測試原理
濕度測量儀器從原理上可分為冷鏡式、吸收電解式、電容式、薄膜電容式、電阻式、干濕球、機械式。其中吸收電解式微水儀、電容式露點儀一般用于低濕范圍的測量,而電阻式、干濕球、機械式濕度計只能用于相對濕度的測量,冷鏡式、薄膜電容式,濕度計則不僅能用于低濕的測量,還能用于中高濕,即相對濕度的測量。上述各種原理的儀器各有其優(yōu)缺點。其中冷鏡式露點儀是*準確、*可靠、*基本的測量方法,被廣泛地用于標準傳遞,但其缺點是價格比較昂貴,并需要有經(jīng)驗的人操作及保養(yǎng)。
1.冷鏡式露點儀
測量原理 :
被測濕氣進入露點測量室時掠過冷鏡面,當鏡面溫度高于濕氣的露點溫度時,鏡面呈干燥狀態(tài),此時光電檢露裝置中光源發(fā)出的光照在鏡面上,幾乎反射,由光電傳感器感應(yīng)到并輸出光電信號,經(jīng)控制回路比較、放大、驅(qū)動熱電泵,對鏡面致冷。當鏡面溫度降至濕氣露點溫度時,鏡面上開始結(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,使其制冷功率適當減小后,鏡面溫度保持在樣氣露點溫度上。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),并顯示在顯示窗上。
目前世界上生產(chǎn)冷鏡式露點儀的公司,例如歐伯特等公司均是采用這一原理,英國的MICHELL則是采用雙光路檢測系統(tǒng),即同時對反射光及散射光進行檢測,
在測量過程中,隨著溫度的降低,被測氣體中的水汽接近飽和狀態(tài),由于引力作用,水分子吸附在鏡面上形成一層薄薄的水膜。這是形成露的階段。當鏡面溫度繼續(xù)下降時,水膜的厚度逐漸增加,這是形成露的階段。在這一階段內(nèi),自由表面對水分子的引力與水膜的表面張力之間的力量對比開始發(fā)生變化,后者的影響逐漸起支配作用。此時冷卻表面上的任何不穩(wěn)定的因素,例如鏡面上的微小傷痕等,都會使水膜縮聚成液滴。隨著鏡面溫度的進一步下降,露滴開始出現(xiàn),通過顯微鏡可以看到孤立生長而且分布不規(guī)則的露滴,然后露層以很快的速度在表面上擴散,此時可以認為液-汽平衡開始,即達到露點。
優(yōu)缺點
優(yōu)點:屬基本測量,測量準確,并且儀器比較穩(wěn)定無漂移,目前準確度*高的儀器可達±0.1℃。
缺點:價格較高,對操作人員的要求較高,并需進行維護。對污染物敏感。在-20℃~0℃范圍內(nèi)有時會有過冷水存在,因此要特別小心區(qū)分過冷水和霜。
2、氧化鋁電容式濕度計
測量原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用范圍
該儀器形式繁多,例如便攜式電池操作的、帶微處理器可進行數(shù)據(jù)處理的、顯示多參數(shù)的等等。但其本質(zhì)是一個電容器,通過將一薄層孔狀的氧化鋁沉積在導(dǎo)電的基體上,然后再在氧化鋁薄層上涂敷一層薄金。導(dǎo)電基體和金薄層就形成電容器的電極。水蒸氣穿過金薄層被孔狀的氧化鋁吸收,這個電容器的阻抗與水分子個數(shù),即水汽分壓成一定的比例。通過測量該電容器的阻抗或電容可獲得水汽分壓,通過換算可得到露點值。
位于鋁和金電極之間的氧化鋁薄層在10-3Pa(約相當于-110℃露點)到水的飽和汽壓的整個范圍內(nèi)都有響應(yīng)。由于其對水的強烈的親和力,再加上水的較大的介電常數(shù),使得這類儀器對水有高度的選擇性,而對其它普通氣體及有機氣和液體沒有響應(yīng)。
在中高濕范圍其準確度一般為±1~±2℃,低濕范圍,比如-100℃時,準確度一般為±2~±3℃。該類傳感器不與烴類氣體、CO、CO2、含氯氟烴氣體發(fā)生反應(yīng),但對于不同的氣體其漂移不同。對于某些腐蝕性氣體,例如氨、SO3以及氯,則會損壞傳感器,因此應(yīng)盡量避免。
2 .2使用注意事項
這類儀器通常的測量范圍為-110℃~+20℃。當被測露點較高時,會使得儀器產(chǎn)生較大的漂移。同時還需注意溫度系數(shù)。由于其對水汽分壓產(chǎn)生響應(yīng),因此應(yīng)注意測量時氣體總壓的變化。
避免灰塵、油污,測量時氣體流量較大,一般為3~5(L/min),甚至更大。
2.3 優(yōu)缺點
優(yōu)點:較寬的響應(yīng)范圍,從1μL/L(ppmv)到80%RH,可以遠程安裝,可以現(xiàn)場使用,相對穩(wěn)定,響應(yīng)較快,溫度系數(shù)較小,與流量變化無關(guān),對水分有較高的選擇性,可以在較寬的溫度和壓力范圍內(nèi)使用,日常維護量較小,體積小。
缺點:該方法是間接測量,在較高的溫度下操作或某些氣體會引起漂移,受腐蝕性氣體的影響,必須定期校準以克服老化、滯后及污染。由于響應(yīng)值非線性,因此需對每只傳感器進行校準,不能通用。