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露点测量原理及露点仪产品选型选择

日期:2020-05-25 23:04
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摘要:
 

露点测量原理及露点仪产品选型选择

本文从湿度测量的几种基本方法入手,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、纺织等对湿度测量的要求越来越高,因而,湿度测量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,湿度被定义为气体中的水蒸气含量,常用单位有:克/升,PPM,mmHg,露点及相对湿度等。习惯上以露点-20℃为界把所测气体分为高湿度气体与低湿度气体(即微量水),这里重点介绍低湿度气体的测量。

露点测量原理及露点仪产品选型选择二.湿度测量方法
根据国标GB11605-89《湿度测量方法》所著,湿度测量共有七种方法,这里不一一赘述。笔者重点对市场上流行的几种微量水测量方法及露点仪选型重新归类并简单介绍如下:

1.重量法:
是一种经典的测量方法。让所测样气流经某一干燥剂,其所含水分**燥剂吸收,**称取干燥剂吸收的水分含量,与样气体积之比即为样气的湿度。该方法的优点是精度高,*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),这对于低湿度气体尤其困难,。因而该方法只适合于测量露点-32℃以上的气体,可以说市场上纯粹利用该方法测湿度的仪器较少。
由以上分析可知,重量法的关键是怎样**测量干燥剂吸收的水分含量,因为直接测量比较困难,由此衍生了两种间接测量吸收水含量的方法。
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。该方法弥补了重量法的缺点,测量量程可达-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,且对气体的腐蚀性及清洁性要求较高。
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。该方法具有电解法一样的优点,且使用前勿须干燥。

2.冷镜法:
也是一种经典的测量方法。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),测量冷凝镜此时的温度即是样气的露点。该方法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,而且此方法对样气的清洁性和腐蚀性要求也较高,否则会影响光电检测效果或产生‘伪结露’造成测量误差。该方法的典型厂家代表是芬兰VAISALA维萨拉及英国的密析尔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要求较高地方。

3.阻容法:
该方法的典型厂家代表为芬兰VAISALA维萨拉公司及英国MICHELL公司的EASIDEW系列,采用陶瓷基底的表面镀金的氧化铝及C2TX微处理器。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测量场合;缺点是精度一般,通常为±2℃,需要1-2年校验。芬兰VAISALA及密析尔MICHELL便携式露点仪cermax可做到精度±1℃。

4相对湿度测量方法
该方法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,越接近相对湿度测量下限,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测量露点的产品比较好。

露点测量原理及露点仪产品选型选择三.如何选择市场上主流仪器
露点仪(湿度仪器)测量的方法可谓五花八门,其性能与价格也相差悬殊,这就要求我们选用仪器时要谨慎小心,不但要考虑到性能和价格,还应该考虑到仪器使用的场合和所测气体的种类及腐蚀性等。总体原则如下:
1)***湿度基准:考虑到要求测量准确度高,样气理想,一般应选用冷镜式露点仪,如美国英国MICHELL的S4000TRS,S8000.瑞士MBW公司DP30等露点仪,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:如果测量准确度要求较高,可选用冷镜法仪器,如,瑞士MBW公司的DP19或密析尔S4000,OPT,OPV;如果量程要求较低(露点-80℃以下)且气体较清洁,可选用电解法仪器,如美国Edgetech公司的1-C,杜邦公司的M303

3)现场检测:如果测量准确度要求较高,可选用冷镜法仪器(同上);如果要求测量速度快或气体污染较重,*好选用阻容法仪器,如芬兰VAISALA及英国密析尔MICHELL公司Easidew陶瓷基底阻容法测量范围-100~+20℃耐压可达30Mpa可连续在线监测。如果是防爆现场氢气天然气场合可以选择芬兰VAISALA及密析尔MICHELL公司本安型露点仪。
 

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