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露點儀概述

日期:2022-05-17 11:53
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摘要: 露點儀是能直接測出露點溫度的儀器。使一個鏡麵處在樣品濕空氣中降溫,直到鏡麵上隱現露滴(或冰晶)的瞬間,測出鏡麵平均溫度,即為露點(霜)溫度。它測濕精度高,但需光潔度很高的鏡麵,精度很高的溫控係統,以及靈敏度很高的露滴(冰晶)的光學探測係統。使用時必須使吸入樣本空氣的管道保持清潔,否則管道內的雜質將吸收或放出水分造成測量誤差。 在冬天,BOB天博平台會看到一種常見現象,由於室外溫度較低,室內較濕熱的空氣會在窗玻璃上結露,使窗玻璃模糊一片。假如BOB天博平台再仔細觀測並研究下去,如果在室內開啟除濕器,把室內...

露點儀是能直接測出露點溫度的儀器。使一個鏡麵處在樣品濕空氣中降溫,直到鏡麵上隱現露滴(或冰晶)的瞬間,測出鏡麵平均溫度,即為露點(霜)溫度。它測濕精度高,但需光潔度很高的鏡麵,精度很高的溫控係統,以及靈敏度很高的露滴(冰晶)的光學探測係統。使用時必須使吸入樣本空氣的管道保持清潔,否則管道內的雜質將吸收或放出水分造成測量誤差。

在冬天,BOB天博平台會看到一種常見現象,由於室外溫度較低,室內較濕熱的空氣會在窗玻璃上結露,使窗玻璃模糊一片。假如BOB天博平台再仔細觀測並研究下去,如果在室內開啟除濕器,把室內的濕氣逐步去除,那麽盡管室外還是同樣的溫度,而BOB天博平台會發現窗玻璃上的露水會慢慢消去,窗玻璃重又露出透明光潔的本質。假如這時室外溫度下降了,那麽溫度降到一定程度時,盡管除濕器已使室內空氣十分幹燥,但在窗玻璃上仍會出現模糊的露層。這一現象說明,玻璃上的結露溫度與玻璃所在的環境氣氛的含水量有關,進一步研究發現,這關係是一一對應關係,即每一個結露溫度(BOB天博平台稱之為露點溫度)對應環境氣氛的一個含水量值。露點可以簡單地理解為使氣體中水蒸汽含量達到飽和狀態的溫度,是表示氣體濕度的方式之一;由此可見,露點溫度是度量氣體水份含量的一種單位製。露點分析儀就是基於這種單位製而測量氣體中水份含量的儀器。
綜上所述,露點儀測量的對象離不開氣體,而相應的氣體不外乎三個用途:動力氣體、介質氣體和環境氣體
動力氣體作為一種動力源,供給氣動儀表和氣動設備,廣泛應用於工業領域和有特殊防爆要求的工業現場。
介質氣體作為一種工藝介質,或參與工藝反應,或作為保護性氣體,或作為標準氣體,廣泛地應用於現代工業中相應的生產過程中
環境氣體作為一種工藝環境,廣泛地應用民用工業和軍事工業的相關工藝環境中。
露點儀為了要得到高質量的產品或設備正常地運行,許多行業諸如石化、電力、電子、航空航天、冶金、紡織等對濕度測量的要求越來越高,因而,濕度測量已逐漸成為一個新興的技術領域,在86年我國正式成立了濕度與水分專業委員會,並開展了多次學術交流會,濕度的一些計量檢定規程也逐步建立。根據有關規程,濕度被定義為氣體中的水蒸氣含量,常用單位有:克/升,PPM,mmHg,露點及相對濕度等。習慣上以露點-20℃為界把所測氣體分為高濕度氣體與低濕度氣體(即微量水),這裏重點介紹低濕度氣體的測量。

濕度測量

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鏡麵式

不同水份含量的氣體在不同溫度下的鏡麵上會結露。采用光電檢測技術,檢測出露層並測量結露時的溫度,直接顯示露點。鏡麵製冷的方法有:半導體製冷、液氮製冷和高壓空氣製冷。鏡麵式露點儀采用的是直接測量方法,在保證檢露準確、鏡麵製冷高效率和精密測量結露溫度前提下,該種露點儀可作為標準露點儀使用。目前國際上*高精度達到±0.1℃(露點溫度),一般精度可達到±0.5℃以內電傳感器式露點儀
采用親水性材料或憎水性材料作為介質,構成電容或電阻,在含水份的氣體流經後,介電常數或電導率發生相應變化,測出當時的電容值或電阻值,就能知道當時的氣體水份含量。建立在露點單位製上設計的該類傳感器,構成了電傳感器式露點分析儀。目前國際上*高精度達到±1.0℃(露點溫度),一般精度可達到±3℃以內。
電解法露點儀
利用五氧化二磷等材料吸濕後分解成極性分子,從而在電極上積累電荷的特性,設計出建立在含濕量單位製上的電解法微水份儀。
晶體振蕩式露點儀
利用晶體沾濕後振蕩頻率改變的特性,可以設計晶體振蕩式露點儀。這是一項較新的技術,尚處於不十分成熟的階段。國外有相關產品,但精度較差且成本很高。

紅外露點儀

利用氣體中的水份對紅外光譜吸收的特性,可以設計紅外式露點儀。該儀器很難測到低露點,主要是紅外探測器的峰值探測率還不能達到微量水吸收的量級,還有氣體中其他成份含量對紅外光譜吸收的幹擾。但這是一項很新的技術,對於環境氣體水份含量的非接觸式在線監測具有重要的意義。

半導體傳感器

每個水分子都具有其自然振動頻率,當它進入半導體晶格的空隙時,就和受到充電激勵的晶格產生共振,其共振頻率與水的摩爾數成正比。水分子的共振能使半導體結放出自由電子,從而使晶格的導電率增大,阻抗減小。利用這一特性設計的半導體露點儀可測到-100℃露點的微量水份。

重量法

是一種經典的測量方法。讓所測樣氣流經某一幹燥劑,其所含水分**燥劑吸收,**稱取幹燥劑吸收的水分含量,與樣氣體積之比即為樣氣的濕度。該方法的優點是精度高,*大允許誤差可達0.1%;缺點是具體操作比較困難,尤其是必須得到足夠量的吸收水質量(一般不小於0.6克),這對於低濕度氣體尤其困難,必須加大樣氣流量,結果會導致測量時間和誤差增大(測得的濕度不是瞬時值)。因而該方法隻適合於測量露點-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,重量法的關鍵是怎樣**測量幹燥劑吸收的水分含量,因為直接測量比較困難,由此衍生了兩種間接測量吸收水含量的方法。

電解法

就是將幹燥劑吸收的水分經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。該方法彌補了重量法的缺點,測量量程可達-80℃以下,且精度較好,價格便宜;缺點是電解池氣路需要在使用前幹燥很長時間,且對氣體的腐蝕性及清潔性要求較高。采用該方法的儀器較多,典型的是美國Edgetech 公司的1-C型微水儀和杜邦公司的M303及國產的USI係列產品。

振動頻率法

就是將重量法中的幹燥劑換用一種吸濕性的石英晶體,根據該晶體吸收水分質量不同時振動頻率不同的特點,讓樣氣和標準幹燥氣流經該晶體,因而產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點,且使用前勿須幹燥。典型代表儀器是英國Michell的QMA係列、美國AMETEK公司的560B。

冷鏡法

也是一種經典的測量方法。讓樣氣流經露點冷鏡室的冷凝鏡,通過等壓製冷,使得樣氣達到飽和結露狀態(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。該方法的主要優點是精度高,尤其在采用半導體製冷和光電檢測技術後,不確定度甚至可達0.1℃;缺點是響應速度較慢,尤其在露點-60℃以下,平衡時間甚至達幾個小時,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生‘偽結露’造成測量誤差。該方法的典型廠家代表是及英國Michell公司,美國General Eastern公司及瑞士MBW公司等。

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,表麵氧化成一層超薄的氧化鋁薄膜,其外鍍一層多空的網狀金膜,金膜與鋁棒之間形成電容,由於氧化鋁薄膜的吸水特性,導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。該方法的主要優點是測量量程可更低,甚至達-100℃,另一突出優點是響應速度非常快,從幹到濕響應一分鍾可達90%,因而多用於現場和快速測量場合;缺點是精度較差,不確定度多為±2~3℃。老化和漂移嚴重,使用3~6個月必須校準。該方法的典型廠家代表為英國Alpha濕度儀器公司,愛爾蘭的PANAMETRICS公司及美國的XENTAUR公司。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定度大大提高,通過對傳感器響應曲線的補償作到了飽和線性,解決了自動校準問題。代表產品為英國Michell的Easidew係列,采用陶瓷基底的氧化鋁電容及C2TX微處理器。

選擇儀器

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露點儀(濕度儀器)測量的方法可謂五花八門,其性能與價格也相差懸殊,這就要求BOB天博平台選用儀器時要謹慎小心,不但要考慮到性能和價格,還應該考慮到儀器使用的場合和所測氣體的種類及腐蝕性等。總體原則如下:
1)濕度基準:考慮到要求測量準確度高,樣氣理想,一般應選用冷鏡式露點儀,國產的如武漢瑞恒工控的RHD-200,進口的如美國Edgetech公司1500,美國GE公司的M3,英國Michell的S4000TRS,或瑞士MBW公司DP30等露點儀,用戶應根據實際量程和精度選用合適的產品。
2)企業基準或實驗室分析:如果測量準確度要求較高,可選用冷鏡法儀器,如,美國Edgetech公司的RH-CAL和1500(性價比很高);英國Michell公司的S4000係列產品或瑞士MBW公司的DP19;如果量程要求較低(露點-80℃以下)且氣體較清潔,可選用電解法儀器,如美國Edgetech公司的1-C,杜邦公司的M303。
3)現場檢測:如果測量準確度要求較高,可選用冷鏡法儀器(同上);如果要求測量速度快或氣體汙染較重,*好選用阻容法儀器,如美國菲美特公司的DPT500/600便攜式露點儀;英國Michell的MDM300便攜表、英國Systech、英國Alpha濕度儀器公司的SADPmini手持式露點儀或美國XENTAUR公司的XPDM等。
4)連續在線監測:如果精度要求不太高,可選用阻容法儀器,如美國菲美特公司的DPT810係列;英國Michell的Easidew係列、英國Systech、英國Alpha濕度儀器公司的DS-1000在線露點儀或新型的DS-2000在線露點儀,以及美國XENTAUR公司的XDT型,它們共同具有價格低且安裝調試方便的特點;如果精度要求較高,可選用美國AMETEK公司的560B或冷鏡式儀表。如果需要精度高且貼近中國市場價格需求的有原中科院上海冶金所的LJ係列露點儀,係我國掌握核心部件氧化鋁阻容探頭技術的機構。
5)天然氣防爆測量:在石化和天然氣行業,BOB天博平台都要求防爆處理,所以需要有特定本安防爆的露點儀,比如美國菲美特公司的DPT900及DPT910(天然氣在線分析係統);GE的PM8800係列露點儀、Michell的DM係列等等,他們都是針對石化天然氣的解決方案。
6)氣體空分行業露點測量:BOB天博平台知道空分行業,一般要求水分含量很低,露點在-70℃以下(1ppm級別),原理上來說冷鏡式露點儀、電解法露點儀、薄膜露點儀都沒法對低於-80℃的氣體進行測量,所以還是選擇電容法原理的露點儀比較合適,目前做的比較好的如美國菲美特的DPT500/600係列露點儀(納米技術)、Michell的DM係列露點儀,其他如SHAW和國產品牌的在低濕度環境下麵就不太適用了。

微水儀

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英國SYSTECH公司 SYSTECH-ILLINOIS INSTRUMENTS
MM400 阻容法 -80~0℃ ±3℃ 價格適中 現場測量
MM300 電解法 -100~20℃ 價格適中 在線測試
英國MICHELL公司
Easidew 陶瓷基底阻容法-100~+20℃ ±2℃ 價格適低 方便快速 實驗室或現場苯胺防爆
EPR-IS 同上 價格適中 方便快速 實驗室或現場 本安防爆
MDM300 同上 價格適中 方便快速 實驗室或現場
Optidew Vision 冷鏡法 -24~+90℃ 價格適中 相對濕度標準 標準計量
S4000 TRS 冷鏡法 - 100~+20℃ 價格高 低露點標準 標準計量
QMA2030 晶體振蕩技術 0.5~1000ppm(V)顯示,價格適中,實驗室分析等
美國MEECO公司
AQUAVOLT露點儀
Waterboy 2 便攜式濕度分析儀
日本神榮鏡麵冷卻式Dew Star係列露點儀 -35~+50℃ ±0.2℃ 價格較高 標準計量
MBW公司DP19露點儀
美國GE公司
M3,M4 冷鏡法 -80~+80℃ ±0.15℃ 價格高 標準計量
美國Edgetech公司
M300 冷鏡法 -75~+75℃ 0.15℃ 價格高 標準計量
2000係列 -50~+80℃ 價格高 實驗室或現場
V-係列 -50~+80℃ 價格較高 在線測量
1-C 電解法 0~500ppm ±5% 價格較高 實驗室或現場
瑞士MBW公司
DP19 冷鏡法 -60~+20℃ ±0.2℃ 價格昂貴 實驗室或現場
DP30 -100~+20℃ ±0.1℃ 價格昂貴 標準計量
美國杜邦公司
M303 電解法 0~1000ppm ±5% 價格較高 實驗室或現場
美國AMTEK公司
560B 振動頻率法 0~1000ppm ±5% 價格較高 在線測量
愛爾蘭PANAMETRICS
美國Xautaur公司
XPDM 阻容法 -100~+20℃ ±3℃ 價格較高 現場或實驗室CDT 在線測量

測量注意

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鏡麵汙染對露點測量的影響
在露點測量中,鏡麵汙染是一個突出的問題,其影響主要表現在兩個方麵;一是拉烏爾效應,二是改變鏡麵本底放射水平。拉烏爾效應是由水溶性物質造成的。如果被測氣體中攜帶這種物質(一般是可溶性鹽類)則鏡麵提前結露,使測量結果產生正偏差。若汙染物是不溶於水的微粒,如灰塵等,則會增加本底的散射水平,從而使光電露點儀發生零點漂移。此外,一些沸點比水低的容易冷凝的物質(例如有機物)的蒸氣,不言而喻將對露點的測量產生幹擾。因此,無論任何一種類型的露點儀都應防止汙染鏡麵。一般說來,工業流程氣體分析汙染的影響是比較嚴重的。但即使是在純氣的測量中鏡麵的汙染亦會隨時間增加而積累。
測量條件的選擇
在露點儀的設計中要著重考慮直接影響結露過程熱質交換的各種因素,這個原則同樣適用於自動化程度不太高的露點儀器操作條件的選擇。這裏主要討論鏡麵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。因此當氣流通過露點室時必然要影響體係的傳熱和傳質過程。當其它條件固定時,加大流速將有利於氣流和鏡麵之間的傳質。特別是在進行低霜點測量時,流速應適當提高,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。這對製冷功率比較小的熱電製冷露點儀尤為明顯。流速太大還會導致露點室壓力降低而流速的改變又將影響體係的熱平衡。所以在露點測量中選擇適當的流速是必要的,流速的選擇應視製冷方法和露點室的結構而定。一般的流速範圍在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入露點室之前進行預冷處理。
2.在露點測量中鏡麵降溫速度的控製是一個重要問題,對於自動光電露點儀是由設計決定的,而對於手控製冷量的露點儀則是操作中的問題。因為冷源的冷卻點、測溫點和鏡麵間的熱傳導有一個過程並存在一定的溫度梯度。所以熱慣性將影響結露(霜)的過程和速度,給測量結果帶來誤差。這種情況又隨使用的測溫元件不同而異,例如由於結構關係,鉑電阻感溫元件的測量點與鏡麵之間的溫度梯度比較大,熱傳導速度也比較慢,從而使測溫和結露不能同步進行。而且導致露層的厚度無法控製。這對目視檢露來說將產生負誤差。
3.另一個問題是降溫速度太快可能造成“過冷”。BOB天博平台知道,在一定條件下,水汽達到飽和狀態時,液相仍然不出現,或者水在零度以下時仍不結冰,這種現象稱為過飽和或“過冷”。對於結露 (或霜)過程來說,這種現象往往是由於被測氣體和鏡麵非常幹淨,乃至缺少足夠數量的凝結核心而引起的。Suomi在實驗中發現,如果一個高度拋光的鏡麵並且其幹淨程度合乎化學要求,則露的形成溫度要比真實的露點溫度低幾度。過冷現象是短暫的,共時間長短和露點或霜點溫度有關。這種現象可以通過顯微鏡觀察出來。解決的辦法之一是重複加熱和冷卻鏡麵的操作,直到這種現象消除為止。另一個解決辦法是直接利用過冷水的水汽壓數據。並且這樣作恰恰與氣象係統低於零度時的相對濕度定義相吻合。

儀器特點:

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1、多種輸出參數:顯示多種濕度參數,比如露點/霜點溫度、相對濕度、ppmv(濕氣體積/幹氣體積)和環境溫度
2、測量數據在LCD顯示屏上以數字或圖形的方式顯示,通過一個按鍵就能把輸出的讀數轉變為即時的圖形
3、易於使用的用戶界麵,固定鍵指的是圖形、保持/儲存和記錄鍵
4、可以記錄現場數據,*多可達 2700 點,可配有的MI70聯接Windows軟件程序
5、結構輕巧而堅固,有防水和防塵的外殼保護,能在極端惡劣的環境穩定地使用,適合各種場合
6、電池能使儀表長時間在戶外使用。