在冬天,我們會看到一種常見現(xiàn)象,由于室外溫度較低,室內(nèi)較濕熱的空氣會在窗玻璃上結(jié)露,使窗玻璃模
糊一片。假如我們再仔細觀測并研究下去,如果在室內(nèi)開啟除濕器,把室內(nèi)的濕氣逐步去除,那么盡管室外還是同樣的溫度,而我們會發(fā)現(xiàn)窗玻璃上的露水會慢慢消去,窗玻璃重又露出透明光潔的本質(zhì)。假如這時室外溫度下降了,那么溫度降到一定程度時,盡管除濕器已使室內(nèi)空氣十分干燥,但在窗玻璃上仍會出現(xiàn)模糊的露層。這一現(xiàn)象說明,玻璃上的結(jié)露溫度與玻璃所在的環(huán)境氣氛的含水量有關(guān),進一步研究發(fā)現(xiàn),這關(guān)系是一一對應(yīng)關(guān)系,即每一個結(jié)露溫度(我們稱之為露點溫度)對應(yīng)環(huán)境氣氛的一個含水量值。露點可以簡單地理解為使氣體中水蒸汽含量達到飽和狀態(tài)的溫度,是表示氣體對濕度的方式之一;由此可見,露點溫度是度量氣體水份含量的一種單位制。露點分析儀就是基于這種單位制而測量氣體中絕
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對水份含量的儀器。
介質(zhì)氣體作為一種工藝介質(zhì),或參與工藝反應(yīng),或作為保護性氣體,或作為標準氣體,廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)中相應(yīng)的生產(chǎn)過程中環(huán)境氣體作為一種工藝環(huán)境,廣泛地應(yīng)用民用工業(yè)和軍事工業(yè)的相關(guān)工藝環(huán)境中。
露點儀為了要得到高質(zhì)量的產(chǎn)品或設(shè)備正常地運行,許多行業(yè)諸如石化、電力、電子、航空航天、冶金、紡織等對濕度測量的要求越來越高,因而,濕度測量已逐漸成為一個新興的技術(shù)領(lǐng)域,在86年我國正式成立了濕度與水分專業(yè)委員會,并開展了多次學術(shù)交流會,濕度的一些計量檢定規(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,露點及相對濕度等。習慣上以露點-20℃為界把所測氣體分為高濕度氣體與低濕度氣體(即微量水),這里重點介紹低濕度氣體的測量。
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。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。鏡面式露點儀采用的是直接測量方法,在保證檢露準確、鏡面制冷高效率和精密測量結(jié)露溫度前提下,該種露點儀可作為標準露點儀使用。上高
SFB16 |
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PRO-CON 12R |
精度達到±0.1℃(露點溫度),一般精度可達到±0.5℃以內(nèi)電傳感器式露點儀
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,測出當時的電容值或電阻值,就能知道當時的氣體水份含量。建立在露點單位制上設(shè)計的該類傳感器,構(gòu)成了電傳感器式露點分析儀。上高精度達到±1.0℃(露點溫度),一般精度可達到±3℃以內(nèi)。
電解法露點儀
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)計出建立在對含濕量單位制上的電解法微水份儀。
晶體振蕩式露點儀
利用晶體沾濕后振蕩頻率改變的特性,可以設(shè)計晶體振蕩式露點儀。這是一項較新的技術(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)計紅外式露點儀。該儀器很難測到低露點,主要是紅外探測器的峰值探測率還不能達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,當它進入半導(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
250612 |
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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)體露點儀可測到-100℃露點的微量水份。
露點儀 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)點是精度高,大允許誤差可達0.1%;缺點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-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,因為直接測量比較困難,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。該方法彌補了重量法的缺點,測量量程可達-80℃以下,且精度較好,價格便宜;缺點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。
振動頻率法
就是將重量法中的干燥劑換
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Bremsbacken mit Bremsbelag für RT315? |
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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,讓樣氣和標準干燥氣流經(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,且使用前勿須干燥。
冷鏡法
也是一種經(jīng)典的測量方法。讓樣氣流經(jīng)露點冷鏡室的冷凝鏡,通過等壓制冷,使得樣氣達到飽和結(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。該方法的主要優(yōu)點是精度高,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0.1℃;缺點是響應(yīng)速度較慢,尤其在露點-60℃以下,平衡時間甚至達幾個小時,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。
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)點是測量量程可更低,甚至達-100℃,另一突出優(yōu)點是響應(yīng)速度非常快,從干到濕響應(yīng)一分鐘可達90%,因而多用于現(xiàn)場和快
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速測量場合;缺點是精度較差,不確定度多為±2~3℃。老化和漂移嚴重,使用3~6個月必須校準。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)曲線的補償作到了飽和線性,解決了自動校準問題。