露點(diǎn)儀(微量水分析儀)的原理及選型
更新時(shí)間：2022-11-30 點(diǎn)擊次數(shù)：10434
大氣中的水分影響著自然界的物理、化學(xué)和生物過(guò)程，如氣體的熱、電、光和傳遞方面的特性，固體和液體材料中的水分含量，會(huì)引起材料的尺寸變化，金屬材料的腐蝕。水分測(cè)量和控制廣泛應(yīng)用于航空航天、微電子、原子能、石油化工、電力、倉(cāng)儲(chǔ)、空分、鋼鐵冶煉等領(lǐng)域。
當(dāng)一定體積的濕空氣在恒定的總壓力下被均勻降溫，直到空氣中的水汽達(dá)到飽和狀態(tài)，該狀態(tài)下的溫度就是氣體的露點(diǎn)。
在冷卻的過(guò)程中，氣體和水汽兩者的分壓力保持不變，如果空氣的溫度是Ta，露點(diǎn)生成的溫度為T(mén)d，則濕空氣的相對(duì)濕度可以通過(guò)下式算出，U=[(在露點(diǎn)溫度Td時(shí)的飽和水氣壓)/(在原來(lái)溫度Ta時(shí)的飽和水氣壓)]*100%式中飽和水汽壓的數(shù)值可以通過(guò)查表（露點(diǎn)、體積比、絕對(duì)水含量對(duì)照表）得到。在0℃以下，水汽達(dá)到飽和時(shí)，水在鏡面上結(jié)冰，此時(shí)的溫度又叫做霜點(diǎn)。 鏡面式露點(diǎn)儀采用的是直接測(cè)量方法，樣氣進(jìn)入測(cè)量室時(shí)掠過(guò)鏡面，當(dāng)鏡面溫度高于濕氣的露點(diǎn)溫度時(shí)，鏡面呈干燥狀態(tài)，此時(shí)光電檢露裝置中光源發(fā)出的光照在鏡面上，幾乎全反射，由光電傳感器感應(yīng)到并輸出光電信號(hào)，經(jīng)控制回路比較、放大、驅(qū)動(dòng)熱電泵，對(duì)鏡面致冷。當(dāng)鏡面溫度降至濕氣露點(diǎn)溫度時(shí)，鏡面上開(kāi)始結(jié)露（霜），光照在鏡面上出現(xiàn)漫反射，光電傳感器感應(yīng)到的反射信號(hào)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(lì)，使其制冷功率適當(dāng)減小，最后，鏡面溫度保持在樣氣露點(diǎn)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(yīng)，此時(shí)的溫度就是露點(diǎn)溫度。
在保證檢露準(zhǔn)確、鏡面制冷高效率和精密測(cè)量結(jié)露溫度前提下，冷鏡露點(diǎn)儀可作為標(biāo)準(zhǔn)露點(diǎn)儀使用。目前國(guó)際上zui高精度達(dá)到±0.1℃(露點(diǎn)溫度)，一般精度可達(dá)到±0.2℃左右。優(yōu)點(diǎn)：精度是所有露點(diǎn)測(cè)量原理中zui高的，測(cè)量下限一般只能到-60C°缺點(diǎn)：價(jià)格貴，露點(diǎn)溫度超過(guò)-60C°時(shí)不好檢測(cè) 阻容法露點(diǎn)儀一般分為氧化鋁型和薄膜電容型，氧化鋁型其原理是利用一個(gè)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(cè)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(cè)量量程可更低，另一突出優(yōu)點(diǎn)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(chǎng)和快速測(cè)量場(chǎng)合。
薄膜電容原理，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(cè)出當(dāng)時(shí)的電容值或電阻值，就能知道當(dāng)時(shí)的氣體水份含量，目前國(guó)際上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)，阻容法露點(diǎn)儀檢測(cè)下限一般-80℃zui低可達(dá)到-110℃優(yōu)點(diǎn)：精度尚可、響應(yīng)速度非常快、價(jià)格相對(duì)便宜、檢測(cè)下限低至-110℃缺點(diǎn)：傳感器不耐腐蝕，氯氣、氨氣等腐蝕性氣體不能使用 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(jì)出建立在絕對(duì)含濕量單位制上的電解法微水份儀。目前國(guó)際上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)。其特性是耐腐蝕可測(cè)量氯化氫、氟化氫、氯氣等腐蝕性氣體中的微量水分。
每個(gè)水分子都具有其自然振動(dòng)頻率，當(dāng)它進(jìn)入半導(dǎo)體晶格的空隙時(shí)，就和受到充電激勵(lì)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(jì)的半導(dǎo)體露點(diǎn)儀可測(cè)到-100℃露點(diǎn)的微量水份。
利用晶體沾濕后振蕩頻率改變的特性，可以設(shè)計(jì)晶體振蕩式露點(diǎn)儀。這是一項(xiàng)較新的技術(shù)，目前尚處于不十分成熟的階段。國(guó)外有相關(guān)產(chǎn)品，但精度較差且成本很高。 利用氣體中的水份對(duì)紅外光譜吸收的特性，可以設(shè)計(jì)紅外式露點(diǎn)儀。目前該儀器很難測(cè)到低露點(diǎn)，主要是紅外探測(cè)器的峰值探測(cè)率還不能達(dá)到微量水吸收的量級(jí)，還有氣體中其他成份含量對(duì)紅外光譜吸收的干擾。但這是一項(xiàng)很新的技術(shù)，對(duì)于環(huán)境氣體水份含量的非接觸式在線監(jiān)測(cè)具有重要的意義。 露點(diǎn)儀（微量水分析儀）的測(cè)量原理眾多，其性能與價(jià)格也相差懸殊，這就要求我們選用儀器時(shí)要謹(jǐn)慎小心，不但要考慮到性能和價(jià)格，還應(yīng)該考慮到儀器使用的現(xiàn)場(chǎng)工況（行業(yè)）以及遵循相關(guān)行業(yè)的國(guó)標(biāo)要求：2.1如果測(cè)量準(zhǔn)確度及精度要求較高，可選用冷鏡式露點(diǎn)儀；一般適用于檢測(cè)機(jī)構(gòu)及科研院校等對(duì)精度要求較高或用于計(jì)量校準(zhǔn)等場(chǎng)合。2.2如果量程較寬（露點(diǎn)-80℃以下）且氣體較清潔無(wú)腐蝕性氣體對(duì)精度要求不是非常高，可選用阻容法露點(diǎn)儀。2.3如果測(cè)量準(zhǔn)確度要求不高，但對(duì)檢測(cè)速度及響應(yīng)速度要求較高，可選用阻容法露點(diǎn)儀。2.3氯氣、氯化氫、硫化氫等腐蝕性氣體可選用電解法原理，五氧化二磷原理能夠很好的耐腐蝕，且傳感器五氧化二磷涂層可根據(jù)使用情況進(jìn)行涂刷，極大延長(zhǎng)了使用壽命。2.4國(guó)家對(duì)被測(cè)氣體露點(diǎn)檢測(cè)原理做了具體的國(guó)標(biāo)規(guī)定的按照國(guó)標(biāo)選擇對(duì)應(yīng)原理即可，如中國(guó)藥典》2020年版二部 XGB2021-061條、國(guó)標(biāo)GBT 5138-2021工業(yè)用液氯，兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了其水分檢測(cè)就只能選用電解法原理。
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