線明顯出現斷裂，在焊接好后開機發現露點儀的露點溫度不下降，此時環境溫度為26.8 ℃，而露點溫度高達140 ℃，因此判斷還有其他的線頭松動。在逐一排查每一根線的過程中，發現還有3 根線虛焊了，于是找到了GE 冷鏡式露點儀的說明書中接口處每一個點與每一根線的顏色的對應關系，將線焊接好開機后發現開機后露點儀能夠升溫了，此時環境溫度為26.8 ℃，而露點溫度一直升高，大于環境溫度，最高達約45 ℃，之后開機正常降溫，露點溫度低于環境溫度，升溫持續時間約5 min。

3 結語

上述故障現象是濕度測試檢定過程中經常容易出現的問題，本文通過分析、定位成功排除了這些故障。由于儀器性能和使用條件不盡相同，為保證儀器正常工作，給出以下幾點建議：

（1）設備要經常進行使用，長時間不使用時應進行維護。對于雙壓法濕度發生器的浮子等地方應進行潤滑。

（2）出現問題應結合原理及時找到問題的根源，進行初步嘗試，多與廠家進行溝通，獲得更多關于設備的一些技術資料。

（3）應熟練掌握所使用設備的一些技術特性，比如正常開機后儀器正常的特性，以免出現不能區分儀器是否故障的情況。對于GE 冷鏡式露點儀的使用，在更換探頭時，需兩個人同時進行，一人按住中間部分，另一人進行旋轉，輕輕拔出探頭進行更換。

隨著設備使用年限的增加，設備故障率也在增加，而故障維修工作紛繁復雜，這就需要把故障進行總結、分類，同一種類型的故障對應相應故障處理方法，這樣就能大大提高維修的時效性，當然本文所歸納的故障并不是濕度發生器標準裝置的所有故障，還需要在工作中不斷的更新。

[1] 趙士偉，王曉蕾，王朋朋，等．基于冷鏡式露點儀的濕度標準裝置測量不確定度評定[J]．氣象水文海洋儀器，2010，3(1):47-52．

[2] 李偉，賀曉雷，齊久成．氣象儀器及測試技術[M]．北京：氣象出版社，2010．

[3] 魏運芳，曹滿．冷鏡式露點儀測量中的若干問題[J]．計量與測試技術，2011，38(7):46-48.

[4] 蘇小勇，趙世軍，高太長，等．冷鏡式露點儀現狀及關鍵技術分析[J]．大氣與環境光學學報，2011，6(5):323-328．

[5] 沙奕卓, 付錫桂, 趙旭，等．雙壓法濕度發生器與分流法濕度發生器的差異分析[J]．氣象水文海洋儀器，2009，1(1):48-51．

[6] SYSD—1雙壓濕度發生器使用維護說明書.

[7] 王曉蕾，蘇騰，白曉剛．GE露點儀性能分析[J]．氣象科技，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.

劉波（1991—），男，湖南婁底人，碩士研究生，研究方向：測試計量與戰場環境檢測；

王曉蕾（1964—），女，浙江寧波人，教授，研究方向：軍事氣象計量與測試技術。