***仪知识

             10.***仪知识

在冬天，我们都会看到这样一种现象，由于室外温度较低，室内较湿热的空气会在窗玻璃上结露，使

***仪

窗玻璃模糊一片。假如我们再仔细观测并研究下去，如果在室内开启除湿器，把室内的湿气逐步去除，那么尽管室外还是同样的温度，而我们会发现窗玻璃上的露水会慢慢消去，窗玻璃重又露出透明光洁的本质。假如这时室外温度下降了，那么温度降到一定程度时，尽管除湿器已使室内空气十分干燥，但在窗玻璃上仍会出现模糊的露层。这一现象说明，玻璃上的结露温度与玻璃所在的环境气氛的含水量有关，进一步研究发现，这关系是一一对应关系，即每一个结露温度（我们称之为***温度）对应环境气氛的一个含水量值。由此可见，***温度是度量气体水份含量的一种单位制。***分析仪就是基于这种单位制而测量气体中***水份含量的仪器

　　综上所述，***仪测量的对象离不开气体，而相应的气体不外乎三个用途：动力气体、介质气体和环境气体

　　动力气体作为一种动力源，供给气动仪表和气动设备，广泛应用于工业领域和有特殊防爆要求的工业现场。

　　介质气体作为一种工艺介质，或参与工艺反应，或作为保护性气体，或作为标准气体，广泛地应用于现代工业中相应的生产过程中

　　环境气体作为一种工艺环境，广泛地应用民用工业和军事工业的相关工艺环境中。

　　***仪为了要得到高质量的产品或设备正常地运行，许多行业诸如石化、电力、电子、航空航天、冶金、纺织等对湿度测量的要求越来越高，因而，湿度测量已逐渐成为一个新兴的技术领域，在86年我国正式成立了湿度与水分******会，并开展了多次学术交流会，湿度的一些计量检定规程也逐步建立。根据有关规程，湿度被定义为气体中的水蒸气含量，常用单位有：克/升，PPM，mmHg，***及相对湿度等。习惯上以***-20℃为界把所测气体分为高湿度气体与低湿度气体（即微量水），这里***介绍低湿度气体的测量。

编辑本段湿度测量方法

　　MICHELL公司Optidew Vision 冷镜法***仪

镜面式***仪

　　不同水份含量的气体在不同温度下的镜面上会结露。采用光电检测技术，检测出露层

***仪

并测量结露时的温度，直接显示***。镜面制冷的方法有：半导体制冷、液氮制冷和高压空气制冷。镜面式***仪采用的是直接测量方法，在保证检露准确、镜面制冷***率和精密测量结露温度前提下，该种***仪可作为标准***仪使用。目前国际上***高精度达到&plu***n;0.1℃(***温度)，一般精度可达到&plu***n;0.5℃以内。

电传感器式***仪

　　采用亲水性材料或憎水性材料作为介质，构成电容或电阻，在含水份的气体流经后，介电常数或电导率发生相应变化，测出当时的电容值或电阻值，就能知道当时的气体水份含量。建立在***单位制上设计的该类传感器，构成了电传感器式***分析仪。目前国际上***高精度达到&plu***n;1.0℃(***温度)，一般精度可达到&plu***n;3℃以内。

电介法***仪

　　利用***等材料吸湿后分解成极性分子，从而在电极上积累电荷的特性，设计出建立在***含湿量单位制上的电解法微水份仪。目前国际上***高精度达到&plu***n;1.0℃(***温度)，一般精度可达到&plu***n;3℃以内。

晶体振荡式***仪

　　利用晶体沾湿后振荡频率改变的特性，可以设计晶体振荡式***仪。这是一项较新的技术，目前尚处于不十分成熟的阶段。国外有相关产品，但精度较差且成本很高。

红外***仪

　　利用气体中的水份对红外光谱吸收的特性，可以设计红外式***仪。目前该仪器很难测到低***，主要是红外探测器的峰值探测率还不能达到微量水吸收的量级，还有气体中其他成份含量对红外光谱吸收的干扰。但这是一项很新的技术，对于环境气体水份含量的非接触式在线监测具有重要的意义。

半导体传感器***仪

　　每个水分子都具有其自然振动频率，当它进入半导体晶格的空隙时，就和受到充电激励的晶格产生共振，其共振频率与水的摩尔数成正比。水分子的共振能使半导体结放出自由电子，从而使晶格的导电率增大，阻抗减小。利用这一特性设计的半导体***仪可测到-100℃***的微量水份。

编辑本段几种微量水测量方法及***仪选型

重量法

　　是一种经典的测量方法。让所测样气流经某一干燥剂，其所含水分被干燥剂吸收，***称取干燥剂吸收的水分含量，与样气体积之比即为样气的湿度。该方法的优点是精度高，***大允许误差可达0.1%；缺点是具体操作比较困难，尤其是必须得到足够量的吸收水质量（一般不小于0.6克），这对于低湿度气体尤其困难，必须加大样气流量，结果会导致测量时间和误差增大（测得的湿度不是瞬时值）。因而该方法只适合于测量***-32℃以上的气体，可以说市场上纯粹利用该方法测湿度的仪器较少。

　　由以上分析可知，重量法的关键是怎样***测量干燥剂吸收的水分含量，因为直接测量比较困难，由此衍生了两种间接测量吸收水含量的方法。

电解法

　　就是将干燥剂吸收的水分经电解池电解成氢气和氧气排出，电解电流的大小与水分含量成正比，通过检测该电流即可测得样气的湿度。该方法弥补了重量法的缺点，测量量程可达-80℃以下，且精度较好，价格便宜；缺点是电解池气路需要在使用前干燥很长时间，且对气体的腐蚀性及清洁性要求较高。采用该方法的仪器较多，典型的是美国Edgetech 公司的1-C型微水仪和杜邦公司的M303及国产的USI系列产品。

振动频率法

　　就是将重量法中的干燥剂换用一种吸湿性的石英晶体，根据该晶体吸收水分质量不同时振动频率不同的特点，让样气和标准干燥气流经该晶体，因而产生不同的振动频率差△f1和△f2，计算两频率之差即可得到样气的湿度。该方法具有电解法一样的优点，且使用前勿须干燥。典型代表仪器是美国AMETEK公司的560B。

冷镜法

　　也是一种经典的测量方法。让样气流经***冷镜室的冷凝镜，通过等压制冷，使得样气达到饱和结露状态（冷凝镜上有液滴析出），测量冷凝镜此时的温度即是样气的***。该方法的主要优点是精度高，尤其在采用半导体制冷和光电检测技术后，不确定度甚至可达0.1℃；缺点是响应速度较慢，尤其在***-60℃以下，平衡时间甚至达几个小时，而且此方法对样气的清洁性和腐蚀性要求也较高，否则会影响光电检测效果或产生‘伪结露’造成测量误差。该方法的典型厂家代表是及英国的MICHELL公司,美国的General Eastern公司及瑞士的MBW公司等。

阻容法

　　是一种不断完善的湿度测量方法。利用一个高纯铝棒，表面氧化成一层超薄的氧化铝薄膜，其外镀一层多空的网状金膜，金膜与铝棒之间形成电容，由于氧化铝薄膜的吸水特性，导致电容值随样气水分的多少而改变，测量该电容值即可得到样气的湿度。该方法的主要优点是测量量程可更低，甚至达-100℃，另一突出优点是响应速度非常快，从干到湿响应一分钟可达90%，因而多用于现场和快速测量场合；缺点是精度较差，不确定度多为&plu***n;2～3℃。老化和漂移严重，使用3~6个月必须校准。该方法的典型厂家代表为英国Alpha湿度仪器公司，爱尔兰的PANAMETRICS公司及美国的XENTAUR公司。但随着各厂家的不断努力，该方法正在逐渐得到完善，例如，通过改变材料和提高工艺使得传感器稳定度大大提高，通过对传感器响应曲线的补偿作到了饱和线性，解决了自动校准问题。代表产品为英国MICHELL的EASYDEW系列，采用陶瓷基底的氧化铝电容及C2TX微处理器。

编辑本段如何选择仪器

　　***仪（湿度仪器）测量的方法可谓五花八门，其性能与价格也相差悬殊，这就要求我们选用仪器时要谨慎小心，不但要考虑到性能和价格，还应该考虑到仪器使用的场合和所测气体的种类及腐蚀性等。总体原则如下：

　　1）***级湿度基准：考虑到要求测量准确度高，样气理想，一般应选用冷镜式***仪，如美国GE公司的M3，英国MICHELL的S4000TRS，美国Edgetech公司M300或瑞士MBW公司DP30等***仪，用户应根据实际量程和精度选用合适的产品。

　　2）企业基准或实验室分析：如果测量准确度要求较高，可选用冷镜法仪器，如，英国MICHELL公司的S4000系列产品或瑞士MBW公司的DP19；如果量程要求较低（***-80℃以下）且气体较清洁，可选用电解法仪器，如美国Edgetech公司的1-C，杜邦公司的M303。

　　3）现场检测：如果测量准确度要求较高，可选用冷镜法仪器（同上）；如果要求测量速度快或气体污染较重，***好选用阻容法仪器，如英国Systech,英国Alpha湿度仪器公司的SADPmini手持式***仪，或美国XENTAUR公司的XPDM等。

　　连续在线监测：如果精度要求不太高，可选用阻容法仪器，如英国Systech英国Alpha湿度仪器公司的DS-1000在线***仪或新型的DS-2000在线***仪，以及美国XENTAUR公司的XDT型，它们共同具有价格低且安装调试方便的特点；如果精度要求较高，可选用美国AMETEK公司的560B或冷镜式仪表。

编辑本段附表：市场上部分进口微水仪资料对照表

　　美国MEECO公司

　　AQU***OLT***仪

　　Waterboy 2 便携式湿度分析仪

　　日本神荣镜面冷却式Dew Star系列***仪-35～+50℃ &plu***n;0.2℃ 价格较高 标准计量

　　MBW公司DP19***仪

　　英国MICHELL公司

　　Easidew 陶瓷基底阻容法-100～+20℃ &plu***n;2℃ 价格适低 方便快速 实验室或现场本安防爆

　　Tran***et 同上 价格较低 方便快速 实验室或现场 本安防爆

　　Cemet II IS 同上 价格适中 方便快速 实验室或现场

　　Optidew Vision 冷镜法-24～+90℃ 价格适中相对湿度标准 标准计量

　　S4000 TRS 冷镜法- 100～+20℃ 价格高低***标准 标准计量

　　美国GE公司

　　M3，M4 冷镜法-80～+80℃ &plu***n;0.15℃ 价格高 标准计量

　　美国Edgetech公司

　　M300 冷镜法-75～+75℃ 0.15℃ 价格高 标准计量

　　2000系列-50～+80℃ 价格高实验室或现场

　　V-系列-50～+80℃ 价格较高在线测量

　　1-C 电解法0～500ppm &plu***n;5% 价格较高 实验室或现场

　　瑞士MBW公司

　　DP19 冷镜法-60～+20℃ &plu***n;0.2℃ 价格昂贵 实验室或现场

　　DP30 -100～+20℃ &plu***n;0.1℃ 价格昂贵 标准计量

　　美国杜邦公司

　　M303 电解法0～1000ppm &plu***n;5% 价格较高 实验室或现场

　　美国AMTEK公司

　　560B 振动频率法0～1000ppm &plu***n;5% 价格较高 在线测量

　　爱尔兰PANAMETRICS

　　SYSTE 阻容法-80～0℃ &plu***n;3℃ 价格适中现场测量

　　美国Xautaur公司

　　XPDM 阻容法-100～+20℃ &plu***n;3℃ 价格较高 现场或实验室CDT 在线测量

编辑本段***仪测量中应该注意的若干问题

镜面污染对***测量的影响

　　在***测量中，镜面污染是一个突出的问题，其影响主要表现在两个方面；一是拉乌尔效应，二是改变镜面本底***水平。拉乌尔效应是由水溶性物质造成的。如果被测气体中携带这种物质(一般是可溶性盐类)则镜面提前结露，使测量结果产生正偏差。若污染物是不溶于水的微粒，如灰尘等，则会增加本底的散射水平，从而使光电***仪发生零点漂移。此外，一些沸点比水低的容易冷凝的物质(例如有机物)的蒸气，不言而喻将对***的测量产生干扰。因此，无论任何一种类型的***仪都应防止污染镜面。一般说来，工业流程气体分析污染的影响是比较严重的。但即使是在纯气的测量中镜面的污染亦会随时间增加而积累。

***仪测量条件的选择

　　在***仪的设计中要着重考虑直接影响结露过程热质交换的各种因素，这个原则同样适用于自动化程度不太高的***仪器操作条件的选择。这里主要讨论镜面降温速度和样气流速问题。

　　1.被测气体的温度通常都是室温。因此当气流通过***室时必然要影响体系的传热和传质过程。当其它条件固定时，加大流速将有利于气流和镜面之间的传质。特别是在进行低霜点测量时，流速