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技術(shù)文章

露點(diǎn)儀的原理及露點(diǎn)儀產(chǎn)品選型選擇
一．引言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，為了要得到高質(zhì)量的產(chǎn)品或設(shè)備正常地運(yùn)行，許多行業(yè)諸如石化、電力、電子、航空航天、冶金、紡織等對(duì)濕度量測(cè)的要求越來越高，因而，濕度量測(cè)已逐漸成為一個(gè)新興的技術(shù)領(lǐng)域，在86年我國(guó)正式成立了濕度與水分專業(yè)委員會(huì)，并開展了多次學(xué)術(shù)交流會(huì)，濕度的一些計(jì)量檢定規(guī)程也逐步建立。根據(jù)有關(guān)規(guī)程，濕度被定義為氣體中的水蒸氣含量，常用單位有：克/升，PPM，mmHg，露點(diǎn)及相對(duì)濕度等。習(xí)慣上以露點(diǎn)-20℃為界把所測(cè)氣體分為高濕度氣體與低濕度氣體（即微量水），這里重點(diǎn)介紹低濕度氣體的量測(cè)。
二．濕度量測(cè)方法
根據(jù)國(guó)標(biāo)GB11605-89《濕度量測(cè)方法》所著，濕度量測(cè)共有七種方法，這里不一一贅述。筆者重點(diǎn)對(duì)市場(chǎng)上流行的幾種微量水量測(cè)方法及露點(diǎn)儀選型重新歸類并簡(jiǎn)單介紹如下：
1．重量法：
是一種經(jīng)典的量測(cè)方法。讓所測(cè)樣氣流經(jīng)某一干燥劑，其所含水分**燥劑吸收，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，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(duì)于低濕度氣體尤其困難，。因而該方法只適合于量測(cè)露點(diǎn)-32℃以上的氣體，可以說市場(chǎng)上純粹利用該方法測(cè)濕度的儀器較少。
由以上分析可知，重量法的關(guān)鍵是怎樣量測(cè)干燥劑吸收的水分含量，因?yàn)橹苯恿繙y(cè)比較困難，由此衍生了兩種間接量測(cè)吸收水含量的方法。
A.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(cè)該電流即可測(cè)得樣氣的濕度。該方法彌補(bǔ)了重量法的缺點(diǎn)，量測(cè)量程可達(dá)-80℃以下，且精度較好，價(jià)格便宜；缺點(diǎn)是電解池氣路需要在使用前干燥很長(zhǎng)時(shí)間，且對(duì)氣體的腐蝕性及清潔性要求較高。
B.振動(dòng)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(shí)振動(dòng)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(dòng)頻率差△f1和△f2，計(jì)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。
2．冷鏡法：
也是一種經(jīng)典的量測(cè)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），量測(cè)冷凝鏡此時(shí)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(cè)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(shí)間甚至達(dá)幾個(gè)小時(shí)，而且此方法對(duì)樣氣的清潔性和腐蝕性要求也較高，否則會(huì)影響光電檢測(cè)效果或產(chǎn)生‘偽結(jié)露’造成量測(cè)誤差。該方法的典型廠家代表是及英國(guó)的密析爾MICHELL公司。一般應(yīng)用在***濕度基準(zhǔn)，企業(yè)基準(zhǔn)或?qū)嶒?yàn)室分析，作為溯源的或?qū)纫筝^高地方。
3．阻容法：
該方法的典型廠家代表為愛爾蘭的PANAMETRICS公司及英國(guó)MICHELL公司的EASIDEW系列，采用陶瓷基底的表面鍍金的氧化鋁及C2TX微處理器。該傳感器的工作原理非常簡(jiǎn)單，是基于水分的導(dǎo)電性。多孔的吸濕層如同“三明治”一樣被夾在陶瓷基底上的兩個(gè)導(dǎo)電層之間。吸收水分子后，吸濕活性層的導(dǎo)電特性就會(huì)發(fā)生變化。該露點(diǎn)傳感器的表面導(dǎo)電層允許水分子自由通過進(jìn)入吸濕活性層。吸濕活性層很薄，僅1微米厚（一微米=百萬分之一米），而頂部的導(dǎo)電層厚度比1微米還要薄，這樣，當(dāng)周圍環(huán)境的濕度發(fā)生變化的時(shí)候，傳感器對(duì)濕度變化會(huì)做出極其快速的反應(yīng)。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(chǎng)和快速量測(cè)場(chǎng)合；缺點(diǎn)是精度一般，通常為±2℃,需要1-2年校驗(yàn)。密析爾MICHELL便攜式露點(diǎn)儀cermax可做到精度±1℃。
4相對(duì)濕度量測(cè)方法
該方法實(shí)際上是測(cè)試相對(duì)濕度和溫度后換算成露點(diǎn)的，這類濕敏元件受環(huán)境溫度影響較大，數(shù)據(jù)會(huì)隨環(huán)境溫度變化而變化，越接近相對(duì)濕度量測(cè)下限，越不穩(wěn)定，在低濕度低露點(diǎn)應(yīng)用，精度不理想，從濕度溯源的角度來看還是直接使用量測(cè)露點(diǎn)的產(chǎn)品比較好。
三．如何選擇市場(chǎng)上主流儀器
露點(diǎn)儀（濕度儀器）量測(cè)的方法可謂五花八門，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場(chǎng)合和所測(cè)氣體的種類及腐蝕性等?？傮w原則如下：
1）***濕度基準(zhǔn)：考慮到要求量測(cè)準(zhǔn)確度高，樣氣理想，一般應(yīng)選用冷鏡式露點(diǎn)儀，如美國(guó)英國(guó)MICHELL的S4000TRS，S8000.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：如果量測(cè)準(zhǔn)確度要求較高，可選用冷鏡法儀器，如，瑞士MBW公司的DP19或密析爾S4000，OPT,OPV；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(guó)Edgetech公司的1-C，杜邦公司的M303
3）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)：如果量測(cè)準(zhǔn)確度要求較高，可選用冷鏡法儀器（同上）；如果要求量測(cè)速度快或氣體污染較重，好選用阻容法儀器，如英國(guó)密析爾MICHELL公司Easidew陶瓷基底阻容法量測(cè)范圍-100～+20℃耐壓可達(dá)30Mpa可連續(xù)在線監(jiān)測(cè)。如果是防爆現(xiàn)場(chǎng)氫氣天然氣場(chǎng)合可以選擇密析爾MICHELL公司Easidew IS本安型露點(diǎn)儀。
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