[发明专利]一种谐振式露点测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种谐振式露点测量方法，它利用石英晶体微天平即QCM(Quartz Crystal Microbalance)原理对露点进行识别，从而达到露点温度的测量，属于空气状态参数测量技术领域。

背景技术

空气湿度是表示大气中水汽含量多少的物理量，简称湿度，通常用混合比、比湿、绝对湿度、水汽压、相对湿度和露点温度等参量来表示。随着经济与社会的发展，对湿度测量准确度的要求在不断提高，但由于湿度受气温、气压的影响较大，至今全温域、全量程下的湿度测量仍是世界上大气探测领域的主要难题之一。

目前测湿仪器种类繁多，从原理上可以划分为称重法、热力学方法、吸湿法、光学法、凝结法等。其中，称重法测量精(准确)度最高，但仪器体积庞大、结构复杂、操作繁琐。热力学测湿法以台站常用的干湿表为代表，测量准确度较高，操作简便，但干湿表在低温情况下，相对湿度变化所对应的干湿球温度差变化很小，导致低温时测湿误差较大。吸湿法可分为机械形变类和电学类两类，此类仪器结构简单、使用方便，但滞后系数大，精度不高。光学法利用水汽对光辐射或者电磁波吸收衰减作用来测定水汽含量，如红外湿度计，微波湿度计等，需要经常进行校准，目前仅限于科研中。

基于凝结法的露点仪在全量程范围内线性度较好，即使在低温条件下，也能达到相当高的准确度，是目前唯一一种可以在全温度量程内达到较高准确度的测湿仪器。最早由法国人Regnault于1819年研制，经过近两百年的发展不断改进成熟，已成为今后测湿仪器发展的主要方向。

基于凝结法的露点测量其关键技术在于露点的探测与识别。目前主要的露点识别技术有光电法、声波法以及图像识别法。美国GE公司研制的光电精密露点仪、瑞士MBW公司生产的精密露点仪以及英国的MICHELL仪器公司生产的系列精密露点仪等均是基于露点冷凝面对光的散射效应来控制和生成露点。芬兰Vaisala公司推出的DM系列露点仪则是采用高灵敏度的声波代替光信号进行露点探测。Weremczuk以及解放军理工大学气象学院都研究了新型显微成像式露点传感器，利用光学CCD(电容藕合器件)对镜面生成露/霜前后图像的差异进行检测。通过高倍的光学CCD实时检测镜面图像，图像采集电路将镜面图像传输给上位机，通过图像处理和检测程序，实现对露点的检测和判别。

发明内容

1、目的：本发明的目的是为了提供一种谐振式露点测量方法，它能够快速准确的获取当前温度下的环境露点从而对环境的湿度程度做出评判。本方法具有测量方法简单、灵敏度高、可靠性好、成本低的优点。

2、技术方案：本发明一种谐振式露点测量方法，该方法的工作原理如下：

1959年Sauerbrey发明了石英晶体微天平，其测量极限能达到10^-6kg。石英晶体微天平是一种质量到频率的转换器，它可以把石英晶体电极上面极小质量的改变转换为可测量的振动频率的改变。后期Kanazawa等提出了著名的Kanazawa-Gordon方程，即在液相环境中晶体的谐振频率变化满足：

Δf=-f1.5nη1ρ1/πμqρq---(1)]]>

其中f为基频，n为谐波次数，η₁和ρ₁为流体的粘度和密度，μ_q和ρ_q为石英晶体的剪切模量和密度，这给液体中QCM测量提供了理论依据。本发明就是依据QCM原理，对石英晶片进行有效制冷使其表面达到凝结，由于结露造成了石英晶片电极表面的质量改变，所以可以通过测量石英晶体的谐振频率以达到对露点的识别，同时测取频率改变时刻的石英晶片表面温度，这个温度就是所需要测量的露点温度。