您好, 歡迎來到化工儀器網(wǎng)! 登錄| 免費注冊| 產(chǎn)品展廳| 收藏商鋪|
當(dāng)前位置:深圳溫濕度傳感器技術(shù)有限公司>>技術(shù)文章>>露點儀知識及應(yīng)用
鏡面式
不同水份含量的氣體在不同溫度下的鏡面上會結(jié)露。采用光電檢測技術(shù),檢測出露層并測量結(jié)露時的溫度,直接顯示露點。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。鏡面式露點儀采用的是直接測量方法,在保證檢露準(zhǔn)確、鏡面制冷率和精密測量結(jié)露溫度前提下,該種露點儀可作為標(biāo)準(zhǔn)露點儀使用。目前上zui高精度達(dá)到±0.1℃(露點溫度),一般精度可達(dá)到±0.5℃以內(nèi)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(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,測出當(dāng)時的電容值或電阻值,就能知道當(dāng)時的氣體水份含量。建立在露點單位制上設(shè)計的該類傳感器,構(gòu)成了電傳感器式露點分析儀。目前上zui高精度達(dá)到±1.0℃(露點溫度),一般精度可達(dá)到±3℃以內(nèi)。
電解法露點儀
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)計出建立在含濕量單位制上的電解法微水份儀。
晶體振蕩式露點儀
利用晶體沾濕后振蕩頻率改變的特性,可以設(shè)計晶體振蕩式露點儀。這是一項較新的技術(shù),尚處于不十分成熟的階段。國外有相關(guān)產(chǎn)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(shè)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(dá)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干擾。但這是一項很新的技術(shù),對于環(huán)境氣體水份含量的非接觸式在線監(jiān)測具有重要的意義。
半導(dǎo)體傳感器
每個水分子都具有其自然振動頻率,當(dāng)它進(jìn)入半導(dǎo)體晶格的空隙時,就和受到充電激勵的晶格產(chǎn)生共振,其共振頻率與水的摩爾數(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)計的半導(dǎo)體露點儀可測到-100℃露點的微量水份。
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,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)點是精度高,zui大允許誤差可達(dá)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(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-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)鍵是怎樣測量干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。該方法彌補了重量法的缺點,測量量程可達(dá)-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干燥很長時間,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(chǎn)的USI系列產(chǎn)品。
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,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,且使用前勿須干燥。典型代表儀器是英國Michell的QMA系列、美國AMETEK公司的560B。
冷鏡法
也是一種經(jīng)典的測量方法。讓樣氣流經(jīng)露點冷鏡室的冷凝鏡,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。該方法的主要優(yōu)點是精度高,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℃;缺點是響應(yīng)速度較慢,尤其在露點-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。該方法的典型廠家代表是及英國Michell公司,美國GeneralEastern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)點是測量量程可更低,甚至達(dá)-100℃,另一突出優(yōu)點是響應(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)。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(wěn)定度大大提高,通過對傳感器響應(yīng)曲線的補償作到了飽和線性,解決了自動校準(zhǔn)問題。代表產(chǎn)品為英國Michell的Easidew系列,采用陶瓷基底的氧化鋁電容及C2TX微處理器。
行業(yè)應(yīng)用
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,這就要求我們選用儀器時要謹(jǐn)慎小心,不但要考慮到性能和價格,還應(yīng)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(zhǔn):考慮到要求測量準(zhǔn)確度高,樣氣理想,一般應(yīng)選用冷鏡式露點儀,進(jìn)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(yīng)根據(jù)實際量程和精度選用合適的產(chǎn)品。
2)企業(yè)基準(zhǔn)或?qū)嶒炇曳治觯喝绻麥y量準(zhǔn)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系列產(chǎn)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(xiàn)場檢測:如果測量準(zhǔn)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污染較重,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(xù)在線監(jiān)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系列;英國Michell的Easidew系列、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(diào)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。
5)天然氣防爆測量:在石化和天然氣行業(yè),我們都要求防爆處理,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(天然氣在線分析系統(tǒng));GE的PM8800系列露點儀、Michell的DM系列等等,他們都是針對石化天然氣的解決方案。
6)氣體空分行業(yè)露點測量:我們知道空分行業(yè),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于-80℃的氣體進(jìn)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系列露點儀(納米技術(shù))、Michell的DM系列露點儀。
測量注意
鏡面污染對露點測量的影響
在露點測量中,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,從而使光電露點儀發(fā)生零點漂移。此外,一些沸點比水低的容易冷凝的物質(zhì)(例如有機(jī)物)的蒸氣,不言而喻將對露點的測量產(chǎn)生干擾。因此,無論任何一種類型的露點儀都應(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儀尤為明顯。流速太大還會導(dǎo)致露點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)入露點室之前進(jìn)行預(yù)冷處理。
2.在露點測量中鏡面降溫速度的控制是一個重要問題,對于自動光電露點儀是由設(shè)計決定的,而對于手控制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。Suomi在實驗中發(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的露點溫度低幾度。過冷現(xiàn)象是短暫的,共時間長短和露點或霜點溫度有關(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。
請輸入賬號
請輸入密碼
請輸驗證碼
以上信息由企業(yè)自行提供,信息內(nèi)容的真實性、準(zhǔn)確性和合法性由相關(guān)企業(yè)負(fù)責(zé),化工儀器網(wǎng)對此不承擔(dān)任何保證責(zé)任。
溫馨提示:為規(guī)避購買風(fēng)險,建議您在購買產(chǎn)品前務(wù)必確認(rèn)供應(yīng)商資質(zhì)及產(chǎn)品質(zhì)量。