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露點(diǎn)儀原理及其應(yīng)用
日期：2024-12-13 08:48
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摘要：
摘要：芬蘭維薩拉公司（ vaisala ）的露點(diǎn)儀由于使用 DRYCAP 濕度傳感器及零點(diǎn)自動(dòng)校準(zhǔn)，增益回歸三項(xiàng)**技術(shù)，使得在低濕或 / 及存在腐蝕性化學(xué)物質(zhì)氣體分子情況下準(zhǔn)確測(cè)量相對(duì)濕度，從而計(jì)算出相應(yīng)的露點(diǎn)儀成為現(xiàn)實(shí)，在測(cè)量高于負(fù) 60 度的露點(diǎn)時(shí)其精度保證在正負(fù) 2 度以內(nèi)，精度稍低時(shí)，可達(dá)到 -80 度露點(diǎn)。
主體詞： DRYCAP 濕度傳感器 自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù) 增益回歸技術(shù)
一 引言
現(xiàn)今測(cè)量露點(diǎn)普遍采用的方法有三種：冷鏡法，金屬氧化物法和聚合物法。
冷鏡法可以在很寬的測(cè)量范圍內(nèi)取得較高的精度，但由于它的光學(xué)測(cè)量原理的局限性使其極易受鏡面污染物和灰塵的影響從而影響精度并且不易區(qū)分霜點(diǎn)及露點(diǎn)，為克服上述缺點(diǎn)，測(cè)量系統(tǒng)往往附加許多額外設(shè)備提供鏡面清洗、防護(hù)等功能，造成整套設(shè)備比較昂貴，此種測(cè)量方法往往用于精度要求極高且具有良好的操作、維護(hù)的條件，如實(shí)驗(yàn)室，對(duì)于大多數(shù)在線測(cè)量則維護(hù)成本較高。
金屬氧化物傳感器，包括 AL2O3 傳感器用于工業(yè)過(guò)程控制中的低露點(diǎn)測(cè)量，正確使用時(shí)可以測(cè)得很低的露點(diǎn)，缺點(diǎn)是長(zhǎng)期穩(wěn)定性差，由于測(cè)濕敏器件本身造成的漂移使得頻繁的標(biāo)定工作必不可少，傳感器不能在線標(biāo)定，大多數(shù)情況下要送到原廠標(biāo)定且標(biāo)定成本較高，這將會(huì)影響日后的準(zhǔn)確測(cè)量、正常生產(chǎn)，增大維護(hù)、工作量，而且金屬氧化物傳感器在高濕或冷凝的情況下一旦受損，其功能將無(wú)法恢復(fù)。
芬蘭維薩拉公司（ vaisala ）是聚合物薄膜測(cè)濕傳感器的開創(chuàng)者，在測(cè)濕領(lǐng)域有 60 年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，其利用聚合物薄膜開發(fā)的專門用于測(cè)量低露點(diǎn)的傳感器 DRYCAP 性能穩(wěn)定，不受凝結(jié)水、大多數(shù)化學(xué)物質(zhì)的影響，并且由于使用 DRYCAP 的露點(diǎn)儀采用了零點(diǎn)自動(dòng)校準(zhǔn)，增益回歸兩項(xiàng)**技術(shù)使得露點(diǎn)測(cè)量范圍寬，精度高，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，性價(jià)比**。
二 工作原理
DRYCAP 傳感器由兩部分組成：電容型聚合物薄膜測(cè)濕傳感器及電阻型測(cè)濕傳感器，測(cè)濕傳感器測(cè)量被測(cè)氣體中的水分子，從而測(cè)出相對(duì)濕度；測(cè)溫傳感器測(cè)量測(cè)濕傳感器的表面濕度，儀器內(nèi)置的微處理從這兩個(gè)參數(shù)計(jì)算出露點(diǎn)。測(cè)濕、測(cè)溫傳感器通過(guò)金屬膜背靠背緊密靠近，這樣一方面使得測(cè)溫傳感器能夠準(zhǔn)確測(cè)得濕度傳感器所處溫度，另一方面通過(guò)金屬膜的作用大大減小了由于外部電場(chǎng)作用產(chǎn)生的感應(yīng)電容，從而提高了測(cè)量精度，在低濕情況下， DRYCAP 的反應(yīng)時(shí)間為 40-240 秒，取決于濕度變化方向和大小，測(cè)量高濕時(shí)反應(yīng)時(shí)間較短。 DRYCAP 的耐溫范圍為 -40-+180 度，承壓范圍為 0-20bar. 其本身耐腐蝕性也極為突出，對(duì)于堿性和弱酸性氣體有較好的適應(yīng)，通常在低濕的情況下，相對(duì)薄膜濕敏傳感器要得到 +2 度的露點(diǎn)精度所能測(cè)得的*低露點(diǎn)為 -9 度，應(yīng)用 Vaisal 的 DRYCAP 傳感器及自動(dòng)校準(zhǔn)**技術(shù)，在保證 +2 度露點(diǎn)溫度精度的同時(shí)可測(cè)得的*低露點(diǎn)為 -60 度，在精度稍低的情況下可達(dá)到 -80 度的露點(diǎn)，這是因?yàn)樽孕?zhǔn)技術(shù)使得準(zhǔn)確的相對(duì)濕度測(cè)量成為可能。
在自校準(zhǔn)過(guò)程中，測(cè)溫電阻將 DRYCAP 探頭加溫到高于環(huán)境溫度 10 度后自然冷卻，在冷卻過(guò)程中儀器測(cè)量 DRYCAP 實(shí)時(shí)溫度和相對(duì)濕度。從公式 RH=RH0+PW/PWS 中（其中 RH 為儀器測(cè)量值。 RH0 為直線在 Y 軸上截距。 PW 為此刻待測(cè)氣體中水氣分壓，假設(shè)是一定值。 PWS 為飽和水氣壓值。 1/PWS 為、溫度的函數(shù)）可見由幾組不同溫度時(shí)的 RH 、 1/PWS 值可推出一擬合直線，并推出該擬合直線在 Y 軸上的截距 RH ？即溫度無(wú)窮高時(shí)，傳感器所測(cè)相對(duì)溫度偏移開零點(diǎn)的值。
在確定 RH0 后即可進(jìn)行準(zhǔn)確的 RH 計(jì)算，從而準(zhǔn)確計(jì)算出露點(diǎn)，當(dāng)相對(duì)濕度低于 10% 時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行自校準(zhǔn)功能，此時(shí)上次的輸出參數(shù)被鎖定，校準(zhǔn)后系統(tǒng)即可輸出測(cè)量值。自校準(zhǔn)功能也可以以時(shí)間間隔方式啟動(dòng)（通常為 6 小時(shí)）。如果在校準(zhǔn)過(guò)程中溫度或露點(diǎn)測(cè)量值不穩(wěn)定，即環(huán)境影響降溫過(guò)程或假設(shè)的 PW 為一常數(shù)條件不滿足，自校準(zhǔn)功能將會(huì)在設(shè)定的時(shí)間間隔后又一次執(zhí)行，依次類推，直至溫度和露點(diǎn)溫度穩(wěn)定后才輸出真實(shí)露點(diǎn)。通過(guò)優(yōu)良的 DRYCAP 硬件設(shè)計(jì)及自動(dòng)校準(zhǔn)軟件使得準(zhǔn)確測(cè)量低濕露點(diǎn)得以實(shí)現(xiàn)。
由于某些化學(xué)物質(zhì)氣體分子長(zhǎng)期聚集在濕敏器件內(nèi)部會(huì)影響測(cè)量精度。為保證準(zhǔn)確測(cè)量， Vaisala 公司開發(fā)出增益回歸軟件，其工作過(guò)程為在零點(diǎn)自動(dòng)校準(zhǔn)軟件執(zhí)行前執(zhí)行增益回歸功能，將 DRYCAP 傳感器升溫到 160 度使其內(nèi)部聚集的化學(xué)物質(zhì)氣體分子蒸發(fā)，從而保證了準(zhǔn)確測(cè)量。同時(shí)這一方法排除了油污聚集影響反應(yīng)時(shí)間的困擾。
DRYCAP 濕敏器件不怕冷凝水，發(fā)生冷凝后自然風(fēng)干則不影響正常使用，但風(fēng)干時(shí)需將儀器取出，這會(huì)影響其他工作的正常進(jìn)行，為了防止此類情況的頻繁發(fā)生，在 DMT242 露點(diǎn)儀中還附有一保護(hù)功能，即當(dāng)時(shí)濕度意外升高到 80%RH 上時(shí)，測(cè)溫傳感器馬上對(duì)濕敏器件加熱以減小局部相對(duì)濕度從而避免飽和水汽形成。通過(guò)使用這一客戶友好功能使得停工率大幅降低，從而提高了生產(chǎn)效率。
維薩拉（ Vaisala ）露點(diǎn)儀出廠設(shè)置為 -80+20 度露點(diǎn)對(duì)應(yīng) 4~20MA ，但客戶通過(guò)軟件修改可使任意量程范圍內(nèi)參數(shù)，如： -60~~+5 度露點(diǎn)或 -75~~+15 度等對(duì)應(yīng) 4-20MA 輸出，從而大大方便了后級(jí)級(jí)聯(lián)控制。
所有露點(diǎn)儀使用一段時(shí)間后都會(huì)發(fā)生漂移，大多數(shù)露點(diǎn)儀客戶是不能自己作校正的，只能頻繁地送到廠家花費(fèi)一定的財(cái)力及時(shí)間作校正，為了方便客戶使用，所有維薩拉（ Vaisala ）露點(diǎn)儀都能使客戶在自己能找到標(biāo)準(zhǔn)濕度的情況下，通過(guò) Macrisoft Windows 中的公用軟件自己作校正，大大節(jié)省了費(fèi)用和時(shí)間，保證了正常測(cè)量。
通過(guò)多項(xiàng)**技術(shù)的使用，確保了維薩拉公司（ Vaisala ）露點(diǎn)儀在各行業(yè)的長(zhǎng)期穩(wěn)定**使用。
三 露點(diǎn)儀應(yīng)用領(lǐng)域
1. 電力系統(tǒng) SF6 露點(diǎn)檢測(cè)
2. 空氣凈化及潔凈室
3. 壓縮空氣干燥
4. 汽輪機(jī)防冰
5. 干燥工業(yè)
6. 食品加工
7. 塑料基片干燥
8. 動(dòng)力氣質(zhì)量控制
9. 氨氣生產(chǎn)及純度維護(hù)
10. 需要極干燥的環(huán)境（如手套箱，電子工業(yè)等）