露點儀的選型及注意事項

摘要 濕度被定義為氣體中水蒸氣的含量，是一個重要的環(huán)境參數(shù)。測量氣體濕度的基本量是混合比，即水蒸氣質(zhì)量和干氣質(zhì)量之比，用重量法濕度計得以實現(xiàn)。但用重量法測量混合比技術(shù)難度大、操作繁瑣，實際測量濕度量值大多數(shù)采用露點。本文主要從露點儀分類，露點儀的如何選型，露點儀測量中應注意的問題談談看法。

　　關(guān)鍵詞 露點儀原理；分類；正確選型；測量注意問題；測量條件選擇

　　正文：濕度被定義為氣體中水蒸氣的含量，是一個重要的環(huán)境參數(shù)。大氣中的水蒸氣影響著自然界的物理、化學和生物過程。濕度影響氣體的熱、電、光和傳遞方面的特性。環(huán)境濕度還影響固體和液體材料中的水分含量，引起材料的尺寸變化，金屬材料的腐蝕，甚至決定生物體的存亡。濕度測量和控制廣泛應用于航空航天、微電子、原子能、石油化工、電力、氣象、倉儲等領(lǐng)域。鑒于濕度測量的重要性，各國都在不斷更新改造其濕度標準。

　　測量氣體濕度的基本量是混合比，即水蒸氣質(zhì)量和干氣質(zhì)量之比，用重量法濕度計得以實現(xiàn)。在重量法濕度計中，氣流中的水蒸氣和載氣被分離，并且被分別收集和稱量（或間接測量干氣的體積和密度）。但用重量法測量混合比技術(shù)難度大、操作繁瑣。實際測量濕度量值大多數(shù)采用露點，盡管露點不是zui基本的濕度單位量。如果把混合比與濕度的關(guān)系比喻為熱力學溫標與溫度的關(guān)系，則露點與濕度的關(guān)系類似于實用溫標（ITS-90）與溫度的關(guān)系。

　　露點濕度計的原理可以通過一個簡單的實驗來說明。若將一個光潔的金屬表面放到相對濕度低于的空氣中并使之冷卻，當溫度降到某一數(shù)值時，靠近該表面的相對濕度達到，這時將有露在表面上形成。因為在這個溫度下空氣中的水汽達到了飽和，冷表面附著的水膜和空氣中的水份處于動態(tài)平衡，也就是說，在單位時間內(nèi)離開和返回到表面上的水分子數(shù)相同，這就是Regnault原理。該原理可以敘述為：當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到飽和狀態(tài)，該狀態(tài)叫做露點；在冷卻的過程中，氣體和水汽兩者的分壓力保持不變。如果空氣的溫度是Ta，露生成的溫度為Td，則濕空氣的相對濕度可以通過下式算出，U=[（在露點溫度Td時的飽和水氣壓）/（在原來溫度Ta時的飽和水氣壓）]*式中飽和水汽壓的數(shù)值可以通過查表得到。在0℃以下，水汽達到飽和時，水在鏡面上結(jié)冰，此時的溫度又叫做霜點。

　　目前市面上的露點儀大致可以分為以下幾類：

　　1 鏡面式露點儀

　　不同水份含量的氣體在不同溫度下的鏡面上會結(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。

　　2 冷鏡式露點儀

　　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。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。目前上zui高精度達到±0.1℃（露點溫度），一般精度可達到±0.5℃以內(nèi)。

　　3 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(shè)計的該類傳感器，構(gòu)成了電傳感器式露點分析儀。目前上zui高精度達到±1.0℃（露點溫度），一般精度可達到±3℃以內(nèi)。

　　4 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)計出建立在含濕量單位制上的電解法微水份儀。目前上zui高精度達到±1.0℃（露點溫度），一般精度可達到±3℃以內(nèi)。

　　5 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)，目前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。

　　6 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。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(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。

　　7 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(jié)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(shè)計的半導體露點儀可測到-100℃露點的微量水份。

　　7.1 講露點儀的選型

　　露點儀（濕度儀器）測量的方法可謂五花八門，其性能與價格也相差懸殊，這就要求我們選用儀器時要謹慎小心，不但要考慮到性能和價格，還應該考慮到儀器使用的場合和所測氣體的種類及腐蝕性等。總體原則如下：

　　1）*濕度基準：考慮到要求測量準確度高，樣氣理想，一般應選用冷鏡式露點儀。

　　2）企業(yè)基準或?qū)嶒炇曳治觯喝绻麥y量準確度要求較高，可選用冷鏡法儀器；如果量程要求較低（露點-80℃以下）且氣體較清潔，可選用電解法儀器。

　　3）現(xiàn)場檢測：如果測量準確度要求較高，可選用冷鏡法儀器（同上）；如果要求測量速度快或氣體污染較重，選用阻容法儀器。

　　4）連續(xù)在線監(jiān)測：如果精度要求不太高，可選用阻容法儀器。

　　7.2 露點儀測量中應注意的問題

　　鏡面污染對露點測量的影響：在露點測量中，鏡面污染是一個突出的問題，其影響主要表現(xiàn)在兩個方面；一是拉烏爾效應，二是改變鏡面本底放射水平。拉烏爾效應是由水溶性物質(zhì)造成的。如果被測氣體中攜帶這種物質(zhì)（一般是可溶性鹽類）則鏡面提前結(jié)露，使測量結(jié)果產(chǎn)生正偏差。若污染物是不溶于水的微粒，如灰塵等，則會增加本底的散射水平，從而使光電露點儀發(fā)生零點漂移。此外，一些沸點比水低的容易冷凝的物質(zhì)（例如有機物）的蒸氣，不言而喻將對露點的測量產(chǎn)生干擾。因此，無論任何一種類型的露點儀都應防止污染鏡面。一般說來，工業(yè)流程氣體分析污染的影響是比較嚴重的。但即使是在純氣的測量中鏡面的污染亦會隨時間增加而積累。

　　7.3 露點儀測量條件的選擇

　　在露點儀的設(shè)計中要著重考慮直接影響結(jié)露過程熱質(zhì)交換的各種因素，這個原則同樣適用于自動化程度不太高的露點儀器操作條件的選擇。這里主要討論鏡面降溫速度和樣氣流速問題。

　　1）被測氣體的溫度通常都是室溫。因此當氣流通過露點室時必然要影響體系的傳熱和傳質(zhì)過程。當其它條件固定時，加大流速將有利于氣流和鏡面之間的傳質(zhì)。特別是在進行低霜點測量時，流速應適當提高，以加快露層形成速度，但是流速不能太大，否則會造成過熱問題。這對制冷功率比較小的熱電制冷露點儀尤為明顯。流速太大還會導致露點室壓力降低而流速的改變又將影響體系的熱平衡。所以在露點測量中選擇適當?shù)牧魉偈潜匾?，流速的選擇應視制冷方法和露點室的結(jié)構(gòu)而定。一般的流速范圍在0.4～0.7　L.min-1之間。為了減小傳熱的影響，可考慮在被測氣體進入露點室之前進行預冷處理。

2）在露點測量中鏡面降溫速度的控制是一個重要問題，對于自動光電露點儀是由設(shè)計決定的，而對于手控制冷量的露點儀則是操作中的問題。因為冷源的冷卻點、測溫點和鏡面間的熱傳導有一個過程并存在一定的溫度梯度。所以熱慣性將影響結(jié)露（霜）的過程和速度，給測量結(jié)果帶來誤差。

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陳秋明