Medidor de ponto de orvalho explicado

Medidor portátil de ponto de orvalho

No inverno, vemos com frequência um fenômeno comum: como a temperatura externa é baixa, o ar úmido e quente do interior se condensa no vidro da janela, deixando-o embaçado. Se observarmos com mais atenção e ligarmos um desumidificador no ambiente para remover gradualmente a umidade, verificamos que, mesmo com a temperatura externa permanecendo a mesma, a condensação no vidro da janela desaparece lentamente e o vidro volta a ficar claro e transparente.

If the outdoor temperature drops further, then when it falls to a certain level, a foggy dew layer will still form on the window glass even though the dehumidifier has made the indoor air very dry. This shows that the condensation temperature on the glass is related to the water content of the ambient atmosphere. Further research reveals a one-to-one correspondence: each condensation temperature (which we call the dew point temperature) corresponds to a specific water content value of the ambient atmosphere.

O ponto de orvalho pode ser entendido simplesmente como a temperatura na qual o teor de vapor d’água em um gás atinge a saturação; é uma forma de expressar a umidade absoluta de um gás. Assim, a temperatura de ponto de orvalho é um sistema de unidades para medir o teor de umidade de gases, e um analisador de ponto de orvalho é um instrumento que mede o teor de umidade absoluta de um gás com base nesse sistema de unidades.

Display de ponto de orvalho de precisão

Em resumo, os medidores de ponto de orvalho medem gases, que geralmente atendem a três finalidades: gás de energia, gás de processo e gás ambiente.

O gás de potência serve como fonte de energia para instrumentos e equipamentos pneumáticos e é amplamente utilizado em áreas industriais e em instalações industriais com requisitos especiais de proteção contra explosão.

O gás de processo serve como meio de processo — participando de reações de processo, atuando como gás de proteção ou servindo como gás de calibração — e é amplamente utilizado nos processos produtivos correspondentes da indústria moderna. O gás ambiente, como ambiente de processo, está amplamente presente nos ambientes de processo relevantes das indústrias civil e militar.

O medidor de ponto de orvalho nasceu da necessidade de as empresas controlarem o teor de umidade nos gases. Para obter produtos de alta qualidade ou manter os equipamentos funcionando corretamente, indústrias como petroquímica, energia, eletrônica, aeroespacial, metalurgia e têxtil devem controlar rigorosamente a umidade. Com o avanço da tecnologia e a melhoria da qualidade dos produtos, os requisitos para o controle de umidade tornam-se cada vez maiores.

Humidity measurement has thus gradually become an emerging technical field. In 1986, China formally established the Humidity and Moisture Professional Committee and held multiple academic exchanges; metrological verification regulations for humidity were gradually established. According to relevant regulations, humidity is defined as the water vapor content in a gas, with common units including g/L, ppm, mmHg, dew point, and relative humidity. Conventionally, a dew point of -20°C is the boundary dividing measured gases into high-humidity gases and low-humidity gases (i.e., trace moisture). Here we focus on the measurement of low-humidity gases.

Tipo espelho resfriado

Gases with different moisture contents condense on a mirror at different temperatures. Using photoelectric detection technology, the dew layer is detected and the condensation temperature is measured, directly displaying the dew point. Mirror cooling methods include semiconductor cooling, liquid nitrogen cooling, and high-pressure air cooling. The chilled mirror dew point meter uses a direct measurement method; with accurate dew detection, efficient mirror cooling, and precise condensation temperature measurement, it can be used as a reference dew point meter. Internationally, the highest accuracy reaches ±0.1°C (dew point temperature), with general accuracy within ±0.5°C.

Medidor de ponto de orvalho com sensor elétrico

Using hydrophilic or hydrophobic materials as the dielectric to form a capacitor or resistor, the dielectric constant or conductivity changes accordingly when moisture-laden gas flows past. By measuring the capacitance or resistance at that moment, the gas moisture content can be determined. Such sensors, designed on the dew point unit system, constitute the electrical sensor dew point analyzer. Internationally, the highest accuracy reaches ±1.0°C (dew point temperature), with general accuracy within ±3°C.

Medidor de ponto de orvalho eletrolítico

Aproveitando a propriedade de materiais como o pentóxido de fósforo de se decomporem em moléculas polares após absorverem umidade, acumulando assim carga nos eletrodos, o analisador eletrolítico de umidade de traços é projetado em um sistema de unidade de teor de umidade absoluta.

Medidor de ponto de orvalho por oscilação de cristal

Aproveitando a propriedade de que a frequência de oscilação de um cristal muda quando umedecido, podem ser projetados medidores de ponto de orvalho por oscilação de cristal. Trata-se de uma tecnologia relativamente nova e ainda não totalmente madura. Existem produtos relacionados no exterior, mas com exatidão ruim e custo muito elevado.

Medidor de ponto de orvalho infravermelho

Utilizando as características de absorção infravermelha da umidade nos gases, é possível projetar medidores de ponto de orvalho por infravermelho. Esses instrumentos têm dificuldade em medir pontos de orvalho baixos, principalmente porque a detectividade de pico dos detectores infravermelhos ainda não alcança a magnitude da absorção de água em traço, e outros componentes gasosos interferem na absorção infravermelha. No entanto, trata-se de uma tecnologia muito recente e de grande importância para o monitoramento on-line sem contato do teor de umidade em gases ambiente.

Sensor semicondutor

Cada molécula de água tem sua frequência natural de vibração. Quando entra nos interstícios de uma rede semicondutora, entra em ressonância com a rede excitada por carga, e a frequência de ressonância é proporcional ao número de mols de água. A ressonância das moléculas de água faz com que a junção semicondutora libere elétrons livres, aumentando a condutividade da rede e reduzindo a impedância. Medidores de ponto de orvalho a semicondutor projetados com base nesse princípio podem medir umidade traço até -100 °C de ponto de orvalho.

Método gravimétrico

A classic measurement method. The sample gas flows through a desiccant, which absorbs its moisture; the absorbed water is precisely weighed, and the ratio to the sample gas volume gives the gas humidity. The advantage is high accuracy, with a maximum permissible error of up to 0.1%. The disadvantage is the difficulty of practical operation — a sufficient mass of absorbed water (generally no less than 0.6 g) must be obtained, which is especially difficult for low-humidity gases and requires increasing the sample gas flow, resulting in longer measurement time and larger errors (the measured humidity is not an instantaneous value). Therefore, this method is only suitable for gases with dew points above -32°C, and few instruments on the market rely purely on this method.

A partir da análise acima, a chave do método gravimétrico é como medir com precisão a umidade absorvida pelo dessecante. Como a medição direta é difícil, dois métodos indiretos para medir o teor de água absorvido foram derivados.

Método eletrolítico

A umidade absorvida pelo dessecante é eletrolisada em hidrogênio e oxigênio em uma célula eletrolítica e descarregada; a corrente de eletrólise é proporcional ao teor de umidade, de modo que a detecção dessa corrente fornece a umidade do gás da amostra. Esse método supera as desvantagens do método gravimétrico, com faixa de medição que chega a valores abaixo de -80 °C, boa exatidão e baixo custo. As desvantagens são que o caminho de gás da célula eletrolítica requer um longo tempo de secagem antes do uso e que há altas exigências quanto à corrosividade e à limpeza do gás.

Método de frequência de vibração

O dessecante no método gravimétrico é substituído por um cristal de quartzo higroscópico. Como a frequência de vibração do cristal varia com a massa da umidade absorvida, o gás da amostra e um gás seco padrão são passados sobre o cristal, produzindo diferentes diferenças de frequência de vibração △f1 e △f2; a umidade do gás da amostra é obtida calculando-se a diferença entre as duas frequências. Esse método tem as mesmas vantagens do método eletrolítico e não requer secagem antes do uso.

Método do espelho resfriado

Also a classic measurement method. The sample gas flows past the condensation mirror in the chilled mirror chamber; through isobaric cooling, the sample gas reaches saturated condensation (droplets form on the mirror), and the mirror temperature at that moment is the sample gas dew point. Its main advantage is high accuracy — with semiconductor cooling and photoelectric detection, uncertainty can even reach 0.1°C. The disadvantages are slow response, especially below -60°C dew point where equilibrium may take several hours, and high requirements for sample gas cleanliness and corrosiveness; otherwise, photoelectric detection is affected or 'false condensation' causes measurement errors.

Medidor portátil de ponto de orvalho

Método de impedância/capacitância

Um método de medição de umidade em constante aperfeiçoamento. Uma haste de alumínio de alta pureza é oxidada superficialmente em um filme ultrafino de óxido de alumínio, sobre o qual é depositado um filme de ouro em malha porosa; forma-se um capacitor entre o filme de ouro e a haste de alumínio. Devido à propriedade de absorção de água do filme de óxido de alumínio, a capacitância varia com o teor de umidade do gás da amostra; a medição dessa capacitância fornece a umidade do gás. As principais vantagens são uma faixa de medição mais baixa, chegando a -100 °C, e uma resposta muito rápida — atingindo 90 % do seco ao úmido em um minuto —, o que a torna adequada para medições de campo e rápidas. As desvantagens são a exatidão inferior, com incerteza tipicamente de ±2 a 3 °C, e o envelhecimento e a deriva acentuados, exigindo calibração a cada 3-6 meses. No entanto, com o esforço contínuo dos fabricantes, esse método vem sendo continuamente aprimorado — por exemplo, a estabilidade do sensor foi muito ampliada por meio de melhorias de materiais e de processos, e a linearidade saturada foi alcançada por meio da compensação da curva de resposta, resolvendo o problema da calibração automática.

Como escolher um medidor de ponto de orvalho

Dew point meters (humidity instruments) use a wide variety of measurement methods, with great differences in performance and price. Choosing the right dew point meter for your needs is of paramount importance — besides performance and price, you should also consider the application scenario and the type and corrosiveness of the gas being measured. We list some basic principles below; on this basis, you are also welcome to consult VicoMeter's experts.