在冬天,我們會(huì)看到一種常見(jiàn)現(xiàn)象,由于室外溫度較低,室內(nèi)較濕熱的空氣會(huì)在窗玻璃上結(jié)露,使窗玻璃模
糊一片。假如我們?cè)僮屑?xì)觀測(cè)并研究下去,如果在室內(nèi)開(kāi)啟除濕器,把室內(nèi)的濕氣逐步去除,那么盡管室外還是同樣的溫度,而我們會(huì)發(fā)現(xiàn)窗玻璃上的露水會(huì)慢慢消去,窗玻璃重又露出透明光潔的本質(zhì)。假如這時(shí)室外溫度下降了,那么溫度降到一定程度時(shí),盡管除濕器已使室內(nèi)空氣十分干燥,但在窗玻璃上仍會(huì)出現(xiàn)模糊的露層。這一現(xiàn)象說(shuō)明,玻璃上的結(jié)露溫度與玻璃所在的環(huán)境氣氛的含水量有關(guān),進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),這關(guān)系是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,即每一個(gè)結(jié)露溫度(我們稱之為露點(diǎn)溫度)對(duì)應(yīng)環(huán)境氣氛的一個(gè)含水量值。露點(diǎn)可以簡(jiǎn)單地理解為使氣體中水蒸汽含量達(dá)到飽和狀態(tài)的溫度,是表示氣體對(duì)濕度的方式之一;由此可見(jiàn),露點(diǎn)溫度是度量氣體水份含量的一種單位制。露點(diǎn)分析儀就是基于這種單位制而測(cè)量氣體中絕
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對(duì)水份含量的儀器。
綜上所述,露點(diǎn)儀測(cè)量的對(duì)象離不開(kāi)氣體,而相應(yīng)的氣體不外乎三個(gè)用途:動(dòng)力氣體、介質(zhì)氣體和環(huán)境氣體
動(dòng)力氣體作為一種動(dòng)力源,供給氣動(dòng)儀表和氣動(dòng)設(shè)備,廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域和有特殊防爆要求的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。
介質(zhì)氣體作為一種工藝介質(zhì),或參與工藝反應(yīng),或作為保護(hù)性氣體,或作為標(biāo)準(zhǔn)氣體,廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)中相應(yīng)的生產(chǎn)過(guò)程中環(huán)境氣體作為一種工藝環(huán)境,廣泛地應(yīng)用民用工業(yè)和軍事工業(yè)的相關(guān)工藝環(huán)境中。
露點(diǎn)儀為了要得到高質(zhì)量的產(chǎn)品或設(shè)備正常地運(yùn)行,許多行業(yè)諸如石化、電力、電子、航空航天、冶金、紡織等對(duì)濕度測(cè)量的要求越來(lái)越高,因而,濕度測(cè)量已逐漸成為一個(gè)新興的技術(shù)領(lǐng)域,在86年我國(guó)正式成立了濕度與水分專業(yè)委員會(huì),并開(kāi)展了多次學(xué)術(shù)交流會(huì),濕度的一些計(jì)量檢定規(guī)程也逐步建立。根據(jù)有關(guān)規(guī)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(diǎn)及相對(duì)濕度等。習(xí)慣上以露點(diǎn)-20℃為界把所測(cè)氣體分為高濕度氣體與低濕度氣體(即微量水),這里重點(diǎn)介紹低濕度氣體的測(cè)量。
鏡面式
不同水份含量的氣體在不同溫度下的鏡面上會(huì)結(jié)露。采用光電檢測(cè)技術(shù),檢測(cè)出露層并測(cè)量結(jié)露時(shí)的溫度,直接顯示露點(diǎn)。鏡面制冷的方法有:半導(dǎo)體制冷、液氮制冷和高壓空氣制冷。鏡面式露點(diǎn)儀采用的是直接測(cè)量方法,在保證檢露準(zhǔn)確、鏡面制冷高效率和精密測(cè)量結(jié)露溫度前提下,該種露點(diǎn)儀可作為標(biāo)準(zhǔn)露點(diǎn)儀使用。上高
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PRO-CON 12R |
精度達(dá)到±0.1℃(露點(diǎn)溫度),一般精度可達(dá)到±0.5℃以內(nèi)電傳感器式露點(diǎn)儀
采用親水性材料或憎水性材料作為介質(zhì),構(gòu)成電容或電阻,在含水份的氣體流經(jīng)后,介電常數(shù)或電導(dǎo)率發(fā)生相應(yīng)變化,測(cè)出當(dāng)時(shí)的電容值或電阻值,就能知道當(dāng)時(shí)的氣體水份含量。建立在露點(diǎn)單位制上設(shè)計(jì)的該類傳感器,構(gòu)成了電傳感器式露點(diǎn)分析儀。上高精度達(dá)到±1.0℃(露點(diǎn)溫度),一般精度可達(dá)到±3℃以內(nèi)。
電解法露點(diǎn)儀
利用五氧化二磷等材料吸濕后分解成極性分子,從而在電極上積累電荷的特性,設(shè)計(jì)出建立在對(duì)含濕量單位制上的電解法微水份儀。
晶體振蕩式露點(diǎn)儀
利用晶體沾濕后振蕩頻率改變的特性,可以設(shè)計(jì)晶體振蕩式露點(diǎn)儀。這是一項(xiàng)較新的技術(shù),尚處于不十分成熟的階段。國(guó)外有相關(guān)產(chǎn)品,但精度較差且成本很高。
紅外露點(diǎn)儀
利用氣體中的水份對(duì)紅外光譜吸收的特性,可以設(shè)計(jì)紅外式露點(diǎn)儀。該儀器很難測(cè)到低露點(diǎn),主要是紅外探測(cè)器的峰值探測(cè)率還不能達(dá)到微量水吸收的量級(jí),還有氣體中其他成份含量對(duì)紅外光譜吸收的干擾。但這是一項(xiàng)很新的技術(shù),對(duì)于環(huán)境氣體水份含量的非接觸式在線監(jiān)測(cè)具有重要的意義。
半導(dǎo)體傳感器
每個(gè)水分子都具有其自然振動(dòng)頻率,當(dāng)它進(jìn)入半導(dǎo)體晶格的空隙時(shí),就和受到充電激勵(lì)的晶格產(chǎn)生共振,其共振頻率
250612 |
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與水的摩爾數(shù)成正比。水分子的共振能使半導(dǎo)體結(jié)放出自由電子,從而使晶格的導(dǎo)電率增大,阻抗減小。利用這一特性設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體露點(diǎn)儀可測(cè)到-100℃露點(diǎn)的微量水份。
露點(diǎn)儀 重量法
是一種經(jīng)典的測(cè)量方法。讓所測(cè)樣氣流經(jīng)某一干燥劑,其所含水分被干燥劑吸收,精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,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(duì)于低濕度氣體尤其困難,必須加大樣氣流量,結(jié)果會(huì)導(dǎo)致測(cè)量時(shí)間和誤差增大(測(cè)得的濕度不是瞬時(shí)值)。因而該方法只適合于測(cè)量露點(diǎn)-32℃以上的氣體,可以說(shuō)市場(chǎng)上純粹利用該方法測(cè)濕度的儀器較少。
由以上分析可知,重量法的關(guān)鍵是怎樣精確測(cè)量干燥劑吸收的水分含量,因?yàn)橹苯訙y(cè)量比較困難,由此衍生了兩種間接測(cè)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(guò)檢測(cè)該電流即可測(cè)得樣氣的濕度。該方法彌補(bǔ)了重量法的缺點(diǎn),測(cè)量量程可達(dá)-80℃以下,且精度較好,價(jià)格便宜;缺點(diǎn)是電解池氣路需要在使用前干燥很長(zhǎng)時(shí)間,且對(duì)氣體的腐蝕性及清潔性要求較高。
振動(dòng)頻率法
就是將重量法中的干燥劑換
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Bremsbacken mit Bremsbelag für RT315? |
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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(shí)振動(dòng)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(dòng)頻率差△f1和△f2,計(jì)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(cè)量方法。讓樣氣流經(jīng)露點(diǎn)冷鏡室的冷凝鏡,通過(guò)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(cè)量冷凝鏡此時(shí)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(cè)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(shí)間甚至達(dá)幾個(gè)小時(shí),而且此方法對(duì)樣氣的清潔性和腐蝕性要求也較高,否則會(huì)影響光電檢測(cè)效果或產(chǎn)生‘偽結(jié)露’造成測(cè)量誤差。
阻容法
是一種不斷完善的濕度測(cè)量方法。利用一個(gè)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(cè)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(cè)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??欤瑥母傻綕耥憫?yīng)一分鐘可達(dá)90%,因而多用于現(xiàn)場(chǎng)和快
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速測(cè)量場(chǎng)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(gè)月必須校準(zhǔn)。該方法的典型廠家代表為英國(guó)Alpha濕度儀器公司,愛(ài)爾蘭的PANAMETRICS公司及美國(guó)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(guò)改變材料和提高工藝使得傳感器穩(wěn)定度大大提高,通過(guò)對(duì)傳感器響應(yīng)曲線的補(bǔ)償作到了飽和線性,解決了自動(dòng)校準(zhǔn)問(wèn)題。