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各种露点湿度测量方法及其优缺点分析

更新时间:2024-04-29   点击次数:349次

测试原理
       湿度测量仪器从原理上可分为冷镜式、吸收电解式、电容式、薄膜电容式、电阻式、干湿球、机械式。其中吸收电解式微水仪、电容式露点仪一般用于低湿范围的测量,而电阻式、干湿球、机械式湿度计只能用于相对湿度的测量,冷镜式、薄膜电容式,湿度计则不仅能用于低湿的测量,还能用于中高湿,即相对湿度的测量。上述各种原理的仪器各有其优缺点。其中冷镜式露点仪是*准确、*可靠、*基本的测量方法,被广泛地用于标准传递,但其缺点是价格比较昂贵,并需要有经验的人操作及保养。

1.冷镜式露点仪 


测量原理 :

被测湿气进入露点测量室时掠过冷镜面,当镜面温度高于湿气的露点温度时,镜面呈干燥状态,此时光电检露装置中光源发出的光照在镜面上,几乎反射,由光电传感器感应到并输出光电信号,经控制回路比较、放大、驱动热电泵,对镜面致冷。当镜面温度降至湿气露点温度时,镜面上开始结露(霜),光照在镜面上出现漫反射,光电传感器感应到的反射信号随之减弱,此变化经控制回路比较、放大后调节热电泵激励,使其制冷功率适当减小后,镜面温度保持在样气露点温度上。镜面温度由一紧贴在冷镜面下方的铂电阻温度传感器感应,并显示在显示窗上。 
       目前世界上生产冷镜式露点仪的公司,例如欧伯特等公司均是采用这一原理,英国的MICHELL则是采用双光路检测系统,即同时对反射光及散射光进行检测, 
在测量过程中,随着温度的降低,被测气体中的水汽接近饱和状态,由于引力作用,水分子吸附在镜面上形成一层薄薄的水膜。这是形成露的阶段。当镜面温度继续下降时,水膜的厚度逐渐增加,这是形成露的阶段。在这一阶段内,自由表面对水分子的引力与水膜的表面张力之间的力量对比开始发生变化,后者的影响逐渐起支配作用。此时冷却表面上的任何不稳定的因素,例如镜面上的微小伤痕等,都会使水膜缩聚成液滴。随着镜面温度的进一步下降,露滴开始出现,通过显微镜可以看到孤立生长而且分布不规则的露滴,然后露层以很快的速度在表面上扩散,此时可以认为液-汽平衡开始,即达到露点。

 优缺点 
    优点:属基本测量,测量准确,并且仪器比较稳定无漂移,目前准确度*高的仪器可达±0.1℃。 
    缺点:价格较高,对操作人员的要求较高,并需进行维护。对污染物敏感。在-20℃~0℃范围内有时会有过冷水存在,因此要特别小心区分过冷水和霜。 


2、氧化铝电容式湿度计 

     测量原理、结构及应用范围 
该仪器形式繁多,例如便携式电池操作的、带微处理器可进行数据处理的、显示多参数的等等。但其本质是一个电容器,通过将一薄层孔状的氧化铝沉积在导电的基体上,然后再在氧化铝薄层上涂敷一层薄金。导电基体和金薄层就形成电容器的电极。水蒸气穿过金薄层被孔状的氧化铝吸收,这个电容器的阻抗与水分子个数,即水汽分压成一定的比例。通过测量该电容器的阻抗或电容可获得水汽分压,通过换算可得到露点值。 
位于铝和金电极之间的氧化铝薄层在10-3Pa(约相当于-110℃露点)到水的饱和汽压的整个范围内都有响应。由于其对水的强烈的亲和力,再加上水的较大的介电常数,使得这类仪器对水有高度的选择性,而对其它普通气体及有机气和液体没有响应。 

中高湿范围其准确度一般为±1~±2℃,低湿范围,比如-100℃时,准确度一般为±2~±3℃。该类传感器不与烃类气体、CO、CO2、含氯氟烃气体发生反应,但对于不同的气体其漂移不同。对于某些腐蚀性气体,例如氨、SO3以及氯,则会损坏传感器,因此应尽量避免。 


       2 .2使用注意事项 
这类仪器通常的测量范围为-110℃~+20℃。当被测露点较高时,会使得仪器产生较大的漂移。同时还需注意温度系数。由于其对水汽分压产生响应,因此应注意测量时气体总压的变化。 
避免灰尘、油污,测量时气体流量较大,一般为3~5(L/min),甚至更大。 

      2.3 优缺点 
    优点:较宽的响应范围,从1μL/L(ppmv)到80%RH,可以远程安装,可以现场使用,相对稳定,响应较快,温度系数较小,与流量变化无关,对水分有较高的选择性,可以在较宽的温度和压力范围内使用,日常维护量较小,体积小。 

    缺点:该方法是间接测量,在较高的温度下操作或某些气体会引起漂移,受腐蚀性气体的影响,必须定期校准以克服老化、滞后及污染。由于响应值非线性,因此需对每只传感器进行校准,不能通用。