自动空气干燥机干燥度的计算和测量*

梅玉顺，蔡 琨，许建照，酆爱国

(1. 扬州宝军苏北电子有限公司， 江苏 扬州 225001；2. 中国船舶重工集团第七二三研究所， 江苏 扬州 225001)

自动空气干燥机干燥度的计算和测量*

梅玉顺1，蔡 琨1，许建照1，酆爱国2

(1. 扬州宝军苏北电子有限公司， 江苏 扬州 225001；2. 中国船舶重工集团第七二三研究所， 江苏 扬州 225001)

自动空气干燥机广泛应用于雷达等电子设备中，它的功能是对波导去湿，以保证馈线系统在潮湿环境中能正常工作[1]。干燥度是其主要技术指标，用露点表示。长期以来，生产厂家都靠观察湿度显示器内硅胶颜色来检验干燥度，这显然是不够的，也不严谨，难以使用户信服。经过几年摸索之后，干燥度计算和露点测量问题已基本解决。这对以往的技术指标是一次验证，为未来的工作提供了理论基础，对类似设计具有一定参考价值。文中将在介绍自动空气干燥机工作原理的基础上，叙述干燥度的计算和测量。

干燥度；绝对湿度；露点；相对湿度

引 言

某产品技术资料中没有干燥度计算和测量方面的内容，检验仅靠肉眼，变色硅胶呈蓝色或浅蓝色为合格，呈红色或粉红色为不合格。多年来，这一方法被各个生产厂家普遍采用。产品指标中的干燥度涉及空气湿度和露点等气象知识，查阅资料时除普通设计资料外，还须查阅环境试验资料、气象资料等，包括去地方气象台调研。气象台也只能提供环境气温下的资料，无法提供露点温度-31 ℃以下的资料，而用来表示干燥度的露点温度通常都很低，常用设计资料中也只有-20 ℃以上的数据。在解决问题的过程中，先是找到了水汽质量密度和水汽分压强即绝对湿度的换算方法，新近又找到了干燥度的计算方法。

1 自动空气干燥机的工作原理

自动空气干燥机是专为雷达等电子设备配套的小型气源整机，其工作原理见图1。

空气压缩机输出的压缩空气气温可达120 ℃以上，此时压缩空气中的水分完全呈气态[1]。当冷却器将气温降至40 ℃以下时，水汽即成过饱和状态，凝成小水滴，经分水滤气器分离出来。但此时压缩空气中仍残留少许水分和杂质，再经干燥筒内烧结铜珠和分子筛的过滤和吸附，最终使压缩空气达到输出前的要求。

图1 自动空气干燥机工作原理图

在整机工作过程中，两个干燥筒轮流工作。当一个处于吸附水分的工作状态时，另一个则处于减压再生状态。两个干燥筒的工作时间由凸轮继电器或定时转换器自动控制，每30 s切换一次。压力控制器控制整个气路的工作状态，当储气罐中的压力达到预设的上限压力时，让压缩机停止充气；当储气罐中的压力低于预设的下限压力时，让压缩机恢复充气。当干燥筒前的压力过高时，空气压缩机输出端的安全阀自动溢气，确保气路安全。此外，输出压力可调，输出气体的干燥度通过湿度显示器监视。

干燥筒是自动空气干燥机的关键件，它的作用是：进一步干燥和净化压缩空气；不断使干燥剂分子筛再生，以维持干燥作用连续不断。干燥筒中的烧结铜珠能过滤微小的颗粒和尘埃，分子筛即硅胶吸附剂可将压缩空气干燥到0.03 g/m3。干燥筒结构见图2。

图2 干燥筒结构图

2 干燥度的含义

工程上，空气干燥度用露点表示，即指该露点的水汽质量密度(g/m3)。水汽密度又称绝对湿度，由于不易测得，习惯上常用水汽分压强来表示。因此，水汽密度ρ和水汽分压强e均被称为空气的绝对湿度。其中露点的水汽密度ρb被用来表示干燥度。

2.1ρ和e的关系

ρ和e虽然都被称作空气的绝对湿度，但它们的物理意义不同，量纲也不一样，其关系式为

式中：t为温度，当以mmHg表示e、以g/m3表示ρ时，它们的值比较接近，当t=16.4 ℃时，两者在数值上几乎相等。了解这一点有以下益处：知道其中的一个数值也就大概知道另一个数值；计算时以此作参考，可以减少出错。

2.2 空气的含湿量

空气的含湿量是指每千克质量的干空气中所混合的水汽的质量(g/kg)[3]。它实际上是一个比值，跟空气的相对湿度相似。干燥度(g/m3)与空气的含湿量含义不同，不可混淆。空气的含湿量也是一个常用的物理量，但它跟露点无关联。

3 干燥度的计算

干燥度即为露点的绝对湿度，所谓露点的绝对湿度，这里是指湿空气中水汽分压强达到该湿度下水汽饱和压强时的水汽密度，可按下式计算：

(1)

式中：Pb为饱和空气中水汽分压强，N/m2；Rs为水汽气体常数，Rs=462.05 N·m/(kg·K)；T为热力学温度，K，T=273.1+t。Pb和e都是水汽分压强，只是计量单位不同，e的计量单位是mmHg。

以露点-31℃为例，查表得饱和水汽分压强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 计算值与资料值比对

设计资料中没有找到干燥度的计算公式，式(1)是依据干燥度的含义确定的。为慎重起见，特将能查到的资料值[4]与计算值进行比较，现摘其部分列于表1。

表1 资料值与计算值比较(部分)

从表1可以看出，干燥度计算值与该露点的饱和水汽密度资料值很接近。检查差值较大的表项，不难发现问题出在Pb的取值上，两种资料给出的数据有差异。比如露点为-20 ℃时，机械设计手册[4]上Pb=0.000 1 MPa，气象常用表[5]上e=1.30 mb≈0.000 13 MPa，两者相差较多，计算结果也相差较多。考虑到产生误差尚有其他因素，有点差异当属正常。另外，从干燥度的含义上去认识和理解，也能确定干燥度的计算方法没有问题。由于资料上只有-20 ℃以上的饱和水汽密度数据，-20 ℃以下的露点干燥度无法比对。

5 干燥度与相对湿度

干燥度用露点表示，露点处相对湿度为100%。若此时气温回升，空气中的水汽将不再饱和，相对湿度将逐渐变小。随着温度升高，对应的相对湿度可通过计算得到一个大概的数值。相对湿度(RH)是指在一定温度下空气中实际水汽分压强(e)与饱和水汽分压强(E)的百分比：

RH=e/E×100%

相对湿度还可表示为空气中实际所含水汽密度和同温下饱和水汽密度的百分比[6]。下面以露点-31 ℃为起点，对升温后相对湿度的变化进行计算：

已知：露点-31 ℃时，空气中所含水汽密度Xb为0.42 g/m3，这是绝对湿度，不会因为温度的变化而变化。当温度由-31 ℃升至-20 ℃时，可查到同温下饱和水汽密度为1.07 g/m3[4]，此时:

RH=Xb/ρb×100%=0.42/1.07×100%≈39%

用同样的方法，不难算出其他温度下的相对湿度。需要注意的是，计算过程中Xb=0.42 g/m3始终不变，在这里它被当作空气中实际所含水汽密度。现将10个温度点的计算结果列于表2，仅供参考。

表2 10个温度点的RH计算结果

6 干燥度的测量

干燥度测量属于空气湿度测量范畴。习惯上以露点-20 ℃为界，把所测气体分为高湿度气体和低湿度气体，本文涉及的是低湿度气体(即微量水)的测量。湿度测量的方法有很多种，但由于测量对象是露点，用露点仪自然最合适。露点可以简单地理解为使空气中水汽达到饱和状态的温度，一个露点对应一个绝对湿度，准确恒定，因此露点温度被用作度量空气水分含量。

露点仪包括冷镜式、电传感器式、电解法、晶体振荡式、红外、半导体传感器露点仪等。进口和国产的性能和价格相差悬殊。选择时应先考虑适用性，当然性价比也要考虑，质检部门选用的露点仪是HT-6292露点仪，这是一台国产露点仪，满足使用要求。

选择露点仪后，干燥度的测量简单易行：将露点仪的接口置入被测气体的通路中，按下测露点的按钮，露点温度立即显示出来。不同露点仪的测量方法会有所不同，可参考使用说明书介绍。

7 结束语

自动空气干燥机干燥度计算的困难之处不在计算方面，而在于对干燥度的理解，在于缺乏相关资料如气象资料。曾经出现过这样的情况：有绝对湿度计算公式的资料中没有数据，有数据的资料中没有计算公式，且字母代号和含义也不尽相同。这就要求从原理上去理解，综合、计算、比对，直至确定。作为生产厂家，有了干燥度的测量方法，似乎干燥度计算就不那么重要了，其实并非如此。露点仪只能测得露点温度，不能告知该露点的饱和水汽密度，有时用户就是需要这个数据，因此计算是必要的。

[1] 许建照, 王骁, 倪刚亮, 等. 空气干燥机冷却器的热计算及分析[J]. 舰船电子工程, 2010, 30(5): 201-204.

[2] 电工电子产品环境技术标准化技术委员会. 环境条件与实验(环境实验应用指南)[M]. 北京: 中国标准出版社, 1990: 40.

[3] 左建民. 液压与气压传动[M]. 4版. 北京: 机械工业出版社, 2009: 202-212.

[4] 成大先. 机械设计手册(气压传动)[M]. 北京: 化学工业出版社, 2004.

[5] 中央气象局. 气象常用表(第一号)[M]. 北京: 中央气象局，1974: 251-252.

[6] 许建照, 赵莉, 酆爱国. 湿度、露点和干燥度[J]. 电子机械工程, 2009, 25(5): 25-27.

[7] 成大先. 机械设计手册(常用设计资料)[M]. 北京: 化学工业出版社, 2004: 1-13.

[8] 梅玉顺, 徐冬, 许建照, 等. 弹药类物资仓储技术的探索和实践[J]. 舰船电子工程, 2012, 32(9): 132-134.

梅玉顺(1962-)，男，工程师，主要从事电子信息方面的研究工作。

蔡 琨(1989-)，男，助理工程师，主要从事机械结构设计工作。

许建照(1965-)，男，高级工程师，主要从事电路设计工作。

酆爱国(1942-)，男，高级工程师，主要从事机械结构设计工作。

更 正

本刊2013年第2期第53页的公式(1)：

Dryness Calculation and Measurement of the Automatic Air Drying Machine

MEI Yu-shun1，CAI Kun1，XU Jian-zhao1，FENG 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