露點(diǎn)儀的濕度測(cè)量

鏡面式

不同水份含量的氣體在不同溫度下的鏡面上會(huì)結(jié)露。采用光電檢測(cè)技術(shù)，檢測(cè)出露層并測(cè)量結(jié)露時(shí)的溫度，直接顯示露點(diǎn)。鏡面制冷的方法有:半導(dǎo)體制冷、液氮制冷和高壓空氣制冷。鏡面式露點(diǎn)儀采用的是直接測(cè)量方法，在保證檢露準(zhǔn)確、鏡面制冷率和精密測(cè)量結(jié)露溫度前提下，該種露點(diǎn)儀可作為標(biāo)準(zhǔn)露點(diǎn)儀使用。目前上zui高精度達(dá)到±0.1℃(露點(diǎn)溫度)，一般精度可達(dá)到±0.5℃以?xún)?nèi)電傳感器式露點(diǎn)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(dǎo)率發(fā)生相應(yīng)變化，測(cè)出當(dāng)時(shí)的電容值或電阻值，就能知道當(dāng)時(shí)的氣體水份含量。建立在露點(diǎn)單位制上設(shè)計(jì)的該類(lèi)傳感器，構(gòu)成了電傳感器式露點(diǎn)分析儀。目前上zui高精度達(dá)到±1.0℃(露點(diǎn)溫度)，一般精度可達(dá)到±3℃以?xún)?nèi)。

電解法露點(diǎn)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(jì)出建立在含濕量單位制上的電解法微水份儀。

晶體振蕩式露點(diǎn)儀

利用晶體沾濕后振蕩頻率改變的特性，可以設(shè)計(jì)晶體振蕩式露點(diǎn)儀。這是一項(xiàng)較新的技術(shù)，尚處于不十分成熟的階段。國(guó)外有相關(guān)產(chǎn)品，但精度較差且成本很高。

紅外露點(diǎn)儀

利用氣體中的水份對(duì)紅外光譜吸收的特性，可以設(shè)計(jì)紅外式露點(diǎn)儀。該儀器很難測(cè)到低露點(diǎn)，主要是紅外探測(cè)器的峰值探測(cè)率還不能達(dá)到微量水吸收的量級(jí)，還有氣體中其他成份含量對(duì)紅外光譜吸收的干擾。但這是一項(xiàng)很新的技術(shù)，對(duì)于環(huán)境氣體水份含量的非接觸式在線監(jiān)測(cè)具有重要的意義。

半導(dǎo)體傳感器

每個(gè)水分子都具有其自然振動(dòng)頻率，當(dāng)它進(jìn)入半導(dǎo)體晶格的空隙時(shí)，就和受到充電激勵(lì)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(dǎo)體結(jié)放出自由電子，從而使晶格的導(dǎo)電率增大，阻抗減小。利用這一特性設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體露點(diǎn)儀可測(cè)到-100℃露點(diǎn)的微量水份。

重量法

是一種經(jīng)典的測(cè)量方法。讓所測(cè)樣氣流經(jīng)某一干燥劑，其所含水分被干燥劑吸收，稱(chēng)取干燥劑吸收的水分含量，與樣氣體積之比即為樣氣的濕度。該方法的優(yōu)點(diǎn)是精度高，zui大允許誤差可達(dá)0.1%;缺點(diǎn)是具體操作比較困難，尤其是必須得到足夠量的吸收水質(zhì)量(一般不小于0.6克)，這對(duì)于低濕度氣體尤其困難，必須加大樣氣流量，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致測(cè)量時(shí)間和誤差增大(測(cè)得的濕度不是瞬時(shí)值)。因而該方法只適合于測(cè)量露點(diǎn)-32℃以上的氣體，可以說(shuō)市場(chǎng)上純粹利用該方法測(cè)濕度的儀器較少。

由以上分析可知，重量法的關(guān)鍵是怎樣測(cè)量干燥劑吸收的水分含量，因?yàn)橹苯訙y(cè)量比較困難，由此衍生了兩種間接測(cè)量吸收水含量的方法。

電解法

就是將干燥劑吸收的水分經(jīng)電解池電解成氫氣和氧氣排出，電解電流的大小與水分含量成正比，通過(guò)檢測(cè)該電流即可測(cè)得樣氣的濕度。該方法彌補(bǔ)了重量法的缺點(diǎn)，測(cè)量量程可達(dá)-80℃以下，且精度較好，價(jià)格便宜;缺點(diǎn)是電解池氣路需要在使用前干燥很長(zhǎng)時(shí)間，且對(duì)氣體的腐蝕性及清潔性要求較高。采用該方法的儀器較多，典型的是美國(guó)Edgetech 公司的1-C型微水儀和杜邦公司的M303及國(guó)產(chǎn)的USI系列產(chǎn)品。

振動(dòng)頻率法

就是將重量法中的干燥劑換用一種吸濕性的石英晶體，根據(jù)該晶體吸收水分質(zhì)量不同時(shí)振動(dòng)頻率不同的特點(diǎn)，讓樣氣和標(biāo)準(zhǔn)干燥氣流經(jīng)該晶體，因而產(chǎn)生不同的振動(dòng)頻率差△f1和△f2，計(jì)算兩頻率之差即可得到樣氣的濕度。該方法具有電解法一樣的優(yōu)點(diǎn)，且使用前勿須干燥。典型代表儀器是英國(guó)Michell的QMA系列、美國(guó)AMETEK公司的560B。

冷鏡法

也是一種經(jīng)典的測(cè)量方法。讓樣氣流經(jīng)露點(diǎn)冷鏡室的冷凝鏡，通過(guò)等壓制冷，使得樣氣達(dá)到飽和結(jié)露狀態(tài)(冷凝鏡上有液滴析出)，測(cè)量冷凝鏡此時(shí)的溫度即是樣氣的露點(diǎn)。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是精度高，尤其在采用半導(dǎo)體制冷和光電檢測(cè)技術(shù)后，不確定度甚至可達(dá)0.1℃;缺點(diǎn)是響應(yīng)速度較慢，尤其在露點(diǎn)-60℃以下，平衡時(shí)間甚至達(dá)幾個(gè)小時(shí)，而且此方法對(duì)樣氣的清潔性和腐蝕性要求也較高，否則會(huì)影響光電檢測(cè)效果或產(chǎn)生'偽結(jié)露'造成測(cè)量誤差。該方法的典型廠家代表是及英國(guó)Michell公司,美國(guó)General Eastern公司及瑞士MBW公司等。

阻容法

是一種不斷完善的濕度測(cè)量方法。利用一個(gè)高純鋁棒，表面氧化成一層超薄的氧化鋁薄膜，其外鍍一層多空的網(wǎng)狀金膜，金膜與鋁棒之間形成電容，由于氧化鋁薄膜的吸水特性，導(dǎo)致電容值隨樣氣水分的多少而改變，測(cè)量該電容值即可得到樣氣的濕度。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量量程可更低，甚至達(dá)-100℃，另一突出優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度非?？?，從干到濕響應(yīng)一分鐘可達(dá)90%，因而多用于現(xiàn)場(chǎng)和快速測(cè)量場(chǎng)合;缺點(diǎn)是精度較差，不確定度多為±2~3℃。老化和漂移嚴(yán)重，使用3~6個(gè)月必須校準(zhǔn)。該方法的典型廠家代表為英國(guó)Alpha濕度儀器公司，愛(ài)爾蘭的PANAMETRICS公司及美國(guó)的XENTAUR公司。但隨著各廠家的不斷努力，該方法正在逐漸得到完善，例如，通過(guò)改變材料和提高工藝使得傳感器穩(wěn)定度大大提高，通過(guò)對(duì)傳感器響應(yīng)曲線的補(bǔ)償作到了飽和線性，解決了自動(dòng)校準(zhǔn)問(wèn)題。代表產(chǎn)品為英國(guó)Michell的Easidew系列，采用陶瓷基底的氧化鋁電容及C2TX微處理器。