測試原理
濕度測量儀器從原理上可分為冷鏡式、完全吸收電解式、Al2O3電容式、薄膜電容式、電阻式、干濕球、機(jī)械式。其中完全吸收電解式微水儀、Al2O3電容式露點(diǎn)儀一般用于低濕范圍的測量,而電阻式、干濕球、機(jī)械式濕度計(jì)只能用于相對濕度的測量,冷鏡式、薄膜電容式(Vaisala公司的**)濕度計(jì)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(diǎn)。其中冷鏡式露點(diǎn)儀是*準(zhǔn)確、*可靠、*基本的測量方法,被廣泛地用于標(biāo)準(zhǔn)傳遞,但其缺點(diǎn)是價(jià)格比較昂貴,并需要有經(jīng)驗(yàn)的人操作及保養(yǎng)。
1.冷鏡式露點(diǎn)儀
測量原理
被測濕氣進(jìn)入露點(diǎn)測量室時(shí)掠過冷鏡面,當(dāng)鏡面溫度高于濕氣的露點(diǎn)溫度時(shí),鏡面呈干燥狀態(tài),此時(shí)光電檢露裝置中光源發(fā)出的光照在鏡面上,幾乎完全反射,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(dòng)熱電泵,對鏡面致冷。當(dāng)鏡面溫度降至濕氣露點(diǎn)溫度時(shí),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(lì),使其制冷功率適當(dāng)減小,*后,鏡面溫度保持在樣氣露點(diǎn)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(diǎn)儀的公司,例如美國的GE、Edgetech、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(shí)對反射光及散射光進(jìn)行檢測,芬蘭Vaisala則是利用聲波作檢測系統(tǒng)。
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(dāng)鏡面溫度繼續(xù)下降時(shí),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(shí)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(huì)使水膜縮聚成液滴。隨著鏡面溫度的進(jìn)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(kuò)散,此時(shí)可以認(rèn)為液-汽平衡開始,即達(dá)到露點(diǎn)。
優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn):屬基本測量,測量準(zhǔn)確,并且儀器比較穩(wěn)定無漂移,目前準(zhǔn)確度*高的儀器可達(dá)±0.1℃。
缺點(diǎn):價(jià)格較高,對操作人員的要求較高,并需進(jìn)行維護(hù)。對污染物敏感。在-20℃~0℃范圍內(nèi)有時(shí)會(huì)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(jì)
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(jìn)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(gè)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(gè)電容器的阻抗與水分子個(gè)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(diǎn)值。
位于鋁和金電極之間的氧化鋁薄層在10-3Pa(約相當(dāng)于-110℃露點(diǎn))到水的飽和汽壓的整個(gè)范圍內(nèi)都有響應(yīng)。由于其對水的強(qiáng)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(jī)氣和液體沒有響應(yīng)。
在中高濕范圍其準(zhǔn)確度一般為±1~±2℃,低濕范圍,比如-100℃時(shí),準(zhǔn)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(huì)損壞傳感器,因此應(yīng)盡量避免。
2 .2使用注意事項(xiàng)
這類儀器通常的測量范圍為-110℃~+20℃。當(dāng)被測露點(diǎn)較高時(shí),會(huì)使得儀器產(chǎn)生較大的漂移。同時(shí)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(shí)氣體總壓的變化。
避免灰塵、油污,測量時(shí)氣體流量較大,一般為3~5(L/min),甚至更大。
2.3 優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn):較寬的響應(yīng)范圍,從1μL/L(ppmv)到80%RH,可以遠(yuǎn)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(hù)量較小,體積小。
缺點(diǎn):該方法是間接測量,在較高的溫度下操作或某些氣體會(huì)引起漂移,受腐蝕性氣體的影響,必須定期校準(zhǔn)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(jìn)行校準(zhǔn),不能通用。