渗透法标准湿度发生器中渗透管的研制

　　0 引言

　　目前，在低湿测量领域，缺乏便携可靠的现场校准用标准湿度发生器。根据发生器原理，适用于低湿测量领域、现场校准、性能稳定、能满足一般工作仪器检定要求的工作标准[1]，可以采用内渗式渗透法标准湿度发生器。该发生器的核心部件是渗透管，本论文即是为此而开展工作的。

　　我们所研制的渗透管是一种结构简单、小巧、性能稳定、使用方便的微量水分发生源[2]，单支渗透管渗透率范围 8 ～ 90 μg/min。当载气流量为 0. 5 L/min 时，单渗透室发生器可输出露点温度范围为 - 55～ - 35℃ ，最大允许误差为 ± 0. 5℃ 。若为多渗透室发生器，可输出更宽的露点温度范围。渗透管渗透率标定时，将渗透管置入发生器的渗透室中，以整机形式，通过湿度标准器精密露点仪来标定，准确度高。

　　1 渗透管的设计

　　渗透管的设计主要包括渗透管材料的选择和渗透管外形的设计。

　　1. 1 渗透管材料的选择

　　将已知渗透率的渗透管置入湿度发生器的渗透室中，渗透管内装有蒸馏水，干气从外掠过，由于管内外水蒸气分压不同，水气由渗透管内向渗透管外渗透。渗透管渗出的水分，用经过预热的已知流量的干载气载带出来，混匀后，即成微量水分标准气体，其浓度 C 为

式中: q 为标定温度对应的渗透率，μg/min; V 为水气的摩尔体积，22. 41 L/mol; F 为干载气流量，L/min; M 为水的摩尔质量，18. 015 g / mol。

　　针对渗透管材料，选取高分子材料聚全氟乙丙烯(FEP)，该材料性能稳定，吸附效应小，具有化学惰性和良好的力学性能，耐热性好，无毒，不粘，易加工。FEP 的薄壁管材是透明的，随着壁厚的增加，材料的透明度会有所下降。

　　1. 2 渗透管外形设计

　　渗透管渗透率的理论公式为

式中: D 为渗透系数，kg/ (min·m·Pa); A 为渗透面积，m2;p 为水蒸气压强，理论值为 101325 Pa;L 为渗透管管壁厚度，m。渗透管的管壁厚度大于 1. 0 mm 时渗透率较小;壁厚小于 0. 2 mm 时强度不够，所以一般选择壁厚在0. 25 ～ 1. 0 mm 的渗透管。

　　渗透管材料和型号规格确定后，其渗透系数 D 也确定了。但由于氟塑料生产条件的差别、机械加工的公差、制做工艺和材料结构的不均匀性、封口时封口处融化程度不同等原因，同种材料和型号规格的渗透管，渗透率也会存在一定差异。所以，最初试验时，先根据现有的 FEP 材料，制作了一批各种厚度的渗透管，并采用不通气的称重法测量其渗透率，再根据渗透率和已知的渗透面积 A、壁厚 L，按公式 (2) 推算出对应的渗透系数 D，具体数据如表1 所示。