压缩系数对双压法标准湿度发生器结果的影响

　　0 引言

　　双压法标准湿度发生器因具有湿度准确度高、量程范围宽、反应速度快，操作简单可靠等特点而被世界各国广泛用作湿度国家标准，有的甚至替代重量法湿度基准用于日常的湿度量值传递。经典的双压法计算公式是基于道尔顿定律和理想气体方程推导而得，未考虑实际气体压缩系数的影响。尽管在相当宽的温度范围内，压缩系数的影响都非常小，在实际应用中难于检测到，但是在低温情况下，它对发生器露点结果产生一定影响，若需要得到更高的准确度，有必要对其进行修正。

　　1 工作原理

　　双压法的工作原理是：将高压载气(氮气或压缩空气)通入一定温度下的饱和器，并在饱和器中维持一定的压力，使其成为该温度、压力下的饱和湿体，然后通过减压阀(膨胀阀)减压后送到同一温度(温度也可不同)下的试验室，由于温度和压力均发生变化，气体变为非饱和气体，得到具有一定相对湿度和露点的气体。基本原理示意如图1所示。

　　图1. 双压标准湿度发生器基本原理图

　　上图中，在未考虑气体压缩系数的前提下，测试室中产生的标准湿气的相对湿度和露点经典表达式分别为：

　　式中： H为发生的相对湿度，%RH;

　　Td为发生的露点，℃DP;

　　Ps为饱和器压力，Pa;

　　Pc 为测试室压力，Pa;

　　Ts为饱和器温度，℃;

　　Tc为测试室温度，℃;

　　e为饱和水蒸气压力;

　　f 为增强因子;

　　2 新计算公式

　　一股湿气从饱和器进入测试室过程中，其所含的水蒸汽摩尔数不变，根据气体状态方程：

　　式中，nv为水蒸汽摩尔数;

　　Pv为饱和器中水蒸汽分压力，Pa;

　　Vs为饱和器中气体体积;

　　Ts为饱和器温度，℃;

　　R为气体常数;

　　zv为饱和水蒸汽在温度Ts时的压缩系数;

　　P’v为测试室中水蒸汽分压力，Pa;

　　Tc为测试室温度，℃;

　　Vc为测试室中气体体积;

　　z’v为饱和水蒸汽在温度Td时(相当于压力Pc、温度Tc、湿度H)的压缩系数;

　　同理，对于该股湿气，总摩尔数不变，根据气体状态方程：

　　式中，n为湿气总摩尔数，n = na +nv ，其中na为干载气摩尔数;

　　Ps为饱和器压力，Pa;

　　Pc为测试室压力，Pa;

　　zs为饱和湿气在压力Ps、温度Ts时的压缩系数;

　　zc为湿气在压力Pc、温度Tc、湿度为H时的压缩系数;