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使被测气体在恒定压力下,以一定流量流经露点仪测量室中的抛光金属镜面,该镜面的温度可人为地降低并可精确地测量。当气体中的水蒸气随着镜面温度的逐渐降低而达到饱和时,镜面上开始出现露(或霜),此时所测得的镜面温度即为露点。用相应的换算式或查表即可得到用体积比表示的湿度。
露点仪可以用不同的方法设计,主要的不同在于金属镜面的性质、冷却镜面的方法、控制镜面温度的方法、测定温度的方法以及检测出露的方法。常见的露点仪可以分为两大类,即目视露点仪和光电露点仪。
光电露点仪通常采用热电效应制冷(也就是半导体制冷,采用多级Peltier)元件串联以获得不同的低温),由光电传感器检测露的生成与消失,并控制热电泵的制冷功率,用紧贴在冷镜下方的铂电阻温度传感器测量温度。在测量室内,由光源照射到冷镜表面的光经反射后,被光电传感器接受并输出电信号到控制回路,驱动热电泵对冷镜制冷。当镜面出露时,由于漫反射而使光电传感器接受的光强减弱,输出的电信号也相应减弱,此变化经控制回路比较、放大后调节热电泵激励,使其制冷功率减小,镜面温度将上升而消露。
如此反复,终使镜面温度保持在气体的露点温度上。通过镜面冷凝状态观察镜,可以判断镜面上的冷凝物是液态的露(呈圆或椭圆形)还是固态的霜(呈晶形)。光电露点仪有相当高的准确度和精密度,操作简单方便,获得了广泛的应用。
1)连接好待测设备的取样口和仪器进气口之间的管路,确保所有接头处均无泄漏。
2)调节待测气体流量至规定范围内。由于气体露点与其流量没有直接关系,所以流量不作严格要求,按说明书要求控制在一定范围内即可。
3)对光电露点仪,打开测量开关,仪器即开始自动测量。待观察到镜面上的冷凝物或出露指示器指示已出露;且露点示值稳定后,即可读数。
对目视露点仪,需手动制冷,同时目视观察冷镜表面。当镜面出露时,记下出露温度,同时停止制冷;当温度回升,露完全消失时,记下消露温度。出露温度和消露温度之平均值即为露点。需要注意的是,当镜面温度离露点约5℃时,降温速度应不超过5℃/min。对不知道露点范围的气体,可先进行一次粗测。
1)干扰物质
a同体杂质及油污。绝对不溶于水的固体杂质不会改变气体的露点,但会妨碍对出露的观测。在自动仪器中,对镜面污染如果没有采用补偿装置,在低露点测量时,有时会因镜面上附着固体杂质使测得的露点值偏高,这时需用适当溶剂对镜面人工清洗。为了防止固体杂质的干扰,好在仪器入口设置不吸附水分的过滤器。
如果被测气体中有油污,应在气体进入测量室前除去。b以蒸气形式存在的杂质。如果气体中以蒸气形式存在的杂质(如烃类)会先于水蒸气而结露,或者气体中含有能与水共同在镜面上凝结的物质(如甲醇),则必须先采取措施除掉。如果烃类的露点低于水蒸气的露点,则不会影响测定。通常在SF6的测定中,不需考虑蒸气杂质的干扰。
2)冷壁效应
除冷镜外,仪器其余部分和管道的温度应高于气体露点至少2℃,否则水蒸气将在冷点凝结,从而改变气体样品中的水分含量。
3)流量控制
由于气体露点和流量无关,一般露点仪不要求准确调节流量,但通常仍有一定范围的限制。流量太小则响应时间过长,太大既易引起制冷元件功率不足而影响镜面降温,又会在管线上产生压力降,改变测量室内的压力,从而改变气体的露点。
4)降温速度
如果气体湿度很低,冷却镜面时降温速度应尽可能慢。因为这时冰的结晶过程比较缓慢,若以不适当的速度降温,在冰层生长和达到稳定之前,还没有观测到出露,温度却已大大低于露点,这就是过冷现象。
光电露点仪通常不能人工控制降温速度,所以在低露点测量时,仪器示值往往呈阻尼振荡趋势变化,需经过较长时间才能稳定。这就是露的凝结和消失滞后于温度的变化而引起的。
5)带压测量
露点测量通常是在常压下进行的,即先将待测气体减压至常压后再送入测量室,但如气体湿度很低,有可能出现气体露点低于仪器测量下限的情况。特别是在炎热的夏季,高温环境影响了仪器制冷系统能够达到的低温。在这种情况下,可进行带压测量,提高测量室内气体的压力,从而提高气体的露点使其在仪器的测量范围内,后再通过计算得到常压下的露点。
通常露点仪测量室的进出口各有一个流量阀,常压测量时,出口阀全开,用进口阀控制流量并超减压的作用,使测量室内的压力与大气压相等。带压测量时,则进口阀全开,用出口阀控制流量,此时流量室内的压力与取样管道内的压力相等。要进行带压测量,首先必须确定仪器允许在带压下工作,另外还需要比较准确的知道管道内气体的压力(如果仪器测量室内不带压力传感器)。
6)露点与霜点的区分
镜面温度在0- 20℃时,镜面上的冷凝物可能是露(过冷水),也可能是霜(冰),此时必须通过镜面冷凝状态观察镜仔细区别,因为相同温度下的过冷水和冰的饱和蒸气压并不相同。一些适合现场使用的露点仪没有观察镜,无法区分露和霜,在这种情况下一般当作霜点处理。
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