露點(diǎn)儀技術(shù)介紹及其應(yīng)用
導(dǎo)讀:露點(diǎn)儀由于使用DRYCAP®濕度傳感器及零點(diǎn)自動(dòng)校準(zhǔn)、增益回歸三項(xiàng)技術(shù)，使得在低濕或/及存在腐蝕性化學(xué)物質(zhì)氣體分子的情況下準(zhǔn)確測量相對(duì)濕度，從而計(jì)算出相應(yīng)的露點(diǎn)成為現(xiàn)實(shí)，在測量高于-60℃的露點(diǎn)時(shí)其精度保證在±2℃以內(nèi)，精度稍低時(shí)，可達(dá)到-80℃露點(diǎn)。
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露點(diǎn)儀
一、引言
現(xiàn)今測量露點(diǎn)儀普遍采用的方法有三種：冷鏡法、金屬氧化物法和聚合物法。
冷鏡法可以在很寬的測量范圍內(nèi)取得較高的精度，但由于它的光學(xué)測量原理的局限性使其極易受鏡面污染物和灰塵的影響，從而影響精度；并且不易區(qū)分霜點(diǎn)及露點(diǎn)。為克服上述缺點(diǎn)，測量系統(tǒng)往往附加許多額外設(shè)備以提供鏡面清洗、防護(hù)等功能，造成整套設(shè)備比較昂貴。冷鏡法測量方法往往用于精度要求*且具有良好的操作、維護(hù)的條件（如實(shí)驗(yàn)室），而對(duì)于大多數(shù)在線測量，則維護(hù)成本較高。
金屬氧化物傳感器（包括AL2O3傳感器），用于工業(yè)過程控制中的低露點(diǎn)測量。此種測量法在正確使用時(shí)可以測得很低的露點(diǎn)，其缺點(diǎn)是長期穩(wěn)定性差。由于測濕敏元件本身造成的漂移，使得頻繁的標(biāo)定工作*，而且傳感器不能在線標(biāo)定，大多數(shù)情況下要送到原廠標(biāo)定，且標(biāo)定成本較高。這將會(huì)影響日后的準(zhǔn)確測量、正常生產(chǎn)，增大了維護(hù)工作量。金屬氧化物傳感器在高濕或冷凝的情況下一旦受損，其功能將無法恢復(fù)。
聚合物薄膜測量傳感器的*者，在濕度測量領(lǐng)域有60年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，其利用聚合物薄膜開發(fā)的專門用于測量低露點(diǎn)的傳感器DRYCAP®性能穩(wěn)定，不受凝結(jié)水和大多數(shù)化學(xué)物質(zhì)的影響，并且由于使用DRYCAP®的露點(diǎn)儀采用了零點(diǎn)自動(dòng)校準(zhǔn)、增益回歸兩項(xiàng)技術(shù)，使得露點(diǎn)儀的露點(diǎn)測量范圍寬、精度高、長期穩(wěn)定性好、性價(jià)比。
二、技術(shù)介紹
DRYCAP®傳感器由兩部分組成：電容型聚合物薄膜測濕傳感器及電阻型測溫傳感器，測濕傳感器測量被測氣體中的水分子，從而測出相對(duì)濕度；測溫傳感器測量測濕傳感器的表面溫度；儀器內(nèi)置的微處理器從這兩個(gè)參數(shù)計(jì)算出露點(diǎn)。測濕、測溫傳感器通過金屬膜背靠背緊密靠近，這樣一方面使得測溫傳感器能夠準(zhǔn)確測得濕度傳感器所處溫度；另一方面通過金屬膜的作用大大減小了外部電場作用產(chǎn)生的感應(yīng)電容，從而提高了測量精度。在低濕情況下，DRYCAP®的反應(yīng)時(shí)間為40……240秒，取決于濕度變化方向和大小，測量高濕時(shí)反應(yīng)時(shí)間較短。DRYCAP®的耐溫范圍-40……+180℃，承壓范圍為0……20bar。其本身耐腐蝕性也極為突出，對(duì)于堿性和弱酸性氣體有較好的適應(yīng)。通常在低濕的情況下，相對(duì)濕度微小的誤差都會(huì)使露點(diǎn)的計(jì)算產(chǎn)生很大的偏差，例如：在室溫情況下，-40℃和-50℃的露點(diǎn)相當(dāng)于此時(shí)0．8%RH和0．3%RH的相對(duì)濕度采用相對(duì)濕度精度為±2%RH的一般薄膜濕敏傳感器要得到±2%℃的露點(diǎn)精度所能測得的zui低露點(diǎn)為-9℃，應(yīng)用Vaisala的DRYCAP®傳感器及自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)，在保證±2%℃露點(diǎn)精度的同時(shí)可測得的zui低露點(diǎn)為-60℃，在精度稍低的情況下可達(dá)到-80℃的露點(diǎn)，這是因?yàn)樽詣?dòng)校準(zhǔn)技術(shù)使得準(zhǔn)確的相對(duì)濕度測量成為可能。
在自校準(zhǔn)過程中，測溫電阻將DRYCAP®探頭加溫到高于環(huán)境溫度10℃后自然冷卻，在冷卻過程中儀器測量DRYCAP®實(shí)時(shí)溫度和相對(duì)濕度，從公式RH=RH0+PW/PWS中（其中RH為儀器測量值，RH0為直線在Y軸上載距，PW為此刻待測氣體中水氣分壓，假設(shè)是一定值，PWS為飽和水氣壓值，1/PWS為溫度的函數(shù)）可見由幾組不同溫度時(shí)的RH、1/PWS值可推出一擬合直線，并推出該擬合直線在Y軸上的截距RH0。即溫度無窮高時(shí)，傳感器所測相對(duì)濕度偏移開零點(diǎn)的值。
在確定RH0后，即可進(jìn)行準(zhǔn)確的RH計(jì)算，從而準(zhǔn)確計(jì)算出露點(diǎn)，當(dāng)相對(duì)濕度低于10%時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行自校準(zhǔn)功能，此時(shí)上次的輸出參數(shù)被鎖定，校準(zhǔn)后系統(tǒng)即可輸出測量值。自校準(zhǔn)功能也可以以時(shí)間間隔方式啟動(dòng)（通常為6小時(shí)）。如果在校準(zhǔn)過程中溫度或露點(diǎn)測量值不穩(wěn)定，即環(huán)境影響降溫過程或假設(shè)的PW為一常數(shù)條件不滿足，自校準(zhǔn)功能將會(huì)在設(shè)定的時(shí)間間隔后，再次執(zhí)行．依此類推，直至溫度和露點(diǎn)溫度穩(wěn)定后才輸出真實(shí)露點(diǎn)。通過的DRYCAP®硬件設(shè)計(jì)及自動(dòng)校準(zhǔn)軟件使得準(zhǔn)確測量低濕露點(diǎn)得以實(shí)現(xiàn)。
由于某些化學(xué)物質(zhì)氣體分子長期聚集在濕敏元件內(nèi)部影響測量精度，為保證準(zhǔn)確測量，增益回歸軟件，其工作過程為在零點(diǎn)自動(dòng)校準(zhǔn)軟件執(zhí)行前執(zhí)行增益回歸功能，將DRYCAP®傳感器升溫到160℃，使其內(nèi)部聚集的化學(xué)物質(zhì)分子蒸發(fā)，從而保證了準(zhǔn)確測量，同時(shí)這一方法排除了油污聚集影響反應(yīng)時(shí)間的困擾。
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