進口冷鏡露點儀也叫鏡面露點分析儀工作原理品牌選型分析
在濕度測量中，冷鏡式露點儀在溯源或量值傳遞中承擔著重要的角色，在濕度國家標準比對時作為傳遞標準，在大多數(shù)經(jīng)過認證的濕度計量實驗室作為標準器，現(xiàn)在也有越來越多的企業(yè)用精密露點儀建立企業(yè)標準。由于標準程序不能完全包括所有的影響參數(shù)，不同的實驗室間很難獲得可比較的校準結(jié)果。特別是由于很難區(qū)別鏡面上露和霜的形成差別，亦或是露和霜的混合，-40℃~0℃之間的露點溫度存在一些特殊的問題。八個歐洲國家標準實驗室的比對結(jié)果異常更是引起了人們對該問題的強烈關注［1］。之后的調(diào)查顯示，所觀測到的差異肯定不是由于國家標準執(zhí)行情況的不同引起的［２～５］，而應該是由于技術規(guī)范沒有完全覆蓋到的操作差異和各種影響因素造成的。十多年前，R. F. Pragnell[7,8]介紹了影響冷鏡式溫度測量的主要問題和應預防的事項，指出對應該被控制但又被忽略的影響量做更加仔細的研究，確定傳遞標準用于露點比對時出現(xiàn)的主要問題，并且研究出一個能夠在比對和校準中得到*可靠結(jié)果的操作規(guī)程。本文將一些冷鏡式露點儀放在范圍為-40℃~0℃之間露點溫度的環(huán)境中進行研究。所研究的影響參數(shù)包括鏡面清潔方法、液體冷卻和傳感頭溫度、流速、測試壓力浮動以及泄漏。進口冷鏡露點儀也叫鏡面露點分析儀工作原理品牌選型分析
2 理論
在冷鏡式露點儀中，珀爾帖制冷器能量效應致使凝結(jié)水滴或冰晶層維持在鏡面上。冷凝物的增長（或消失）導致散射到光電探測器的光量的增加（或減少），這就會引起鏡面的加熱或降溫。嵌入鏡面的溫度傳感器顯示的溫度非常接近于穿過鏡面的氣體的實際露點溫度。由于溫度的動態(tài)控制，鏡面的溫度始終都在輕微地波動。其他產(chǎn)品：微量氧分析儀,藥品殘氧儀,露點儀,熱導氣體分析儀,GE流量計,OX-1氧傳感器,頂空分析儀,紅外氣體分析儀,高溫濕度儀,西門子U23分析儀,ppb微量水分析儀,OXY.IQ氧分析儀,煙氣濕度儀,燃氣熱值儀,Kaye溫度驗證儀,L&W白度,儀激光氧分析儀,壓縮空氣露點儀,干燥機露點儀,激光氣體分析儀,便攜式露點儀,便攜式微量氧分析儀西門子氧電池\oxy-12\ultramat-23代表U23氧模塊價格|PID傳感器
2.1 冷凝物表面溫度的測量
冷鏡式露點儀測量過程中的一個重要因素是冷凝物表面溫度的測量。眾所周知，如果物體表面沒有與它所在環(huán)境達到熱力平衡，那么其表面的溫度就很難進行**的測量。在冷鏡式露點儀中，珀爾帖冷卻器維持著鏡面的熱平衡。經(jīng)過各種熱傳導、熱傳送和輻射過程，熱量傳遞到樣氣、傳感器室、光源和嵌入在鏡面中的溫度傳感器。若鏡面邊緣是完全絕緣的，通過冷凝物和鏡面的熱梯度就要求鏡子模塊的溫度比冷凝層表面的溫度（即定義所規(guī)定的露點溫度）低。若不是完全絕緣，那么珀爾帖冷卻器熱的一邊和其周圍的熱量可能就會經(jīng)過傳感室流入鏡面中，嵌入式溫度傳感器的自加熱和它導線的熱傳導加熱都會提高所測得的鏡面溫度[9]。無論是樣氣溫度或流速的改變，或是傳感器本身溫度的變化，亦或是液體冷卻劑的改變，都會影響所測得的溫度，這是因為在保持冷凝物表面溫度恒定的同時，珀爾帖冷卻器和各種熱梯度還得適應負荷的變化。這些變化需要一些時間來適應，尤其是絕緣性好的物體更是需要較長的反應時間。造成測得的溫度和真實露點溫度不同的其它影響因素還包括冷凝層的熱傳導性和厚度，這兩個因素都由鏡面的清潔程度和電子珀爾帖控制的特殊設置和質(zhì)量決定。進口冷鏡露點儀也叫鏡面露點分析儀工作原理品牌選型分析
2.2 冷凝層
影響冷凝層形成因素的主要原因是冰表面和水蒸氣表面的平衡水汽壓之間有很大的不同。當在0℃以下，冷卻一個處于其露點溫度之下的濕氣體時，水蒸氣是過冷卻的。在該水蒸氣中，冰晶和原始水滴不斷地形成和分解。一份有根據(jù)的理論顯示，冰晶可以在過冷卻液態(tài)水中形成[10,11]。因為這種現(xiàn)象的本質(zhì)屬性，所以在開始凝結(jié)前，我們通常首先必須在露點溫度以下對鏡面進行強力冷卻。在我們的研究興趣范圍內(nèi)，鏡面上通常都是首先生成水滴。在小水滴的生長時期，可以在鏡面上觀察到一層霧狀的液態(tài)冷凝物。在一個干凈的鏡面上，這個過冷卻水可以好幾個小時都保持在穩(wěn)定狀態(tài)。但是，冰晶的自由能量相比于過冷卻液態(tài)水的自由能量較低，這意味著一旦冰晶開始形成，它們就會趨向于消耗冰晶周圍的小水滴來保持冰晶的增長，直到液態(tài)水耗盡。但是，冰和過冷卻水可以共存好多個小時，在合適的條件下也不能確定它們的生長方向。*終，冷凝層由覆蓋鏡子表面的冰晶構成，這些冰晶可能是分離的，也可能是接觸在一起。由于局部減少了自由能量，污染物的出現(xiàn)可能會導致單體大冰晶的形成。在適宜的條件下，鏡面殘留的污染物可能會促成鏡面不同部位冰晶和小水滴的同時形成。如果鏡面溫度在0℃附近起伏較大，那么，可能會在大冰晶（或冰層）的下面或者上面形成液態(tài)水層。這會同時影響到冷凝層的平衡水汽壓和熱傳導。
2.3 傳感頭設計
傳感頭的設計將會影響到露點儀的性能。例如，內(nèi)壁的成分和表面積會影響到熱傳輸和穩(wěn)定時間，同時還對傳感器水分子吸附和脫附的時間造成影響。傳感器的體積會影響到鏡面氣體傳輸速率，其閑置空間的大小會影響到響應時間。在許多冷鏡式露點儀中，珀爾帖冷卻器的熱端通常由外部冷卻液體來冷卻。因此，珀爾帖冷卻器的冷卻能力取決于液體的流速和溫度。
3 實驗研究
3.1 鏡面清潔污染物是影響冷鏡式露點儀使用的一個重要因素，可以進行定期的適當清潔來降低它的影響，但并不能完全消除。水溶性物質(zhì)不可避免地會出現(xiàn)在潮濕的氣流中，因此就有可能集中出現(xiàn)在鏡面[17]。我們通過下面的方法來進行清潔：水滴棉頭法（WDCT）：1）用棉頭清潔；2）用一大水滴覆蓋整個鏡面；3）用棉頭將水排除。水滴氣流法（WDGF）：1）用棉頭清潔鏡面；2）用一大水滴覆蓋整個鏡面；3）用一干凈的干氣流將水滴吹離鏡面。水滴抽氣法（WDS）：1）1）用棉頭清潔鏡面；2）用一大水滴覆蓋整個鏡面；3）用抽氣機將水滴抽離鏡面。l水棉頭法（WCT）：直接用棉頭清理。WCT是用蒸餾水和酒精來進行的。其他的方法只使用蒸餾水（有時在WCT后用酒精）。令人有些驚訝的是，雖然在使用WDCT和ＷＣＴ這兩種方法進行清潔后形成的冷凝物狀態(tài)的復現(xiàn)性較差，所有的方法都可以獲得**地結(jié)果。通常情況下，使用ＷＤＣＴ方法很難獲得令人滿意的清潔效果。當使用ＷＤＧＦ或ＷＤＳ時，必須特別注意將樣品管中的所有殘留水清理干凈。盡管通常需要更多的嘗試，小心地使用這些方法進行清理還是會使鏡面明顯的干凈起來。由實驗總結(jié)出，如果清潔后的鏡面上沒有明顯的污染物，那么無論使用哪種方法，露點儀讀數(shù)的差別都非常?。ㄒ话阈∮冢?02℃）。但是，*簡便的方法還是取決于露點儀的設計。WDGF和WDS這兩種方法的一個優(yōu)點是，重新形成的冷凝層上的水滴或冰晶分布得非常均勻。這種分布可以防止相當少的大水滴或冰晶占據(jù)整個鏡面。進口冷鏡露點儀也叫鏡面露點分析儀工作原理品牌選型分析
3.3 熱力環(huán)境
為了研究露點儀中熱力環(huán)境的作用，帶有液態(tài)冷卻的儀器放在不同的冷卻溫度下進行測試。當進行測量時，冷卻溫度每一步變化對露點儀的作用都被記錄了下來（在此過程中保持恒定的進口露點溫度）。類似的測試也通過預先冷卻溫度和周圍環(huán)境溫度進行。當對同一個儀器同時進行各種測試時，露點降低（冷凍劑與霜點溫度之差）對露點儀誤差的影響作用很明顯。這個儀器所測得的露點溫度對露點降低非常敏感，可以達到1.3mK/K。這類的影響機制如下：增加冷凍劑溫度（致使露點降低）使得珀爾帖在處理額外負荷時制冷更強烈，并且產(chǎn)生更多的熱量，同時保持適當?shù)溺R面熱力梯度。這個負荷可能使得珀爾帖冷的一面變得更冷。這會對一些露點儀設計產(chǎn)生影響，這些設計用來降低鏡面熱力梯度增加時所測得的溫度。額外的熱量從珀爾帖轉(zhuǎn)移到傳感器室和嵌入的PRT導線，因此，所得的溫度就升高了。對于所有的露點儀來說，所得露點溫度對冷凍劑溫度變化的敏感范圍在-1.8~+3.0mK/K之間，其準確值取決于各個儀器。這些結(jié)果顯示，在露點比較中，與液態(tài)冷卻有關的不確定度可以降低到0.01℃以下。在采用預先冷卻器溫度和周圍溫度進行的測試中，敏感度在±1mK/K以內(nèi)。在鏡面冷凝物形成之后，或熱負荷改變之后，需要很長的時間才能達到穩(wěn)定狀態(tài)。在一些測試中，一個看似很穩(wěn)定的讀數(shù)可以突然漂移0.01℃或者更多。這類情況可能與水滴的結(jié)合處，或者冰晶結(jié)構為了響應微小的熱力梯度而發(fā)生的變化有關。這種結(jié)構的變化會造成露點儀控制的波動，進而破壞冰晶結(jié)構，直到一個新的冰晶微小變化穩(wěn)定下來為止。在另一些測試中，露點儀在24小時內(nèi)的漂移量可能會達到0.03℃，或者更多。除了熱力梯度和反射冷凝物結(jié)構的緩慢穩(wěn)定之外，并不清楚是什么造成這個緩慢的變化，因此，可能是冷鏡露點測量中殘留散開物的影響作用。
3.4 流速、氣壓和泄漏
我們在保持控制儀表流速恒定的同時，進行各種不同流速的測試。同樣，在每一個測試期間，樣氣的露點溫度是一個常量。在計算過程中，露點儀壓力測量的修正也被著重考慮。我們發(fā)現(xiàn)，由于流速變化引起的露點儀讀數(shù)敏感度主要取決于儀器，其范圍在-0.25℃/(1/min)~+0.08℃/(1/min)之間。在一系列單獨的測量中，發(fā)現(xiàn)該敏感度是所測露點的函數(shù)。例如，一個流速在0.3 l/min~1.0 l/min之間、霜點溫度為-40℃的露點儀，其敏感度大約為0.05℃/(l/min)。而霜點溫度為-25℃和-10℃的各自敏感度分別為0.02℃/(l/min)和0.005℃/(l/min)。對于大多數(shù)的露點儀來說，其流速敏感度需要更多的工作來進行研究。無論如何，用來作為傳遞或者參考標準的每一個儀器的流速敏感度都應該進行檢查。若是敏感度過大，應采取預防措施來減小相應的不確定度。為了研究泄漏的影響，我們在發(fā)生器和露點儀之間的管子上安裝了一個附帶的流通閥。打開流通閥時，由于管子中的氣壓稍微高一些（3~5kPa），這樣，管子中的一部分樣氣就會流到周圍的環(huán)境中。流通閥在一個恒溫恒濕箱中，這樣我們就可以控制其周圍的濕度。進行測試時，露點溫度和管道的溫度分別為-40℃和+25℃。恒溫恒濕箱中的相對濕度在30%RH~97%TH之間。另一項泄漏測試是在保持恒定樣氣露點溫度的情況下，通過打開露點儀的進口連接器進行的。進行測試前要進行檢查，確保露點儀的敏感度能夠探測到0.01℃的露點溫度變化。所產(chǎn)生的露點溫度為-40℃，環(huán)境濕度和溫度分別為35%RH和+26℃。不同的泄漏速率測量顯示，水蒸氣的后向擴散并不能對露點測量有大的影響。
3.5 溫度計和光學探測
冷鏡式露點儀的長期穩(wěn)定性主要取決于鏡中溫度傳感器和溫度放大器的特性。在我們的**測量范圍內(nèi)，鉑電阻溫度傳感器（PRT）通常足夠穩(wěn)定，但溫度放大器漂移比較嚴重。此外，露點儀的線性度主要取決于放大器。為了得到***的結(jié)果，鏡子內(nèi)部的ＰＲＴ電阻的可溯源校準和測量時必須的。通過一些儀器，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)光學平衡中的漂移與傳感頭溫度密切相關。因為這個作用是可逆的，并且是干鏡面所觀察到的，所以它可能是由光學系統(tǒng)的溫度依賴性和（或）傳感頭的非均勻性熱膨脹造成的。通常，在每一次冷凍劑溫度改變，或者傳感頭溫度改變之后，光學平衡都要重新進行設定。
４ 結(jié)論和討論
實驗結(jié)果顯示，若是將所有可以看見的污染物都清理干凈，所有考慮到的清潔方法都能夠得到**的露點測量。進行清潔和干燥的時候要用到棉花。如果沒有足夠的技巧，這會相當?shù)脑愀?，這是因為若是沒有預防措施的話，用來進行清潔的棉花會污染到鏡面。但是，在*后階段采用ＷＤＧＦ和ＷＤＳ（只有蒸餾水與鏡面接觸）進行清潔的方法，使得產(chǎn)生的冰晶或水滴的分布更加均勻。此外，適合ＷＤＧＦ和ＷＤＳ方法的鏡面需要盡量少接觸。在面對熱負荷的變化（露點范圍為－４０～０℃）時，這里所進行測試的露點儀**度相當?shù)暮?。但是，熱力環(huán)境或光學設置的改變會擾亂熱力梯度，并且重新建立平衡的時間會非常長。而在重新建立平衡期間，冷凝層很可能會發(fā)生很大的變化，這會導致露點儀讀數(shù)的漂移。因此，冷凝層在任何調(diào)整之后都會改變。一個有趣的結(jié)果是，在一個稍微被擠壓的樣氣管道中的泄漏所造成的**影響是由增加的壓力降低引起的。當測量低于－４０℃的露點溫度時，情況會有所不同。測試中發(fā)現(xiàn)的*重要的影響是流速。根據(jù)我們的結(jié)果，流速所造成的冷鏡式露點儀敏感度可以達到０.２５℃／（１／ｍｉｎ）。因此，我們建議用作傳遞或參考標準的每一個儀器都要做這項檢查。今后，我們將會在更大的露點溫度范圍內(nèi)，用更多的露點儀（包括*新的）來進行研究。
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