露点仪
露点仪是指能直接测出露点温度的仪器,有叫做气体水分检测仪、气体露点仪、露点湿度仪、精密露点仪、智能微水仪、气体水分仪等。
露点仪是指能直接测出露点温度的仪器,有叫做气体水分检测仪、气体露点仪、露点湿度仪、精密露点仪、智能微水仪、气体水分仪。广泛应用于电厂、冶金、科研、卫生检疫、粮食仓储、医疗器械、环境实验等生产过程,适合各种类酸碱气体的测量,不受氢气、六氟化硫、二氧化碳、甲烷、氧气等气体的影响。
使一个镜面处在样品湿空气中降温,直到镜面上隐现露滴(或冰晶)的瞬间,测出镜面平均温度,即为露点(霜)温度。它测湿精度高,但需光洁度很高的镜面,精度很高的温控系统,以及灵敏度很高的露滴(冰晶)的光学探测系统。使用时必须使吸入样本空气的管道保持清洁,否则管道内的杂质将吸收或放出水分造成测量误差。
在冬天,我们会看到一种常见现象,由于室外温度较低,室内较湿热的空气会在窗玻璃上结露,使窗玻璃模糊一片。假如我们再仔细观测并研究下去,如果在室内开启除湿器,把室内的湿气逐步去除,那么尽管室外还是同样的温度,而我们会发现窗玻璃上的露水会慢慢消去,窗玻璃重又露出透明光洁的本质。
假如这时室外温度又下降了,那么温度降到一定程度时,尽管除湿器已使室内空气十分干燥,但在窗玻璃上仍会出现模糊的露层。这一现象说明,玻璃上的结露温度与玻璃所在的环境气氛的含水量有关。进一步研究发现,这关系是一一对应关系,即每一个结露温度(我们称之为露点温度)对应环境气氛的一个含水量值。
露点可以简单地理解为使气体中水蒸汽含量达到饱和状态的温度,是表示气体绝对湿度的方式之一;由此可见,露点温度是度量气体水分含量的一种单位制。露点分析仪就是基于这种单位制而测量气体中绝对水分含量的仪器。
综上所述,露点仪测量的对象离不开气体,而相应的气体不外乎三个用途:动力气体、介质气体和环境气体。
动力气体作为一种动力源,供给气动仪表和气动设备,广泛应用于工业领域和有特殊防爆要求的工业现场。
介质气体作为一种工艺介质,或参与工艺反应,或作为保护性气体,或作为标准气体,广泛地应用于现代工业中相应的生产过程中环境气体作为一种工艺环境,广泛地应用民用工业和军事工业的相关工艺环境中。
露点仪的诞生是企业为了要控制气体中的水分含量,企业要得到高质量的产品或使设备正常地运行,在许多诸如石化、电力、电子、航空航天、冶金、纺织等行业,必须对湿度严格控制,而随着科技的进步,产品质量越来越高,对适度的要求随之也越来越高。
因而,湿度测量已逐渐成为一个新兴的技术领域,在86年我国正式成立了湿度与水分专业委员会,并开展了多次学术交流会,湿度的一些计量检定规程也逐步建立。根据有关规程,湿度被定义为气体中的水蒸气含量,常用单位有:克/升,PPm,mmHg,露点及相对湿度等。习惯上以露点-20℃为界,把所测气体分为高湿度气体与低湿度气体(即微量水),这里重点介绍低湿度气体的测量。
不同水分含量的气体在不同温度下的镜面上会结露。采用光电检测技术,检测出露层并测量结露时的温度,直接显示露点。镜面制冷的方法有:半导体制冷、液氮制冷和高压空气制冷。镜面式露点仪采用的是直接测量方法,在保证检露准确、镜面制冷高效率和精密测量结露温度前提下,该种露点仪可作为标准露点仪使用。国际上最高精度达到±0.1℃(露点温度),一般精度可达到±0.5℃以内。
采用亲水性材料或憎水性材料作为介质,构成电容或电阻,在含水分的气体流经后,介电常数或电导率发生相应变化,测出当时的电容值或电阻值,就能知道当时的气体水分含量。建立在露点单位制上设计的该类传感器,构成了电传感器式露点分析仪。国际上最高精度达到±1.0℃(露点温度),一般精度可达到±3℃以内。
利用五氧化二磷等材料吸湿后分解成极性分子,从而在电极上积累电荷的特性,设计出建立在绝对含湿量单位制上的电解法微水分仪。
利用晶体沾湿后振荡频率改变的特性,可以设计晶体振荡式露点仪。这是一项较新的技术,尚处于不十分成熟的阶段。国外有相关产品,但精度较差且成本很高。
利用气体中的水分对红外光谱吸收的特性,可以设计红外式露点仪。该仪器很难测到低露点,主要是红外探测器的峰值探测率还不能达到微量水吸收的量级,还有气体中其他成份含量对红外光谱吸收的干扰。但这是一项很新的技术,对于环境气体水分含量的非接触式在线监测具有重要的意义。
每个水分子都具有其自然振动频率,当它进入半导体晶格的空隙时,就和受到充电激励的晶格产生共振,其共振频率与水的摩尔数成正比。水分子的共振能使半导体结放出自由电子,从而使晶格的导电率增大,阻抗减小。利用这一特性设计的半导体露点仪可测到-100℃露点的微量水分。
是一种经典的测量方法。让所测样气流经某一干燥剂,其所含水分被干燥剂吸收,精确称取干燥剂吸收的水分含量,与样气体积之比即为样气的湿度。该方法的优点是精度高,最大允许误差可达0.1%;缺点是具体操作比较困难,尤其是必须得到足够量的吸收水质量(一般不小于0.6克),这对于低湿度气体尤其困难,必须加大样气流量,结果会导致测量时间和误差增大(测得的湿度不是瞬时值)。因而该方法只适合于测量露点-32℃以上的气体,可以说市场上纯粹利用该方法测湿度的仪器较少。
由以上分析可知,重量法的关键是怎样精确测量干燥剂吸收的水分含量,因为直接测量比较困难,由此衍生了两种间接测量吸收水含量的方法。
就是将干燥剂吸收的水分经电解池电解成氢气和氧气排出,电解电流的大小与水分含量成正比,通过检测该电流即可测得样气的湿度。该方法弥补了重量法的缺点,测量量程可达-80℃以下,且精度较好,价格便宜;缺点是电解池气路需要在使用前干燥很长时间,且对气体的腐蚀性及清洁性要求较高。
就是将重量法中的干燥剂换用一种吸湿性的石英晶体,根据该晶体吸收水分质量不同时振动频率不同的特点,让样气和标准干燥气流经该晶体,因而产生不同的振动频率差△f1和△f2,计算两频率之差即可得到样气的湿度。该方法具有电解法一样的优点,且使用前勿须干燥。
也是一种经典的测量方法。让样气流经露点冷镜室的冷凝镜,通过等压制冷,使得样气达到饱和结露状态(冷凝镜上有液滴析出),测量冷凝镜此时的温度即是样气的露点。该方法的主要优点是精度高,尤其在采用半导体制冷和光电检测技术后,不确定度甚至可达0.1℃;缺点是响应速度较慢,尤其在露点-60℃以下,平衡时间甚至达几个小时,而且此方法对样气的清洁性和腐蚀性要求也较高,否则会影响光电检测效果或产生‘伪结露’造成测量误差。
是一种不断完善的湿度测量方法。利用一个高纯铝棒,表面氧化成一层超薄的氧化铝薄膜,其外镀一层多空的网状金膜,金膜与铝棒之间形成电容,由于氧化铝薄膜的吸水特性,导致电容值随样气水分的多少而改变,测量该电容值即可得到样气的湿度。该方法的主要优点是测量量程可更低,甚至达-100℃,另一突出优点是响应速度非常快,从干到湿响应一分钟可达90%,因而多用于现场和快速测量场合;缺点是精度较差,不确定度多为±2~3℃。老化和漂移严重,使用3~6个月必须校准。但随着各厂家的不断努力,该方法正在逐渐得到完善,例如,通过改变材料和提高工艺使得传感器稳定度大大提高,通过对传感器响应曲线的补偿作到了饱和线性,解决了自动校准问题。
露点仪(湿度仪器)测量的方法可谓五花八门,其性能与价格也相差悬殊,如何选择一款适合自己使用的露点仪是重中之重,选择露点仪时不但要考虑到性能和价格,还应该考虑到仪器使用的场合和所测气体的种类及腐蚀性等。我们列举了一些基本原则,在此基础上您也可以联系维科美拓的专家进行咨询。
1)国家级湿度基准:考虑到要求测量准确度高,样气理想,一般应选用冷镜式露点仪。
2)企业基准或实验室分析:如果测量准确度要求较高,可选用冷镜法仪器。
3)现场检测:可选用阻容法仪器或冷镜法仪器。
4)连续在线监测:如果精度要求相对不高,可选用阻容法仪器。
5)天然气防爆测量:在石化和天然气行业,都要求防爆处理,所以需要有特定本安防爆的露点仪。
6)气体空分行业露点测量:我们知道空分行业一般要求水分含量很低,露点在-70℃以下(1ppm级别),原理上来说冷镜式露点仪、电解法露点仪、薄膜露点仪都没法对低于-80℃的气体进行测量,所以还是选择阻容法原理的露点仪比较合适。
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