在線露點(diǎn)儀的原理可以通過一個簡單的實(shí)驗(yàn)來說明。若將一個光潔的金屬表面放到相對濕度低于100%的空氣中并使之冷卻,當(dāng)溫度降到某一數(shù)值時,靠近該表面的相對濕度達(dá)到100%,這時將有露在表面上形成。因?yàn)樵谶@個溫度下空氣中的水汽達(dá)到了飽和,冷表面附著的水膜和空氣中的水份處于動態(tài)平衡,也就是說,在單位時間內(nèi)離開和返回到表面上的水分子數(shù)相同,這就是Regnault原理。該原理可以敘述為:當(dāng)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(dá)到飽和狀態(tài),該狀態(tài)叫做露點(diǎn);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(diǎn)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)值可以通過查表得到。在0℃以下,水汽達(dá)到飽和時,水在鏡面上結(jié)冰,此時的溫度又叫做霜點(diǎn)。
7.1 講在線露點(diǎn)儀的選型
露點(diǎn)儀(濕度儀器)測量的方法可謂五花八門,其性能與價格也相差懸殊,這就要求我們選用儀器時要謹(jǐn)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場合和所測氣體的種類及腐蝕性等。總體原則如下:
1)*濕度基準(zhǔn):考慮到要求測量準(zhǔn)確度高,樣氣理想,一般應(yīng)選用冷鏡式露點(diǎn)儀。
2)企業(yè)基準(zhǔn)或?qū)嶒?yàn)室分析:如果測量準(zhǔn)確度要求較高,可選用冷鏡法儀器;如果量程要求較低(露點(diǎn)-80℃以下)且氣體較清潔,可選用電解法儀器。
3)現(xiàn)場檢測:如果測量準(zhǔn)確度要求較高,可選用冷鏡法儀器(同上);如果要求測量速度快或氣體污染較重,選用阻容法儀器。
4)連續(xù)在線監(jiān)測:如果精度要求不太高,可選用阻容法儀器。
7.2 在線露點(diǎn)儀測量中應(yīng)注意的問題
鏡面污染對露點(diǎn)測量的影響:在露點(diǎn)測量中,鏡面污染是一個突出的問題,其影響主要表現(xiàn)在兩個方面;一是拉烏爾效應(yīng),二是改變鏡面本底放射水平。拉烏爾效應(yīng)是由水溶性物質(zhì)造成的。如果被測氣體中攜帶這種物質(zhì)(一般是可溶性鹽類)則鏡面提前結(jié)露,使測量結(jié)果產(chǎn)生正偏差。若污染物是不溶于水的微粒,如灰塵等,則會增加本底的散射水平,從而使光電露點(diǎn)儀發(fā)生零點(diǎn)漂移。此外,一些沸點(diǎn)比水低的容易冷凝的物質(zhì)(例如有機(jī)物)的蒸氣,不言而喻將對露點(diǎn)的測量產(chǎn)生干擾。因此,無論任何一種類型的露點(diǎn)儀都應(yīng)防止污染鏡面。一般說來,工業(yè)流程氣體分析污染的影響是比較嚴(yán)重的。但即使是在純氣的測量中鏡面的污染亦會隨時間增加而積累。
7.3 露點(diǎn)儀測量條件的選擇
在露點(diǎn)儀的設(shè)計中要著重考慮直接影響結(jié)露過程熱質(zhì)交換的各種因素,這個原則同樣適用于自動化程度不太高的露點(diǎn)儀器操作條件的選擇。這里主要討論鏡面降溫速度和樣氣流速問題。
1)被測氣體的溫度通常都是室溫。因此當(dāng)氣流通過露點(diǎn)室時必然要影響體系的傳熱和傳質(zhì)過程。當(dāng)其它條件固定時,加大流速將有利于氣流和鏡面之間的傳質(zhì)。特別是在進(jìn)行低霜點(diǎn)測量時,流速應(yīng)適當(dāng)提高,以加快露層形成速度,但是流速不能太大,否則會造成過熱問題。這對制冷功率比較小的熱電制冷露點(diǎn)儀尤為明顯。流速太大還會導(dǎo)致露點(diǎn)室壓力降低而流速的改變又將影響體系的熱平衡。所以在露點(diǎn)測量中選擇適當(dāng)?shù)牧魉偈潜匾?,流速的選擇應(yīng)視制冷方法和露點(diǎn)室的結(jié)構(gòu)而定。一般的流速范圍在0.4——0.7 L.min-1之間。為了減小傳熱的影響,可考慮在被測氣體進(jìn)入露點(diǎn)室之前進(jìn)行預(yù)冷處理。
2)在露點(diǎn)測量中鏡面降溫速度的控制是一個重要問題,對于自動光電露點(diǎn)儀是由設(shè)計決定的,而對于手控制冷量的露點(diǎn)儀則是操作中的問題。因?yàn)槔湓吹睦鋮s點(diǎn)、測溫點(diǎn)和鏡面間的熱傳導(dǎo)有一個過程并存在一定的溫度梯度。所以熱慣性將影響結(jié)露(霜)的過程和速度,給測量結(jié)果帶來誤差。