梅玉順，蔡 琨，許建照，酆愛國

(1. 揚州寶軍蘇北電子有限公司， 江蘇 揚州 225001；2. 中國船舶重工集團第七二三研究所， 江蘇 揚州 225001)

自動空氣干燥機干燥度的計算和測量*

梅玉順1，蔡 琨1，許建照1，酆愛國2

(1. 揚州寶軍蘇北電子有限公司， 江蘇 揚州 225001；2. 中國船舶重工集團第七二三研究所， 江蘇 揚州 225001)

自動空氣干燥機廣泛應(yīng)用于雷達等電子設(shè)備中，它的功能是對波導去濕，以保證饋線系統(tǒng)在潮濕環(huán)境中能正常工作[1]。干燥度是其主要技術(shù)指標，用露點表示。長期以來，生產(chǎn)廠家都靠觀察濕度顯示器內(nèi)硅膠顏色來檢驗干燥度，這顯然是不夠的，也不嚴謹，難以使用戶信服。經(jīng)過幾年摸索之后，干燥度計算和露點測量問題已基本解決。這對以往的技術(shù)指標是一次驗證，為未來的工作提供了理論基礎(chǔ)，對類似設(shè)計具有一定參考價值。文中將在介紹自動空氣干燥機工作原理的基礎(chǔ)上，敘述干燥度的計算和測量。

干燥度；絕對濕度；露點；相對濕度

引 言

某產(chǎn)品技術(shù)資料中沒有干燥度計算和測量方面的內(nèi)容，檢驗僅靠肉眼，變色硅膠呈藍色或淺藍色為合格，呈紅色或粉紅色為不合格。多年來，這一方法被各個生產(chǎn)廠家普遍采用。產(chǎn)品指標中的干燥度涉及空氣濕度和露點等氣象知識，查閱資料時除普通設(shè)計資料外，還須查閱環(huán)境試驗資料、氣象資料等，包括去地方氣象臺調(diào)研。氣象臺也只能提供環(huán)境氣溫下的資料，無法提供露點溫度-31 ℃以下的資料，而用來表示干燥度的露點溫度通常都很低，常用設(shè)計資料中也只有-20 ℃以上的數(shù)據(jù)。在解決問題的過程中，先是找到了水汽質(zhì)量密度和水汽分壓強即絕對濕度的換算方法，新近又找到了干燥度的計算方法。

1 自動空氣干燥機的工作原理

自動空氣干燥機是專為雷達等電子設(shè)備配套的小型氣源整機，其工作原理見圖1。

空氣壓縮機輸出的壓縮空氣氣溫可達120 ℃以上，此時壓縮空氣中的水分完全呈氣態(tài)[1]。當冷卻器將氣溫降至40 ℃以下時，水汽即成過飽和狀態(tài)，凝成小水滴，經(jīng)分水濾氣器分離出來。但此時壓縮空氣中仍殘留少許水分和雜質(zhì)，再經(jīng)干燥筒內(nèi)燒結(jié)銅珠和分子篩的過濾和吸附，最終使壓縮空氣達到輸出前的要求。

圖1 自動空氣干燥機工作原理圖

在整機工作過程中，兩個干燥筒輪流工作。當一個處于吸附水分的工作狀態(tài)時，另一個則處于減壓再生狀態(tài)。兩個干燥筒的工作時間由凸輪繼電器或定時轉(zhuǎn)換器自動控制，每30 s切換一次。壓力控制器控制整個氣路的工作狀態(tài)，當儲氣罐中的壓力達到預(yù)設(shè)的上限壓力時，讓壓縮機停止充氣；當儲氣罐中的壓力低于預(yù)設(shè)的下限壓力時，讓壓縮機恢復充氣。當干燥筒前的壓力過高時，空氣壓縮機輸出端的安全閥自動溢氣，確保氣路安全。此外，輸出壓力可調(diào)，輸出氣體的干燥度通過濕度顯示器監(jiān)視。

干燥筒是自動空氣干燥機的關(guān)鍵件，它的作用是：進一步干燥和凈化壓縮空氣；不斷使干燥劑分子篩再生，以維持干燥作用連續(xù)不斷。干燥筒中的燒結(jié)銅珠能過濾微小的顆粒和塵埃，分子篩即硅膠吸附劑可將壓縮空氣干燥到0.03 g/m3。干燥筒結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 干燥筒結(jié)構(gòu)圖

2 干燥度的含義

工程上，空氣干燥度用露點表示，即指該露點的水汽質(zhì)量密度(g/m3)。水汽密度又稱絕對濕度，由于不易測得，習慣上常用水汽分壓強來表示。因此，水汽密度ρ和水汽分壓強e均被稱為空氣的絕對濕度。其中露點的水汽密度ρb被用來表示干燥度。

2.1ρ和e的關(guān)系

ρ和e雖然都被稱作空氣的絕對濕度，但它們的物理意義不同，量綱也不一樣，其關(guān)系式為

式中：t為溫度，當以mmHg表示e、以g/m3表示ρ時，它們的值比較接近，當t=16.4 ℃時，兩者在數(shù)值上幾乎相等。了解這一點有以下益處：知道其中的一個數(shù)值也就大概知道另一個數(shù)值；計算時以此作參考，可以減少出錯。

2.2 空氣的含濕量

空氣的含濕量是指每千克質(zhì)量的干空氣中所混合的水汽的質(zhì)量(g/kg)[3]。它實際上是一個比值，跟空氣的相對濕度相似。干燥度(g/m3)與空氣的含濕量含義不同，不可混淆。空氣的含濕量也是一個常用的物理量，但它跟露點無關(guān)聯(lián)。

3 干燥度的計算

干燥度即為露點的絕對濕度，所謂露點的絕對濕度，這里是指濕空氣中水汽分壓強達到該濕度下水汽飽和壓強時的水汽密度，可按下式計算：

(1)

式中：Pb為飽和空氣中水汽分壓強，N/m2；Rs為水汽氣體常數(shù)，Rs=462.05 N·m/(kg·K)；T為熱力學溫度，K，T=273.1+t。Pb和e都是水汽分壓強，只是計量單位不同，e的計量單位是mmHg。

以露點-31℃為例，查表得飽和水汽分壓強Pb=0.465 mb(毫巴)，1 b(巴)=0.1×106N/m2，Pb=0.465×10-3×0.1×106N/m2，T=273.1-31=242.1 K，代入式(1)得：

4.157×10-4kg/m3≈0.42 g/m3

4 計算值與資料值比對

設(shè)計資料中沒有找到干燥度的計算公式，式(1)是依據(jù)干燥度的含義確定的。為慎重起見，特將能查到的資料值[4]與計算值進行比較，現(xiàn)摘其部分列于表1。

表1 資料值與計算值比較(部分)

從表1可以看出，干燥度計算值與該露點的飽和水汽密度資料值很接近。檢查差值較大的表項，不難發(fā)現(xiàn)問題出在Pb的取值上，兩種資料給出的數(shù)據(jù)有差異。比如露點為-20 ℃時，機械設(shè)計手冊[4]上Pb=0.000 1 MPa，氣象常用表[5]上e=1.30 mb≈0.000 13 MPa，兩者相差較多，計算結(jié)果也相差較多?？紤]到產(chǎn)生誤差尚有其他因素，有點差異當屬正常。另外，從干燥度的含義上去認識和理解，也能確定干燥度的計算方法沒有問題。由于資料上只有-20 ℃以上的飽和水汽密度數(shù)據(jù)，-20 ℃以下的露點干燥度無法比對。

5 干燥度與相對濕度

干燥度用露點表示，露點處相對濕度為100%。若此時氣溫回升，空氣中的水汽將不再飽和，相對濕度將逐漸變小。隨著溫度升高，對應(yīng)的相對濕度可通過計算得到一個大概的數(shù)值。相對濕度(RH)是指在一定溫度下空氣中實際水汽分壓強(e)與飽和水汽分壓強(E)的百分比：

RH=e/E×100%

相對濕度還可表示為空氣中實際所含水汽密度和同溫下飽和水汽密度的百分比[6]。下面以露點-31 ℃為起點，對升溫后相對濕度的變化進行計算：

已知：露點-31 ℃時，空氣中所含水汽密度Xb為0.42 g/m3，這是絕對濕度，不會因為溫度的變化而變化。當溫度由-31 ℃升至-20 ℃時，可查到同溫下飽和水汽密度為1.07 g/m3[4]，此時:

RH=Xb/ρb×100%=0.42/1.07×100%≈39%

用同樣的方法，不難算出其他溫度下的相對濕度。需要注意的是，計算過程中Xb=0.42 g/m3始終不變，在這里它被當作空氣中實際所含水汽密度?，F(xiàn)將10個溫度點的計算結(jié)果列于表2，僅供參考。

表2 10個溫度點的RH計算結(jié)果

6 干燥度的測量

干燥度測量屬于空氣濕度測量范疇。習慣上以露點-20 ℃為界，把所測氣體分為高濕度氣體和低濕度氣體，本文涉及的是低濕度氣體(即微量水)的測量。濕度測量的方法有很多種，但由于測量對象是露點，用露點儀自然最合適。露點可以簡單地理解為使空氣中水汽達到飽和狀態(tài)的溫度，一個露點對應(yīng)一個絕對濕度，準確恒定，因此露點溫度被用作度量空氣水分含量。

露點儀包括冷鏡式、電傳感器式、電解法、晶體振蕩式、紅外、半導體傳感器露點儀等。進口和國產(chǎn)的性能和價格相差懸殊。選擇時應(yīng)先考慮適用性，當然性價比也要考慮，質(zhì)檢部門選用的露點儀是HT-6292露點儀，這是一臺國產(chǎn)露點儀，滿足使用要求。

選擇露點儀后，干燥度的測量簡單易行：將露點儀的接口置入被測氣體的通路中，按下測露點的按鈕，露點溫度立即顯示出來。不同露點儀的測量方法會有所不同，可參考使用說明書介紹。

7 結(jié)束語

自動空氣干燥機干燥度計算的困難之處不在計算方面，而在于對干燥度的理解，在于缺乏相關(guān)資料如氣象資料。曾經(jīng)出現(xiàn)過這樣的情況：有絕對濕度計算公式的資料中沒有數(shù)據(jù)，有數(shù)據(jù)的資料中沒有計算公式，且字母代號和含義也不盡相同。這就要求從原理上去理解，綜合、計算、比對，直至確定。作為生產(chǎn)廠家，有了干燥度的測量方法，似乎干燥度計算就不那么重要了，其實并非如此。露點儀只能測得露點溫度，不能告知該露點的飽和水汽密度，有時用戶就是需要這個數(shù)據(jù)，因此計算是必要的。

[1] 許建照, 王驍, 倪剛亮, 等. 空氣干燥機冷卻器的熱計算及分析[J]. 艦船電子工程, 2010, 30(5): 201-204.

[2] 電工電子產(chǎn)品環(huán)境技術(shù)標準化技術(shù)委員會. 環(huán)境條件與實驗(環(huán)境實驗應(yīng)用指南)[M]. 北京: 中國標準出版社, 1990: 40.

[3] 左建民. 液壓與氣壓傳動[M]. 4版. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2009: 202-212.

[4] 成大先. 機械設(shè)計手冊(氣壓傳動)[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2004.

[5] 中央氣象局. 氣象常用表(第一號)[M]. 北京: 中央氣象局，1974: 251-252.

[6] 許建照, 趙莉, 酆愛國. 濕度、露點和干燥度[J]. 電子機械工程, 2009, 25(5): 25-27.

[7] 成大先. 機械設(shè)計手冊(常用設(shè)計資料)[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2004: 1-13.

[8] 梅玉順, 徐冬, 許建照, 等. 彈藥類物資倉儲技術(shù)的探索和實踐[J]. 艦船電子工程, 2012, 32(9): 132-134.

梅玉順(1962-)，男，工程師，主要從事電子信息方面的研究工作。

蔡 琨(1989-)，男，助理工程師，主要從事機械結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

許建照(1965-)，男，高級工程師，主要從事電路設(shè)計工作。

酆愛國(1942-)，男，高級工程師，主要從事機械結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

更 正

本刊2013年第2期第53頁的公式(1)：

Dryness Calculation and Measurement of the Automatic Air Drying Machine

MEI Yu-shun1，CAI Kun1，XU Jian-zhao1，F(xiàn)ENG Ai-guo2

(1.YangzhouBaojunSubeiCo.Ltd.，Yangzhou225001,China；2.The723rdResearchInstituteofCSIC,Yangzhou225001,China)

Automatic air drying machine is widely used in radar and other electronic equipment. It dries the waveguide to ensure that feeder system in damp environment can still work normally. Dryness is the main technical parameter that is represented by dew point. For a long time, manufacturers test dryness by observing the color of silica gel in humidity monitor. This is clearly not enough, also not precise. It is difficult to convince the customer. The problems about dryness calculation and dew point measurement are basically solved after several years′ research. This is a verification for previous technical parameter. It provides theoretical fundamentals for future work, and has some reference value for similar design. In this article, dryness calculation and measurement are discussed after introducing the working principle of automatic air drying machine.

dryness; absolute humidity; dew point; relative humidity

2012-12-10

P426.1

A

1008-5300(2013)03-0033-03