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        露点仪的选型及注意事项

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        露点仪的选型及注意事项

        发布日期:2018-09-18 作者: 点击:

        摘要 湿度被定义为气体中水蒸气的含量,是一个重要的环境参数。湿温度变送器测量气体湿度的基本量是混合比,即水蒸气质量和干气质量之比,用重量法湿度计得以实现。但用重量法测量混合比技术难度大、操作繁琐,实际测量湿度量值大多数采用露点。本文主要从露点仪分类,露点仪的如何选型,露点仪测量中应注意的问题谈谈看法。


        湿度被定义为气体中水蒸气的含量,是一个重要的环境参数。大气中的水蒸气影响着自然界的物理、化学和生物过程。湿度影响气体的热、电、光和传递方面的特性。环境湿度还影响固体和液体材料中的水分含量,引起材料的尺寸变化,金属材料的腐蚀,甚至决定生物体的存亡。湿温度变送器湿度测量和控制广泛应用于航空航天、微电子、原子能、石油化工、电力、气象、仓储等领域。鉴于湿度测量的重要性,各国都在不断更新改造其湿度标准。


        测量气体湿度的基本量是混合比,即水蒸气质量和干气质量之比,用重量法湿度计得以实现。在重量法湿度计中,气流中的水蒸气和载气被分离,并且被分别收集和称量(或间接测量干气的体积和密度)。但用重量法测量混合比技术难度大、操作繁琐。实际测量湿度量值大多数采用露点,尽管露点不是最基本的湿度单位量。如果把混合比与湿度的关系比喻为热力学温标与温度的关系,则露点与湿度的关系类似于实用温标(ITS-90)与温度的关系。


        天然气露点仪露点湿度计的原理可以通过一个简单的实验来说明。若将一个光洁的金属表面放到相对湿度低于100%的空气中并使之冷却,当温度降到某一数值时,靠近该表面的相对湿度达到100%,这时将有露在表面上形成。因为天然气露点仪在这个温度下空气中的水汽达到了饱和,冷表面附着的水膜和空气中的水份处于动态平衡,也就是说,在单位时间内离开和返回到表面上的水分子数相同,这就是Regnault原理。该原理可以叙述为:当一定体积的湿空气在恒定的总压力下被均匀降温,直到空气中的水汽达到饱和状态,该状态叫做露点;在天然气露点仪冷却的过程中,气体和水汽两者的分压力保持不变。如果空气的温度是Ta,露生成的温度为Td,则湿空气的相对湿度可以通过下式算出,U=[(在露点温度Td时的饱和水气压)/(在原来温度Ta时的饱和水气压)]*100%式中饱和水气压的数值可以通过查表得到。在0℃以下,水汽达到饱和时,水在镜面上结冰,此时的温度又叫做霜点。

        天然气露点仪

        目前市面上的露点仪大致可以分为以下几类:


        1 镜面式露点仪


        不同水份含量的气体在不同温度下的镜面上会结露。采用光电检测技术,检测出露层并测量结露时的温度。


        2 冷镜式露点仪


        直接显示露点。镜面制冷的方法有:半导体制冷、液氮制冷和高压空气制冷。镜面式露点仪采用的是直接测量方法,露点变送器在保证检露准确、镜面制冷高效率和精密测量结露温度前提下,该种露点仪可作为标准露点仪使用。目前国际上最高精度达到±0.1℃(露点温度),一般精度可达到±0.5℃以内。


        3 电传感器式露点仪


        采用亲水性材料或憎水性材料作为介质,构成电容或电阻,露点变送器在含水份的气体流经后,介电常数或电导率发生相应变化,测出当时的电容值或电阻值,就能知道当时的气体水份含量。建立在露点单位制上设计的该类传感器,构成了电传感器式露点分析仪。目前国际上最高精度达到±1.0℃(露点温度),一般精度可达到±3℃以内。



        4 电解法露点仪


        利用五氧化二磷等材料吸湿后分解成极性分子,从而在电极上积累电荷的特性,设计出建立在绝对含湿量单位制上的电解法微水份仪。目前国际上最高精度达到±1.0℃(露点温度),一般精度可达到±3℃以内。


        5 晶体振荡式露点仪


        利用晶体沾湿后振荡频率改变的特性,可以设计晶体振荡式露点仪。这是一项较新的技术,目前尚处于不十分成熟的阶段。国外有相关产品,但精度较差且成本很高。


        6 红外露点仪


        利用气体中的水份对红外光谱吸收的特性,可以设计红外式露点仪。目前该仪器很难测到低露点,露点变送器主要是红外探测器的峰值探测率还不能达到微量水吸收的量级,还有气体中其他成份含量对红外光谱吸收的干扰。但这是一项很新的技术,对于环境气体水份含量的非接触式在线监测具有重要的意义。


        7 半导体传感器露点仪


        每个水分子都具有其自然振动频率,当它进入半导体晶格的空隙时,就和受到充电激励的晶格产生共振,其共振频率与水的摩尔数成正比。水分子的共振能使半导体结放出自由电子,从而使晶格的导电率增大,阻抗减小。利用这一特性设计的半导体露点仪可测到-100℃露点的微量水份。



        7.1 讲露点仪的选型


        露点仪(湿度仪器)湿温度变送器测量的方法可谓五花八门,其性能与价格也相差悬殊,这就要求我们选用仪器时要谨慎小心,不但要考虑到性能和价格,还应该考虑到仪器使用的场合和所测气体的种类及腐蚀性等。总体原则如下:


        (1)国家级湿度基准:考虑到要求测量准确度高,样气理想,一般应选用冷镜式露点仪。


        (2)企业基准或实验室分析:如果测量准确度要求较高,可选用冷镜法仪器;如果量程要求较低(露点-80℃以下)且气体较清洁,可选用电解法仪器。


        (3)现场检测:如果测量准确度要求较高,可选用冷镜法仪器(同上);如果要求测量速度快或气体污染较重,最好选用阻容法仪器。


        (4)连续在线监测:如果精度要求不太高,可选用阻容法仪器。


        7.2 露点仪测量中应注意的问题


        镜面污染对露点测量的影响:在露点测量中,镜面污染是一个突出的问题,其影响主要表现在两个方面;一是拉乌尔效应,二是改变镜面本底放射水平。拉乌尔效应是由水溶性物质造成的。如果被测气体中携带这种物质(一般是可溶性盐类)则镜面提前结露,使测量结果产生正偏差。若污染物是不溶于水的微粒,如灰尘等,则会增加本底的散射水平,从而使光电露点仪发生零点漂移。此外,一些沸点比水低的容易冷凝的物质(例如有机物)的蒸气,不言而喻将对露点的测量产生干扰。因此,无论任何一种类型的露点仪都应防止污染镜面。一般说来,工业流程气体分析污染的影响是比较严重的。但即使是在纯气的测量中镜面的污染亦会随时间增加而积累。



        7.3 露点仪测量条件的选择


        在露点仪的设计中要着重考虑直接影响结露过程热质交换的各种因素,这个原则同样适用于自动化程度不太高的露点仪器操作条件的选择。这里主要讨论镜面降温速度和样气流速问题。


        (1)被测气体的温度通常都是室温。因此当气流通过露点室时必然要影响体系的传热和传质过程。当其它条件固定时,加大流速将有利于气流和镜面之间的传质。特别是在进行低霜点测量时,流速应适当提高,以加快露层形成速度,但是流速不能太大,否则会造成过热问题。这对制冷功率比较小的热电制冷露点仪尤为明显。流速太大还会导致露点室压力降低而流速的改变又将影响体系的热平衡。所以在露点测量中选择适当的流速是必要的,流速的选择应视制冷方法和露点室的结构而定。一般的流速范围在0.4~0.7 -1之间。为了减小传热的影响,可考虑在被测气体进入露点室之前进行预冷处理。


        (2)在露点测量中镜面降温速度的控制是一个重要问题,对于自动光电露点仪是由设计决定的,而对于手控制冷量的露点仪则是操作中的问题。因为冷源的冷却点、测温点和镜面间的热传导有一个过程并存在一定的温度梯度。所以热惯性将影响结露(霜)的过程和速度,给测量结果带来误差。


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        关键词:天然气露点仪,露点变送器,湿温度变送器

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