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。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,玻璃上的結露溫度與玻璃所在的環(huán)境氣氛的含水量有關,進一步研究發(fā)現(xiàn),這關系是一一對應關系,即每一個結露溫度(我們稱之為露點溫度)對應環(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,是表示氣體絕對濕度的方式之一;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對水份含量的儀器。
綜上所述,露點儀測量的對象離不開氣體,而相應的氣體不外乎三個用途:動力氣體、介質氣體和環(huán)境氣體
動力氣體作為一種動力源,供給氣動儀表和氣動設備,廣泛應用于工業(yè)領域和有特殊防爆要求的工業(yè)現(xiàn)場。
介質氣體作為一種工藝介質,或參與工藝反應,或作為保護性氣體,或作為標準氣體,廣泛地應用于現(xiàn)代工業(yè)中相應的生產(chǎn)過程中
環(huán)境氣體作為一種工藝環(huán)境,廣泛地應用民用工業(yè)和軍事工業(yè)的相關工藝環(huán)境中。
露點儀為了要得到高質量的產(chǎn)品或設備正常地運行,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領域,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原理都有哪些?
1. 冷鏡式露點儀
不同水份含量的氣體在不同溫度下的鏡面上會結露。采用光電檢測技術,檢測出露層并測量結露時的溫度,直接顯示露點。鏡面制冷的方法有:半導體制冷、液氮制冷和高壓空氣制冷。冷鏡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露溫度前提下,該種露點儀可作為標準露點儀使用。
2. 電傳感器式露電儀
采用親水性材料或憎水性材料作為介質,構成電容或電阻,在含水份的氣體流經(jīng)后,介電常數(shù)或電導率發(fā)生相應變化,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計的該類傳感器,構成了電傳感器式露點分析儀。
3. 電介法露點儀
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,設計出建立在絕對含濕量單位制上的電解法微水份儀。目前國際上最高精度達到±1.0℃(露點溫度),一般精度可達到±3℃以內(nèi)。此種方式對氣體的潔凈要求比較高,可測腐蝕性氣體,德國有一家公司有做,目前國內(nèi)應用不多?!?/span>
4. 晶體振蕩式露點儀
利用晶體沾濕后振蕩頻率改變的特性,可以設計晶體振蕩式露點儀。這是一項較新的技術,目前尚處于不十分成熟的階段。國外有相關產(chǎn)品,但精度較差且成本很高。
5. 紅外線露點儀
利用氣體中的水份對紅外光譜吸收的特性,可以設計紅外式露點儀。目前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,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。
6. 半導體傳感器露點儀
每個水分子都具有其自然振動頻率,當它進入半導體晶格的空隙時,就和受到充電激勵的晶格產(chǎn)生共振,其共振頻率與水的摩爾數(shù)成正比。水分子的共振能使半導體結放出自由電子,從而使晶格的導電率增大,阻抗減小。利用這一特性設計的半導體露點儀可測到-100℃露點的微量水份。
技術進展的綜合評估
隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展,人們紛紛把光電技術、新材料技術、紅外技術、微波技術、微電子技術、光纖技術、聲波技術甚至納米技術應用到氣體中水分的測量,使水分測量這一古老領域煥發(fā)出青春。
氣體中微量水分的測量歷來是較難的一門技術??梢哉f,直到現(xiàn)在國際上還沒有一種成熟完善的技術手段能全面解決各種工況環(huán)境下微量水的測量問題。在應用了近代技術之后,也只能說針對某一特定環(huán)境,采用某一項技術手段,解決某種程度(包括量程和精度)的微水分測量問題。因此,微水分測量技術的發(fā)展前景還十分廣闊,專業(yè)技術人員要走的路還很長。