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露点仪原理及露点仪产品选择

      本文从湿度量测的几种基本方案入手,分析了各自的优缺点和主要有代表性露点仪,重点从性能、价格、适用条件和操作的方便程度上向用户介绍如何选用合适的露点仪
一.引言
随着我国经济的高速发展,为了要得到高质量的产品或设备正常地运行,许多行业诸如石化、电力、电子、航空航天、冶金、纺织等对湿度量测的需要越来越高,因而,湿度量测已逐渐成为一个新兴的技术领域,在86年我国正式成立了湿度与水分专业委员会,并开展了多次学术交流会,湿度的一些计量检定规程也逐步建立。根据有关规程,湿度被定义为气中的水蒸气含量,常用单位有:克/升,PPM,mmHg,露点及相对湿度等。习惯上以露点-20℃为界把所测气分为高湿度气与低湿度气(即微量水),这里重点介绍低湿度气的量测。
二.湿度量测方案
根据国标GB11605-89《湿度量测方案》所著,湿度量测共有七种方案,这里不一一赘述。笔者重点对市场上流行的几种微量水量测方案及露点仪选型重新归类并简单介绍如下:
1.重量法:
是一种经典的量测方案。让所测样气流经某一干燥剂,其所含水分**燥剂吸收,精确称取干燥剂吸收的水分含量,与样气积之比即为样气的湿度。该方案的优点是精度高,蕞大允许误差可达0.1%;缺点是具体操作比较困难,尤其是必须得到足够量的吸收水质量(一般不小于0.6克),这对于低湿度气尤其困难,。因而该方案只适合于量测露点-32℃以上的气,可以说市场上纯粹利用该方案测湿度的仪表较少。
由以上分析可知,重量法的关键是怎样精确量测干燥剂吸收的水分含量,因为直接量测比较困难,由此衍生了两种间接量测吸收水含量的方案。
A.电解法:就是将干燥剂吸收的水分经电解池电解成氢气和氧气排出,电解电流的大小与水分含量成正比,通过检测该电流即可测得样气的湿度。该方案弥补了重量法的缺点,量测量程可达-80℃以下,且精度较好,价格便宜;缺点是电解池气路需要在使用前干燥很长时间,且对气的腐蚀性及清洁性需要较高。
B.振动频率法:就是将重量法中的干燥剂换用一种吸湿性的石英晶体,根据该晶体吸收水分质量不同时振动频率不同的特点,让样气和标准干燥气流经该晶体,因而产生不同的振动频率差△f1和△f2,计算两频率之差即可得到样气的湿度。该方案具有电解法一样的优点,且使用前勿须干燥。
2.冷镜法:
也是一种经典的量测方案。让样气流经露点冷镜室的冷凝镜,通过等压制冷,使得样气达到饱和结露状态(冷凝镜上有液滴析出),量测冷凝镜此时的温度即是样气的露点。该方案的主要优点是精度高,尤其在采用半导体制冷和光电检测技术后,不确定度甚至可达0.1℃;缺点是响应速度较慢,尤其在露点-60℃以下,平衡时间甚至达几个小时,而且此方案对样气的清洁性和腐蚀性需要也较高,否则会影响光电检测效果或产生‘伪结露’造成量测误差。该方案的典型厂家代表是及英国的密析尔MICHELL公司。一般应用在***湿度基准,企业基准或实验室分析,作为溯源的或对精度需要较高地方。
3.阻容法:
该传感器的工作原理非常简单,是基于水分的导电性。多孔的吸湿层如同“三明治”一样被夹在陶瓷基底上的两个导电层之间。吸收水分子后,吸湿活性层的导电特性就会发生变化。该露点传感器的表面导电层允许水分子自由通过进入吸湿活性层。吸湿活性层很薄,仅1微米厚(一微米=百万分之一米),而顶部的导电层厚度比1微米还要薄,这样,当周围环境的湿度发生变化的时候,传感器对湿度变化会做出极其快速的反应。另一突出优点是响应速度非常快,从干到湿响应一分钟可达90%,因而多用于现场和快速量测场合;缺点是精度一般,通常为±2℃,需要1-2年校验。
4相对湿度量测方案
该方案实际上是测试相对湿度和温度后换算成露点的,这类湿敏元件受环境温度影响较大,数据会随环境温度变化而变化,越接近相对湿度量测下限,越不稳定,在低湿度低露点应用,精度不理想,从湿度溯源的角度来看还是直接使用量测露点的产品比较好。
三.如何选择市场上主流仪表
露点仪(湿度仪表)量测的方案可谓五花八门,其性能与价格也相差悬殊,这就需要我们选用仪表时要谨慎小心,不但要考虑到性能和价格,还应该考虑到仪表使用的场合和所测气的种类及腐蚀性等。总体原则如下:
1)***湿度基准:考虑到需要量测准确度高,样气理想,一般应选用冷镜式露点仪,用户应根据实际量程和精度选用合适的产品。
2)企业基准或实验室分析:如果量测准确度需要较高,可选用冷镜法仪表,如果量程需要较低(露点-80℃以下)且气较清洁,可选用电解法仪。
3)现场检测:如果量测准确度需要较高,可选用冷镜法仪表(同上);如果需要量测速度快或气污染较重,蕞好选用阻容法仪表。

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