露點儀(微量水分析儀)的原理及選型

更新時間：2022-11-30 點擊次數(shù)：11697

大氣中的水分影響著自然界的物理、化學和生物過程，如氣體的熱、電、光和傳遞方面的特性，固體和液體材料中的水分含量，會引起材料的尺寸變化，金屬材料的腐蝕。水分測量和控制廣泛應(yīng)用于航空航天、微電子、原子能、石油化工、電力、倉儲、空分、鋼鐵冶煉等領(lǐng)域。

當一定體積的濕空氣在恒定的總壓力下被均勻降溫，直到空氣中的水汽達到飽和狀態(tài)，該狀態(tài)下的溫度就是氣體的露點。

在冷卻的過程中，氣體和水汽兩者的分壓力保持不變，如果空氣的溫度是Ta，露點生成的溫度為Td，則濕空氣的相對濕度可以通過下式算出，U=[(在露點溫度Td時的飽和水氣壓)/(在原來溫度Ta時的飽和水氣壓)]*100%式中飽和水汽壓的數(shù)值可以通過查表（露點、體積比、絕對水含量對照表）得到。在0℃以下，水汽達到飽和時，水在鏡面上結(jié)冰，此時的溫度又叫做霜點。

一、露點儀分類：

1.1冷鏡式露點儀

鏡面式露點儀采用的是直接測量方法，樣氣進入測量室時掠過鏡面，當鏡面溫度高于濕氣的露點溫度時，鏡面呈干燥狀態(tài)，此時光電檢露裝置中光源發(fā)出的光照在鏡面上，幾乎全反射，由光電傳感器感應(yīng)到并輸出光電信號，經(jīng)控制回路比較、放大、驅(qū)動熱電泵，對鏡面致冷。當鏡面溫度降至濕氣露點溫度時，鏡面上開始結(jié)露（霜），光照在鏡面上出現(xiàn)漫反射，光電傳感器感應(yīng)到的反射信號隨之減弱，此變化經(jīng)控制回路比較、放大后調(diào)節(jié)熱電泵激勵，使其制冷功率適當減小，最后，鏡面溫度保持在樣氣露點溫度上。鏡面溫度由一緊貼在冷鏡面下方的鉑電阻溫度傳感器感應(yīng)，此時的溫度就是露點溫度。

在保證檢露準確、鏡面制冷高效率和精密測量結(jié)露溫度前提下，冷鏡露點儀可作為標準露點儀使用。目前國際上zui高精度達到±0.1℃(露點溫度)，一般精度可達到±0.2℃左右。

優(yōu)點：精度是所有露點測量原理中zui高的，測量下限一般只能到-60C°

缺點：價格貴，露點溫度超過-60C°時不好檢測

1.2阻容法露點儀

阻容法露點儀一般分為氧化鋁型和薄膜電容型，氧化鋁型其原理是利用一個高純鋁棒，表面氧化成一層超薄的氧化鋁薄膜，其外鍍一層多空的網(wǎng)狀金膜，金膜與鋁棒之間形成電容，由于氧化鋁薄膜的吸水特性，導致電容值隨樣氣水分的多少而改變，測量該電容值即可得到樣氣的濕度。該方法的主要優(yōu)點是測量量程可更低，另一突出優(yōu)點是響應(yīng)速度非常快，從干到濕響應(yīng)一分鐘可達90%，因而多用于現(xiàn)場和快速測量場合。

薄膜電容原理，采用親水性材料或憎水性材料作為介質(zhì)，構(gòu)成電容或電阻，在含水份的氣體流經(jīng)后，介電常數(shù)或電導率發(fā)生相應(yīng)變化，測出當時的電容值或電阻值，就能知道當時的氣體水份含量，目前國際上zui高精度達到±1.0℃(露點溫度)，一般精度可達到±3℃以內(nèi)，阻容法露點儀檢測下限一般-80℃zui低可達到-110℃

優(yōu)點：精度尚可、響應(yīng)速度非?？?、價格相對便宜、檢測下限低至-110℃

缺點：傳感器不耐腐蝕，氯氣、氨氣等腐蝕性氣體不能使用

1.3電解法露點儀

利用五氧化二磷等材料吸濕后分解成極性分子，從而在電極上積累電荷的特性，設(shè)計出建立在絕對含濕量單位制上的電解法微水份儀。目前國際上zui高精度達到±1.0℃(露點溫度)，一般精度可達到±3℃以內(nèi)。其特性是耐腐蝕可測量氯化氫、氟化氫、氯氣等腐蝕性氣體中的微量水分。

1.4半導體激光原理露點儀

每個水分子都具有其自然振動頻率，當它進入半導體晶格的空隙時，就和受到充電激勵的晶格產(chǎn)生共振，其共振頻率與水的摩爾數(shù)成正比。水分子的共振能使半導體結(jié)放出自由電子，從而使晶格的導電率增大，阻抗減小。利用這一特性設(shè)計的半導體露點儀可測到-100℃露點的微量水份。

1.5晶體振蕩式露點儀

利用晶體沾濕后振蕩頻率改變的特性，可以設(shè)計晶體振蕩式露點儀。這是一項較新的技術(shù)，目前尚處于不十分成熟的階段。國外有相關(guān)產(chǎn)品，但精度較差且成本很高。

1.6紅外露點儀

利用氣體中的水份對紅外光譜吸收的特性，可以設(shè)計紅外式露點儀。目前該儀器很難測到低露點，主要是紅外探測器的峰值探測率還不能達到微量水吸收的量級，還有氣體中其他成份含量對紅外光譜吸收的干擾。但這是一項很新的技術(shù)，對于環(huán)境氣體水份含量的非接觸式在線監(jiān)測具有重要的意義。

二、露點儀的選型：

露點儀（微量水分析儀）的測量原理眾多，其性能與價格也相差懸殊，這就要求我們選用儀器時要謹慎小心，不但要考慮到性能和價格，還應(yīng)該考慮到儀器使用的現(xiàn)場工況（行業(yè)）以及遵循相關(guān)行業(yè)的國標要求：

2.1如果測量準確度及精度要求較高，可選用冷鏡式露點儀；一般適用于檢測機構(gòu)及科研院校等對精度要求較高或用于計量校準等場合。

2.2如果量程較寬（露點-80℃以下）且氣體較清潔無腐蝕性氣體對精度要求不是非常高，可選用阻容法露點儀。

2.3如果測量準確度要求不高，但對檢測速度及響應(yīng)速度要求較高，可選用阻容法露點儀。

2.3氯氣、氯化氫、硫化氫等腐蝕性氣體可選用電解法原理，五氧化二磷原理能夠很好的耐腐蝕，且傳感器五氧化二磷涂層可根據(jù)使用情況進行涂刷，極大延長了使用壽命。

2.4國家對被測氣體露點檢測原理做了具體的國標規(guī)定的按照國標選擇對應(yīng)原理即可，如中國藥典》2020年版二部 XGB2021-061條、國標GBT 5138-2021工業(yè)用液氯，兩項標準明確規(guī)定了其水分檢測就只能選用電解法原理。