在線式露點(diǎn)儀測量原理

      重量法是一種經(jīng)典的測量方法。讓所測樣氣流經(jīng)某一干燥劑，其所含水分被干燥劑吸收，準(zhǔn)確稱取干燥劑吸收的水分含量，與樣氣體積之比即為樣氣的濕度。

       該方法的優(yōu)點(diǎn)是精度高，最大允許誤差可達(dá)0.1%；缺點(diǎn)是具體操作比較困難，尤其是必須得到足夠量的吸收水質(zhì)量（一般不小于0.6克），這對于低濕度氣體尤其困難，必須加大樣氣流量，結(jié)果會導(dǎo)致測量時間和誤差增大（測得的濕度不是瞬時值）。因而該方法只適合于測量露點(diǎn)-32℃以上的氣體，可以說市場上純粹利用該方法測濕度的儀器較少。

       由以上分析可知，重量法的關(guān)鍵是怎樣準(zhǔn)確測量干燥劑吸收的水分含量，因?yàn)橹苯訙y量比較困難，由此衍生了兩種間接測量吸收水含量的方法。 電解法 就是將干燥劑吸收的水分經(jīng)電解池電解成氫氣和氧氣排出，電解電流的大小與水分含量成正比，通過檢測該電流即可測得樣氣的濕度。該方法彌補(bǔ)了重量法的缺點(diǎn)，測量量程可達(dá)-80℃以下，且精度較好，價格便宜；缺點(diǎn)是電解池氣路需要在使用前干燥很長時間，且對氣體的腐蝕性及清潔性要求較高。 振動頻率法 就是將重量法中的干燥劑換用一種吸濕性的石英晶體，根據(jù)該晶體吸收水分質(zhì)量不同時振動頻率不同的特點(diǎn)，讓樣氣和標(biāo)準(zhǔn)干燥氣流經(jīng)該晶體，因而產(chǎn)生不同的振動頻率差△f1和△f2，計算兩頻率之差即可得到樣氣的濕度。該方法具有電解法一樣的優(yōu)點(diǎn)，且使用前勿須干燥。

     冷鏡法 也是一種經(jīng)典的測量方法。讓樣氣流經(jīng)露點(diǎn)冷鏡室的冷凝鏡，通過等壓制冷，使得樣氣達(dá)到飽和結(jié)露狀態(tài)（冷凝鏡上有液滴析出），測量冷凝鏡此時的溫度即是樣氣的露點(diǎn)。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是精度高，尤其在采用半導(dǎo)體制冷和光電檢測技術(shù)后，不確定度甚至可達(dá)0.1℃；缺點(diǎn)是響應(yīng)速度較慢，尤其在露點(diǎn)-60℃以下，平衡時間甚至達(dá)幾個小時，而且此方法對樣氣的清潔性和腐蝕性要求也較高，否則會影響光電檢測效果或產(chǎn)生“偽結(jié)露”造成測量誤差。

       阻容法 是一種不斷完善的濕度測量方法。利用一個高純鋁棒，表面氧化成一層超薄的氧化鋁薄膜，其外鍍一層多空的網(wǎng)狀金膜，金膜與鋁棒之間形成電容，由于氧化鋁薄膜的吸水特性，導(dǎo)致電容值隨樣氣水分的多少而改變，測量該電容值即可得到樣氣的濕度。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是測量量程可更低，甚至達(dá)-100℃，另一突出優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度非?？?，從干到濕響應(yīng)一分鐘可達(dá)90%，因而多用于現(xiàn)場和快速測量場合；缺點(diǎn)是精度較差，不確定度多為±2～3℃。老化和漂移嚴(yán)重，使用3~6個月必須校準(zhǔn)。但隨著各廠家的不斷努力，該方法正在逐漸得到完善，例如，通過改變材料和提高工藝使得傳感器穩(wěn)定度大大提高，通過對傳感器響應(yīng)曲線的補(bǔ)償作到了飽和線性，解決了自動校準(zhǔn)問題。注意事項(xiàng) 鏡面污染對露點(diǎn)測量的影響 在露點(diǎn)測量中，鏡面污染是一個突出的問題，其影響主要表現(xiàn)在兩個方面；一是拉烏爾效應(yīng)，二是改變鏡面本底放射水平。拉烏爾效應(yīng)是由水溶性物質(zhì)造成的。如果被測氣體中攜帶這種物質(zhì)(一般是可溶性鹽類)則鏡面提前結(jié)露，使測量結(jié)果產(chǎn)生正偏差。若污染物是不溶于水的微粒，如灰塵等，則會增加本底的散射水平，從而使光電露點(diǎn)儀發(fā)生零點(diǎn)漂移。此外，一些沸點(diǎn)比水低的容易冷凝的物質(zhì)(例如有機(jī)物)的蒸氣，不言而喻將對露點(diǎn)的測量產(chǎn)生干擾。因此，無論任何一種類型的露點(diǎn)儀都應(yīng)防止污染鏡面。

      一般說來，工業(yè)流程氣體分析污染的影響是比較嚴(yán)重的。但即使是在純氣的測量中鏡面的污染亦會隨時間增加而積累。 測量條件的選擇 在露點(diǎn)儀的設(shè)計中要著重考慮直接影響結(jié)露過程熱質(zhì)交換的各種因素，這個原則同樣適用于自動化程度不太高的露點(diǎn)儀器操作條件的選擇。這里主要討論鏡面降溫速度和樣氣流速問題。

1、被測氣體的溫度通常都是室溫。因此當(dāng)氣流通過露點(diǎn)室時必然要影響體系的傳熱和傳質(zhì)過程。當(dāng)其它條件固定時，加大流速將有利于氣流和鏡面之間的傳質(zhì)。特別是在進(jìn)行低霜點(diǎn)測量時，流速應(yīng)適當(dāng)提高，以加快露層形成速度，但是流速不能太大，否則會造成過熱問題。這對制冷功率比較小的熱電制冷露點(diǎn)儀尤為明顯。流速太大還會導(dǎo)致露點(diǎn)室壓力降低而流速的改變又將影響體系的熱平衡。所以在露點(diǎn)測量中選擇適當(dāng)?shù)牧魉偈潜匾?，流速的選擇應(yīng)視制冷方法和露點(diǎn)室的結(jié)構(gòu)而定。一般的流速范圍在0.4~0.7L﹒min-1之間。為了減小傳熱的影響，可考慮在被測氣體進(jìn)入露點(diǎn)室之前進(jìn)行預(yù)冷處理。

2、在露點(diǎn)測量中鏡面降溫速度的控制是一個重要問題，對于自動光電露點(diǎn)儀是由設(shè)計決定的，而對于手控制冷量的露點(diǎn)儀則是操作中的問題。因?yàn)槔湓吹睦鋮s點(diǎn)、測溫點(diǎn)和鏡面間的熱傳導(dǎo)有一個過程并存在一定的溫度梯度。所以熱慣性將影響結(jié)露(霜)的過程和速度，給測量結(jié)果帶來誤差。這種情況又隨使用的測溫元件不同而異，例如由于結(jié)構(gòu)關(guān)系，鉑電阻感溫元件的測量點(diǎn)與鏡面之間的溫度梯度比較大，熱傳導(dǎo)速度也比較慢，從而使測溫和結(jié)露不能同步進(jìn)行。而且導(dǎo)致露層的厚度無法控制。這對目視檢露來說將產(chǎn)生負(fù)誤差。

3、另一個問題是降溫速度太快可能造成“過冷”。我們知道，在一定條件下，水汽達(dá)到飽和狀態(tài)時，液相仍然不出現(xiàn)，或者水在零度以下時仍不結(jié)冰，這種現(xiàn)象稱為過飽和或“過冷”。對于結(jié)露 (或霜)過程來說，這種現(xiàn)象往往是由于被測氣體和鏡面非常干凈，乃至缺少足夠數(shù)量的凝結(jié)核心而引起的。

      rotronic在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，如果一個高度拋光的鏡面并且其干凈程度合乎化學(xué)要求，則露的形成溫度要比真實(shí)的露點(diǎn)溫度低幾度。過冷現(xiàn)象是短暫的，共時間長短和露點(diǎn)或霜點(diǎn)溫度有關(guān)。這種現(xiàn)象可以通過顯微鏡觀察出來。解決的辦法之一是重復(fù)加熱和冷卻鏡面的操作，直到這種現(xiàn)象消除為止。另一個解決辦法是直接利用過冷水的水汽壓數(shù)據(jù)。并且這樣作恰恰與氣象系統(tǒng)低于零度時的相對濕度定義相吻合。