露點儀的基本測量方法

摘要：露點儀是能直接測出露點溫度的儀器。使一個鏡面處在樣品濕空氣中降溫，直到鏡面上隱現(xiàn)露滴（或冰晶）的瞬間，測出鏡面平均溫度，即為露（霜）點溫度。它測濕精度高，但需光潔度很高的鏡面，精度很高的溫控系統(tǒng)，以及靈敏度很高的露滴（冰晶）的光學(xué)探測系統(tǒng)。使用時必須使吸入樣本空氣的管道保持清潔，否則管道內(nèi)的雜質(zhì)將吸收或放出水分造成測量誤差。

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重量法

　　是一種經(jīng)典的測量方法。讓所測樣氣流經(jīng)某一干燥劑，其所含水分被干燥劑吸收，稱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)點是精度高，zui大允許誤差可達0.1%；缺點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），這對于低濕度氣體尤其困難，必須加大樣氣流量，結(jié)果會導(dǎo)致測量時間和誤差增大（測得的濕度不是瞬時值）。因而該方法只適合于測量露點-32℃以上的氣體，可以說市場上純粹利用該方法測濕度的儀器較少。

　　由以上分析可知，重量法的關(guān)鍵是怎樣測量干燥劑吸收的水分含量，因為直接測量比較困難，由此衍生了兩種間接測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，通過檢測該電流即可測得樣氣的濕度。該方法彌補了重量法的缺點，測量量程可達-80℃以下，且精度較好，價格便宜；缺點是電解池氣路需要在使用前干燥很長時間，且對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Edgetech 公司的1-C型微水儀和杜邦公司的M303及國產(chǎn)的USI系列產(chǎn)品。

振動頻率法

　　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)量不同時振動頻率不同的特點，讓樣氣和標準干燥氣流經(jīng)該晶體，因而產(chǎn)生不同的振動頻率差△f1和△f2，計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，且使用前勿須干燥。典型代表儀器是美國AMETEK公司的560B。

冷鏡法

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

阻容法

　　是一種不斷完善的濕度測量方法。利用一個高純鋁棒，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，測量該電容值即可得到樣氣的濕度。該方法的主要優(yōu)點是測量量程可更低，甚至達-100℃，另一突出優(yōu)點是響應(yīng)速度非常快，從干到濕響應(yīng)一分鐘可達90%，因而多用于現(xiàn)場和快速測量場合；缺點是精度較差，不確定度多為±2～3℃。老化和漂移嚴重，使用3~6個月必須校準。該方法的典型廠家代表為英國Alpha濕度儀器公司，愛爾蘭的PANAMETRICS公司及美國的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，通過改變材料和提高工藝使得傳感器穩(wěn)定度大大提高，通過對傳感器響應(yīng)曲線的補償作到了飽和線性，解決了自動校準問題。代表產(chǎn)品為英國MICHELL的EASYDEW系列，采用陶瓷基底的氧化鋁電容及C2TX微處理器。

濕度測量方法

　　MICHELL公司Optidew Vision 冷鏡法露點儀

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，直接顯示露點。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)。

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(dǎo)率發(fā)生相應(yīng)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)。

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)。

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。

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。

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

幾種微量水測量方法及露點儀選型