各种湿度露点测量方法及其优缺点.doc

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1、仪器测量原理湿度测量仪器从原理上可分为冷镜式、完全吸收电解式、Al2O3电容式、薄膜电容式、电阻式、干湿球、机械式。其中完全吸收电解式微水仪、Al2O3电容式露点仪一般用于低湿范围的测量，而电阻式、干湿球、机械式湿度计只能用于相对湿度的测量，冷镜式、薄膜电容式（Vaisala公司的专利）湿度计则不仅能用于低湿的测量，还能用于中高湿，即相对湿度的测量。上述各种原理的仪器各有其优缺点。其中冷镜式露点仪是最准确、最可靠、最基本的测量方法，被广泛地用于标准传递，但其缺点是价格比较昂贵，并需要有经验的人操作及保养

2、。1.1冷镜式露点仪1.1.1测量原理被测湿气进入露点测量室时掠过冷镜面，当镜面温度高于湿气的露点温度时，镜面呈干燥状态，此时光电检露装置中光源发出的光照在镜面上，几乎完全反射，由光电传感器感应到并输出光电信号，经控制回路比较、放大、驱动热电泵，对镜面致冷。当镜面温度降至湿气露点温度时，镜面上开始结露（霜），光照在镜面上出现漫反射，光电传感器感应到的反射信号随之减弱，此变化经控制回路比较、放大后调节热电泵激励，使其制冷功率适当减小，最后，镜面温度保持在样气露点温度上。镜面温度由一紧贴在冷镜面下方的铂电阻

3、温度传感器感应，并显示在显示窗上。目前世界上生产冷镜式露点仪的公司，例如美国的GE、Edgetech、瑞士的MBW等公司均是采用这一原理，英国的MICHELL则是采用双光路检测系统，即同时对反射光及散射光进行检测，芬兰Vaisala则是利用声波作检测系统。在测量过程中，随着温度的降低，被测气体中的水汽接近饱和状态，由于引力作用，水分子吸附在镜面上形成一层薄薄的水膜。这是形成露的第一阶段。当镜面温度继续下降时，水膜的厚度逐渐增加，这是形成露的第二阶段。在这一阶段内，自由表面对水分子的引力与水膜的表面张力之

4、间的力量对比开始发生变化，后者的影响逐渐起支配作用。此时冷却表面上的任何不稳定的因素，例如镜面上的微小伤痕等，都会使水膜缩聚成液滴。随着镜面温度的进一步下降，露滴开始出现，通过显微镜可以看到孤立生长而且分布不规则的露滴，然后露层以很快的速度在表面上扩散，此时可以认为液-汽平衡开始，即达到露点。1.1.2结构1.1.2.1镜面　　镜面应憎水，具有良好的导热性，还要耐磨、耐腐蚀，光学性能好。在过去曾使用金做镜面，目前则主要使用铑做镜面。1.1.2.2镜面致冷　　在过去曾使用过乙醚蒸发、机械致冷、液化气体或干

5、冰致冷、压缩空气致冷，目前最常用的则是热电致冷或热电与机械致冷相结合（露点低于-60℃）。在本文中着重介绍热电致冷。热电致冷又称半导体致冷，帕尔贴致冷（来自其英文名称Peltier）。其原理是当有一股直流电通过由两种不同的金属组成的NP元件时，热量会从一种金属传递到另一种金属，正好与热电偶测温相反。因此当将帕尔帖的冷端与镜面相连，其另一端作为散热端时，便可将镜面致冷。为了获得不同程度的低温可采用多级叠加的办法。由美国GE公司给出的资料显示，一般说来，假如室温为25℃时，一级致冷时，冷热端温差可达55℃，

6、二级致冷时冷热端温差可达75℃，四级致冷时冷热端温差可达105℃，五级致冷时冷热端温差可达120℃。不同公司的产品其致冷量也会有稍许的不同。热端温度越高，致冷效率越高，冷热端温差越大。为了降低冷端的温度，通常会采用风冷、水冷及机械致冷来降低热端的温度。但也不是可以无限制地降低。需要注意的是其致冷能力并不能代表露点仪的测量范围。露点仪的测量范围的定义是镜面上可以获得稳定的，具有一定厚度的露或霜层时镜面的温度，因此在一般的露/霜点下，其测量范围一般比其致冷能力高5℃，在低霜点的情况下，一般高10℃~12℃。

7、例如瑞士MBW公司生产的DP19露点仪，当室温为10℃时，其最低测量范围为-60℃，当室温为20℃时，其最低测量范围为-55℃，当室温为35℃时，其最低测量范围为-45℃。由于氢气及氦气的热导率较高，因此其测量范围会缩小几度。当被测气体的压力增大，其测量范围也会缩小，对于空气和氮气来说，在高于常压的情况下，每增加1个大气压，其测量范围降低0.67℃左右。1.1.2.3测温装置目前绝大部分采用四线制铂电阻测温。铂电阻感温元件在相当宽的温度范围内阻值　和温度近于线性关系，精度高，稳定性好，输出信号较强，便于

8、数字显示。1.1.2.4检测系统目前除芬兰Vaisala公司最近研制生产的冷镜式露点仪是采用声波原理来测量外，其它均是采用光电检测器来测量及控制。光电检测技术已有几十年的历史，比较成熟，但其缺点是不能区分过冷水和霜。1.1.3使用注意事项1.1.3.1过冷水与霜在0~-20℃这一范围内，镜面上极易形成过冷水，由于冰面和水面上的饱和水汽压不同，因此假如在镜面上形成过冷水，测得的数值要低于霜点，温度不同，差别也不同。例如霜点为-10℃时，对应的