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        精密露点仪的原理

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        精密露点仪的原理

        发布日期:2018-11-28 作者: 点击:

        精密露点仪的原理

        温湿度传感器

          露点法是一种古老的湿度测量方法,从经典的露点仪算起,它也有一百多年的历史了。随着科学技术的发展,露点技术臻于完善。现代的光电露点仪采用热电制冷,并且可以自动补偿零点和连续跟踪测量露点。带有微处理器的露点仪还可以把露点温度同时转换为相对湿度等测量单位。高精度露点仪在一般湿度范围的测量准确度可达±1℃露点温度。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。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。本文主要从露点仪原理谈谈看法。


          原理:


          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--在冷却的过程中,气体和水汽两者的分压力保持不变。露点变送器、传感器由两部分组成:电容型聚合物薄膜测湿传感器及电阻型测湿传感器,测湿传感器测量被测气体中的水分子,从而测出相对湿度;测温传感器测量测湿传感器的表面湿度,仪器内置的微处理从这两个参数计算出露点。测湿、测温传感器通过金属膜背靠背紧密靠近,这样一方面使得测温传感器能够准确测得湿度传感器所处温度,另一方面通过金属膜的作用大大减小了由于外部电场作用产生的感应电容,从而提高了测量精度,在低湿情况下, DRYCAP 的反应时间为 40-240 秒,取决于湿度变化方向和大小,测量高湿时反应时间较短。 DRYCAP 的耐温范围为 -40-+180 度,承压范围为 0-20bar. 其本身耐腐蚀性也极为突出,对于碱性和弱酸性气体有较好的适应,通常在低湿的情况下,相对薄膜湿敏传感器要得到 +2 度的露点精度所能测得的最低露点为 -9 度,应用 Vaisal 的 DRYCAP 传感器及自动校准专利技术,在保证 +2 度露点温度精度的同时可测得的最低露点为 -60 度,在精度稍低的情况下可达到 -80 度的露点,这是因为露点变送器自校准技术使得准确的相对湿度测量成为可能。


          在自校准过程中,测温电阻将探头加温到高于环境温度 10 度后自然冷却,在冷却过程中仪器测量实时温度和相对湿度。从公式 RH=RH0+PW/PWS 中(其中 RH 为仪器测量值。 RH0 为直线在 Y 轴上截距。 PW 为此刻待测气体中水气分压,假设是一定值。 PWS 为饱和水气压值。 1/PWS 为、温度的函数)可见由几组不同温度时的 RH 、 1/PWS 值可推出一拟合直线,并推出该拟合直线在 Y 轴上的截距 RH ?即温度无穷高时,温湿度传感器所测相对温度偏移开零点的值。


          在确定 RH0 后即可进行准确的 RH 计算,从而准确计算出露点,当相对湿度低于 10% 时,系统自动执行自校准功能,此时上次的输出参数被锁定,校准后系统即可输出测量值。自校准功能也可以以时间间隔方式启动(通常为 6 小时)。如果在校准过程中温度或露点测量值不稳定,即环境影响降温过程或假设的 PW 为一常数条件不满足,温湿度传感器自校准功能将会在设定的时间间隔后又一次执行,依次类推,直至温度和露点温度稳定后才输出真实露点。通过优秀的硬件设计及自动校准软件使得准确测量低湿露点得以实现。


          由于某些化学物质气体分子长期聚集在湿敏器件内部会影响测量精度。为保证准确测量, 开发出增益回归软件,其工作过程为在零点自动校准软件执行前执行增益回归功能,将传感器升温到 160 度使其内部聚集的化学物质气体分子蒸发,从而保证了准确测量。同时这一方法排除了油污聚集影响反应时间的困扰。


          湿敏器件不怕冷凝水,发生冷凝后自然风干则不影响正常使用,但风干时需将仪器取出,这会影响其他工作的正常进行,为了防止此类情况的频繁发生,在露点仪中还附有一保护功能,即当时湿度意外升高到 80上时,露点变送器测温传感器马上对湿敏器件加热以减小局部相对湿度从而避免饱和水汽形成。通过使用这一客户友好功能使得停工率大幅降低,从而提高了生产效率。


          露点仪出厂设置为 -80+20 度露点对应 4~20MA ,但客户通过软件修改可使任意量程范围内参数,如: -60~~+5 度露点或 -75~~+15 度等对应 4-20MA 输出,从而大大方便了后级级联控制。 所有露点仪使用一段时间后都会发生漂移,大多数露点仪客户是不能自己作校正的,只能频繁地送到厂家花费一定的财力及时间作校正,为了方便客户使用,露点仪都能使客户在自己能找到标准湿度的情况下,通过 Macrisoft Windows 中的公用软件自己作校正,大大节省了费用和时间,保证了正常测量。

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        关键词:露点变送器,精密露点仪,温湿度传感器

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