便攜式露點(diǎn)儀的原理介紹如下:
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(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)儀采用的是直接測量方法,在保證檢露準(zhǔn)確、鏡面制冷高效率和精密測量結(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。目前上zui高精度達(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(diǎn)單位制上設(shè)計的該類傳感器,構(gòu)成了電傳感器式露點(diǎn)分析儀。目前上zui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(diǎn)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(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紅外光譜吸收的特性,可以設(shè)計紅外式露點(diǎn)儀。該儀器很難測到低露點(diǎn),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(xiàng)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(diǎn)儀可測到-100℃露點(diǎn)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,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,zui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(diǎn)-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)鍵是怎樣精確測量干燥劑吸收的水分含量,因?yàn)橹苯訙y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(bǔ)了重量法的缺點(diǎn),測量量程可達(dá)-80℃以下,且精度較好,價格便宜;缺點(diǎn)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(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(diǎn),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(diǎn)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(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(diǎn)是測量量程可更低,甚至達(dá)-100℃,另一突出優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度非常快,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(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(bǔ)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。
選擇儀器
編輯
露點(diǎn)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??傮w原則如下:
1)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(diǎn)儀,國產(chǎn)的如武漢瑞恒工控的RHD-200,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(diǎn)儀,用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際量程和精度選用合適的產(chǎn)品。
2)企業(yè)基準(zhǔn)或?qū)嶒?yàn)室分析:如果測量準(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(diǎn)-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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)儀或新型的DS-2000在線露點(diǎn)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(diǎn);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系列露點(diǎn)儀,系我國*掌握核心部件氧化鋁阻容探頭技術(shù)的機(jī)構(gòu)。
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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)測量:我們知道空分行業(yè),一般要求水分含量很低,露點(diǎn)在-70℃以下(1ppm級別),原理上來說冷鏡式露點(diǎn)儀、電解法露點(diǎn)儀、薄膜露點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)儀(納米技術(shù))、Michell的DM系列露點(diǎn)儀,其他如SHAW和國產(chǎn)品牌的在低濕度環(huán)境下面就不太適用了。