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冷鏡式露點儀介紹
濕度測量儀器從原理上可分為冷鏡式、*吸收電解式、Al2O3電容式、薄膜電容式、電阻式、干濕球、機械式。其中*吸收電解式微水儀、Al2O3電容式露點儀一般用于低濕范圍的測量,而電阻式、干濕球、機械式濕度計只能用于相對濕度的測量,冷鏡式、薄膜電容式濕度計則不僅能用于低濕的測量,還能用于中高濕,即相對濕度的測量。上述各種原理的儀器各有其優(yōu)缺點。其中冷鏡式露點儀是Z準確、*、Z基本的測量方法,被廣泛地用于標準傳遞,但其缺點是價格比較昂貴,并需要有經(jīng)驗的人操作及保養(yǎng)。
冷鏡式露點儀
測量原理
被測濕氣進入露點測量室時掠過冷鏡面,當鏡面溫度高于濕氣的露點溫度時,鏡面呈干燥狀態(tài),此時光電檢露裝置中光源發(fā)出的光照在鏡面上,幾乎*反射,由光電傳感器感應到并輸出光電信號,經(jīng)控制回路比較、放大、驅動熱電泵,對鏡面致冷。當鏡面溫度降至濕氣露點溫度時,鏡面上開始結露(霜),光照在鏡面上出現(xiàn)漫反射,光電傳感器感應到的反射信號隨之減弱,此變化經(jīng)控制回路比較、放大后調(diào)節(jié)熱電泵激勵,使其制冷功率適當減小,Z后,鏡面溫度保持在樣氣露點溫度上。鏡面溫度由一緊貼在冷鏡面下方的鉑電阻溫度傳感器感應,并顯示在顯示窗上。
目前世界上生產(chǎn)冷鏡式露點儀的公司,例如英國MICHELL、芬蘭VAISALA、美國Edgetech等公司均是采用這一原理,英國的MICHELL則是采用雙光路檢測系統(tǒng)(產(chǎn)品),即同時對反射光及散射光進行檢測,芬蘭Vaisala則是利用聲波作檢測系統(tǒng)。
英國密析爾(MICHELL)儀表為Z大的濕度露點儀表生產(chǎn)廠家,在歐洲濕度檢測領域有過半的*,擁有超過35年的專業(yè)技術,開發(fā)一整套變送器、露點儀、校驗系統(tǒng)等產(chǎn)品,歐盟/美國國家標準實驗室全都是使用MICHELL產(chǎn)品作為標準儀器。我們英國密析爾(MICHELL)儀表在中國地區(qū)全程銷售技術提供商,咨詢產(chǎn)品。 MICHELL生產(chǎn)的冷鏡式露點儀性價比高于其他產(chǎn)品,2008年推出S8000新型冷鏡式露點儀,已經(jīng)得到各大電網(wǎng)公司以及電力試驗研究所所使用。在高溫(例如+35度以上)情況下穩(wěn)定性由于其他牌子,能夠穩(wěn)定測量-60度露點。
在測量過程中,隨著溫度的降低,被測氣體中的水汽接近飽和狀態(tài),由于引力作用,水分子吸附在鏡面上形成一層薄薄的水膜。這是形成露的*階段。當鏡面溫度繼續(xù)下降時,水膜的厚度逐漸增加,這是形成露的第二階段。在這一階段內(nèi),自由表面對水分子的引力與水膜的表面張力之間的力量對比開始發(fā)生變化,后者的影響逐漸起支配作用。此時冷卻表面上的任何不穩(wěn)定的因素,例如鏡面上的微小傷痕等,都會使水膜縮聚成液滴。隨著鏡面溫度的進一步下降,露滴開始出現(xiàn),通過顯微鏡可以看到孤立生長而且分布不規(guī)則的露滴,然后露層以很快的速度在表面上擴散,此時可以認為液-汽平衡開始,即達到露點。
鏡面結構
鏡面應憎水,具有良好的導熱性,還要耐磨、耐腐蝕,光學性能好。在過去曾使用金做鏡面,目前則主要使用銠做鏡面。
鏡面致冷
在過去曾使用過蒸發(fā)、機械致冷、液化氣體或干冰致冷、壓縮空氣致冷,目前Z常用的則是熱電致冷或熱電與機械致冷相結合(露點低于-60℃)。
熱電致冷又稱半導體致冷,帕爾貼致冷(來自其英文名稱Peltier)。其原理是當有一股直流電通過由兩種不同的金屬組成的NP元件時,熱量會從一種金屬傳遞到另一種金屬,正好與熱電偶測溫相反。因此當將帕爾帖的冷端與鏡面相連,其另一端作為散熱端時,便可將鏡面致冷。為了獲得不同程度的低溫可采用多級疊加的辦法。資料顯示,一般說來,假如室溫為25℃時,一級致冷時,冷熱端溫差可達55℃,二級致冷時冷熱端溫差可達75℃,四級致冷時冷熱端溫差可達105℃,五級致冷時冷熱端溫差可達120℃。不同公司的產(chǎn)品其致冷量也會有稍許的不同。熱端溫度越高,致冷效率越高,冷熱端溫差越大。為了降低冷端的溫度,通常會采用風冷、水冷及機械致冷來降低熱端的溫度。但也不是可以無限制地降低。需要注意的是其致冷能力并不能代表露點儀的測量范圍。露點儀的測量范圍的定義是鏡面上可以獲得穩(wěn)定的,具有一定厚度的露或霜層時鏡面的溫度,因此在一般的露/霜點下,其測量范圍一般比其致冷能力高5℃,在低霜點的情況下,一般高10℃~12℃。例如XX公司生產(chǎn)的DP19露點儀,當室溫為10℃時,其Z低測量范圍為-60℃,當室溫為20℃時,其Z低測量范圍為-55℃,當室溫為35℃時,其Z低測量范圍為-45℃,英國MICHELL公司新產(chǎn)品S8000,當室溫為40℃時,其Z低測量范圍仍保持為-60℃,比較穩(wěn)定。由于氫氣及氦氣的熱導率較高,因此其測量范圍會縮小幾度。當被測氣體的壓力增大,其測量范圍也會縮小,對于空氣和氮氣來說,在高于常壓的情況下,每增加1個大氣壓,其測量范圍降低0.67℃左右。
測溫裝置
目前絕大部分采用四線制鉑電阻測溫。鉑電阻感溫元件在相當寬的溫度范圍內(nèi)阻值 和溫度近于線性關系,精度高,穩(wěn)定性好,輸出信號較強,便于數(shù)字顯示。
取樣管路
由于大氣中的水含量都很高,并且水分子為極性分子,極易吸咐在管路內(nèi)壁或透過管路。因此在測量時氣路系統(tǒng)一定要密封好,管壁厚度至少為1mm,以防止外界環(huán)境水分侵入引入滲漏。假如測量環(huán)境溫度變化較大時,應再次檢查管路的密封。
如果被測氣體直接排放入大氣,應考慮大氣中的水分向測量系統(tǒng)內(nèi)部擴散的問題。Z常用的辦法是在排氣口接上一段適當長度的管子,其長度和管徑以不影響測量腔的壓力為原則。取樣管路要盡量短,盡可能減少接頭的數(shù)量和避免“死空間",以減少本底水分的干擾。取樣管路和測量腔內(nèi)壁力求干凈,光潔度要好,選用憎水性強的材料。從實驗結果我們可以得到如下選材順序:不銹鋼、PTFE、銅、聚乙烯,Z差的是尼龍和橡膠管,在低霜點測量中不應使用。另外在低霜點測量時,盡管使用內(nèi)拋光的不銹鋼管,管子外徑一般為6mm或1/4英寸。露點儀測量濕度時,流量范圍一般為0.25L/min~1L/min。在這一范圍內(nèi),流速的改變不會影響測量結果。
應用范圍
露點儀的測量范圍較廣,目前英國MICHELL公司開發(fā)的一系列露點儀的測量范圍已達到-95℃~70℃,可以滿足絕大多數(shù)的測量要求。
優(yōu)缺點
優(yōu)點:屬基本測量,測量準確,并且儀器比較穩(wěn)定無漂移,目前準確度Z高的儀器可達±0.1℃。
缺點:對操作人員的要求較高。
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