進(jìn)口冷鏡露點(diǎn)儀也叫鏡面露點(diǎn)分析儀工作原理品牌選型分析
在濕度測(cè)量中，冷鏡式露點(diǎn)儀在溯源或量值傳遞中承擔(dān)著重要的角色，在濕度國家標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)時(shí)作為傳遞標(biāo)準(zhǔn)，在大多數(shù)經(jīng)過認(rèn)證的濕度計(jì)量實(shí)驗(yàn)室作為標(biāo)準(zhǔn)器，現(xiàn)在也有越來越多的企業(yè)用精密露點(diǎn)儀建立企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。由于標(biāo)準(zhǔn)程序不能完全包括所有的影響參數(shù)，不同的實(shí)驗(yàn)室間很難獲得可比較的校準(zhǔn)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(diǎn)溫度存在一些特殊的問題。八個(gè)歐洲國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的比對(duì)結(jié)果異常更是引起了人們對(duì)該問題的強(qiáng)烈關(guān)注［1］。之后的調(diào)查顯示，所觀測(cè)到的差異肯定不是由于國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行情況的不同引起的［２～５］，而應(yīng)該是由于技術(shù)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(cè)量的主要問題和應(yīng)預(yù)防的事項(xiàng)，指出對(duì)應(yīng)該被控制但又被忽略的影響量做更加仔細(xì)的研究，確定傳遞標(biāo)準(zhǔn)用于露點(diǎn)比對(duì)時(shí)出現(xiàn)的主要問題，并且研究出一個(gè)能夠在比對(duì)和校準(zhǔn)中得到*可靠結(jié)果的操作規(guī)程。本文將一些冷鏡式露點(diǎn)儀放在范圍為-40℃~0℃之間露點(diǎn)溫度的環(huán)境中進(jìn)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(cè)試壓力浮動(dòng)以及泄漏。進(jìn)口冷鏡露點(diǎn)儀也叫鏡面露點(diǎn)分析儀工作原理品牌選型分析
2 理論
在冷鏡式露點(diǎn)儀中，珀?duì)柼评淦髂芰啃?yīng)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(dǎo)致散射到光電探測(cè)器的光量的增加（或減少），這就會(huì)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(shí)際露點(diǎn)溫度。由于溫度的動(dòng)態(tài)控制，鏡面的溫度始終都在輕微地波動(dòng)。其他產(chǎn)品：微量氧分析儀,藥品殘氧儀,露點(diǎn)儀,熱導(dǎo)氣體分析儀,GE流量計(jì),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?xì)鉄嶂祪x,Kaye溫度驗(yàn)證儀,L&W白度,儀激光氧分析儀,壓縮空氣露點(diǎn)儀,干燥機(jī)露點(diǎn)儀,激光氣體分析儀,便攜式露點(diǎn)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(jià)格|PID傳感器
2.1 冷凝物表面溫度的測(cè)量
冷鏡式露點(diǎn)儀測(cè)量過程中的一個(gè)重要因素是冷凝物表面溫度的測(cè)量。眾所周知，如果物體表面沒有與它所在環(huán)境達(dá)到熱力平衡，那么其表面的溫度就很難進(jìn)行**的測(cè)量。在冷鏡式露點(diǎn)儀中，珀?duì)柼鋮s器維持著鏡面的熱平衡。經(jīng)過各種熱傳導(dǎo)、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(diǎn)溫度）低。若不是完全絕緣，那么珀?duì)柼鋮s器熱的一邊和其周圍的熱量可能就會(huì)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(dǎo)線的熱傳導(dǎo)加熱都會(huì)提高所測(cè)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(huì)影響所測(cè)得的溫度，這是因?yàn)樵诒３掷淠锉砻鏈囟群愣ǖ耐瑫r(shí)，珀?duì)柼鋮s器和各種熱梯度還得適應(yīng)負(fù)荷的變化。這些變化需要一些時(shí)間來適應(yīng)，尤其是絕緣性好的物體更是需要較長的反應(yīng)時(shí)間。造成測(cè)得的溫度和真實(shí)露點(diǎn)溫度不同的其它影響因素還包括冷凝層的熱傳導(dǎo)性和厚度，這兩個(gè)因素都由鏡面的清潔程度和電子珀?duì)柼刂频奶厥庠O(shè)置和質(zhì)量決定。進(jìn)口冷鏡露點(diǎn)儀也叫鏡面露點(diǎn)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(dāng)在0℃以下，冷卻一個(gè)處于其露點(diǎn)溫度之下的濕氣體時(shí)，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?yàn)檫@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(diǎn)溫度以下對(duì)鏡面進(jìn)行強(qiáng)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(shí)期，可以在鏡面上觀察到一層霧狀的液態(tài)冷凝物。在一個(gè)干凈的鏡面上，這個(gè)過冷卻水可以好幾個(gè)小時(shí)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(huì)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(gè)小時(shí)，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(gòu)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(huì)導(dǎo)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(huì)促成鏡面不同部位冰晶和小水滴的同時(shí)形成。如果鏡面溫度在0℃附近起伏較大，那么，可能會(huì)在大冰晶（或冰層）的下面或者上面形成液態(tài)水層。這會(huì)同時(shí)影響到冷凝層的平衡水汽壓和熱傳導(dǎo)。
2.3 傳感頭設(shè)計(jì)
傳感頭的設(shè)計(jì)將會(huì)影響到露點(diǎn)儀的性能。例如，內(nèi)壁的成分和表面積會(huì)影響到熱傳輸和穩(wěn)定時(shí)間，同時(shí)還對(duì)傳感器水分子吸附和脫附的時(shí)間造成影響。傳感器的體積會(huì)影響到鏡面氣體傳輸速率，其閑置空間的大小會(huì)影響到響應(yīng)時(shí)間。在許多冷鏡式露點(diǎn)儀中，珀?duì)柼鋮s器的熱端通常由外部冷卻液體來冷卻。因此，珀?duì)柼鋮s器的冷卻能力取決于液體的流速和溫度。
3 實(shí)驗(yàn)研究
3.1 鏡面清潔污染物是影響冷鏡式露點(diǎn)儀使用的一個(gè)重要因素，可以進(jìn)行定期的適當(dāng)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(huì)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(jìn)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(gè)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(gè)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(gè)鏡面；3）用抽氣機(jī)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(jìn)行的。其他的方法只使用蒸餾水（有時(shí)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(jìn)行清潔后形成的冷凝物狀態(tài)的復(fù)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(dāng)使用ＷＤＧＦ或ＷＤＳ時(shí)，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(jìn)行清理還是會(huì)使鏡面明顯的干凈起來。由實(shí)驗(yàn)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(diǎn)儀讀數(shù)的差別都非常小（一般小于０.02℃）。但是，*簡便的方法還是取決于露點(diǎn)儀的設(shè)計(jì)。WDGF和WDS這兩種方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)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(dāng)少的大水滴或冰晶占據(jù)整個(gè)鏡面。進(jìn)口冷鏡露點(diǎn)儀也叫鏡面露點(diǎn)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(diǎn)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(jìn)行測(cè)試。當(dāng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，冷卻溫度每一步變化對(duì)露點(diǎn)儀的作用都被記錄了下來（在此過程中保持恒定的進(jìn)口露點(diǎn)溫度）。類似的測(cè)試也通過預(yù)先冷卻溫度和周圍環(huán)境溫度進(jìn)行。當(dāng)對(duì)同一個(gè)儀器同時(shí)進(jìn)行各種測(cè)試時(shí)，露點(diǎn)降低（冷凍劑與霜點(diǎn)溫度之差）對(duì)露點(diǎn)儀誤差的影響作用很明顯。這個(gè)儀器所測(cè)得的露點(diǎn)溫度對(duì)露點(diǎn)降低非常敏感，可以達(dá)到1.3mK/K。這類的影響機(jī)制如下：增加冷凍劑溫度（致使露點(diǎn)降低）使得珀?duì)柼谔幚眍~外負(fù)荷時(shí)制冷更強(qiáng)烈，并且產(chǎn)生更多的熱量，同時(shí)保持適當(dāng)?shù)溺R面熱力梯度。這個(gè)負(fù)荷可能使得珀?duì)柼涞囊幻孀兊酶?。這會(huì)對(duì)一些露點(diǎn)儀設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響，這些設(shè)計(jì)用來降低鏡面熱力梯度增加時(shí)所測(cè)得的溫度。額外的熱量從珀?duì)柼D(zhuǎn)移到傳感器室和嵌入的PRT導(dǎo)線，因此，所得的溫度就升高了。對(duì)于所有的露點(diǎn)儀來說，所得露點(diǎn)溫度對(duì)冷凍劑溫度變化的敏感范圍在-1.8~+3.0mK/K之間，其準(zhǔn)確值取決于各個(gè)儀器。這些結(jié)果顯示，在露點(diǎn)比較中，與液態(tài)冷卻有關(guān)的不確定度可以降低到0.01℃以下。在采用預(yù)先冷卻器溫度和周圍溫度進(jìn)行的測(cè)試中，敏感度在±1mK/K以內(nèi)。在鏡面冷凝物形成之后，或熱負(fù)荷改變之后，需要很長的時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在一些測(cè)試中，一個(gè)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(gòu)為了響應(yīng)微小的熱力梯度而發(fā)生的變化有關(guān)。這種結(jié)構(gòu)的變化會(huì)造成露點(diǎn)儀控制的波動(dòng)，進(jìn)而破壞冰晶結(jié)構(gòu)，直到一個(gè)新的冰晶微小變化穩(wěn)定下來為止。在另一些測(cè)試中，露點(diǎn)儀在24小時(shí)內(nèi)的漂移量可能會(huì)達(dá)到0.03℃，或者更多。除了熱力梯度和反射冷凝物結(jié)構(gòu)的緩慢穩(wěn)定之外，并不清楚是什么造成這個(gè)緩慢的變化，因此，可能是冷鏡露點(diǎn)測(cè)量中殘留散開物的影響作用。
3.4 流速、氣壓和泄漏
我們?cè)诒３挚刂苾x表流速恒定的同時(shí)，進(jìn)行各種不同流速的測(cè)試。同樣，在每一個(gè)測(cè)試期間，樣氣的露點(diǎn)溫度是一個(gè)常量。在計(jì)算過程中，露點(diǎn)儀壓力測(cè)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(diǎn)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(dú)的測(cè)量中，發(fā)現(xiàn)該敏感度是所測(cè)露點(diǎn)的函數(shù)。例如，一個(gè)流速在0.3 l/min~1.0 l/min之間、霜點(diǎn)溫度為-40℃的露點(diǎn)儀，其敏感度大約為0.05℃/(l/min)。而霜點(diǎn)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(duì)于大多數(shù)的露點(diǎn)儀來說，其流速敏感度需要更多的工作來進(jìn)行研究。無論如何，用來作為傳遞或者參考標(biāo)準(zhǔn)的每一個(gè)儀器的流速敏感度都應(yīng)該進(jìn)行檢查。若是敏感度過大，應(yīng)采取預(yù)防措施來減小相應(yīng)的不確定度。為了研究泄漏的影響，我們?cè)诎l(fā)生器和露點(diǎn)儀之間的管子上安裝了一個(gè)附帶的流通閥。打開流通閥時(shí)，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(huì)流到周圍的環(huán)境中。流通閥在一個(gè)恒溫恒濕箱中，這樣我們就可以控制其周圍的濕度。進(jìn)行測(cè)試時(shí)，露點(diǎn)溫度和管道的溫度分別為-40℃和+25℃。恒溫恒濕箱中的相對(duì)濕度在30%RH~97%TH之間。另一項(xiàng)泄漏測(cè)試是在保持恒定樣氣露點(diǎn)溫度的情況下，通過打開露點(diǎn)儀的進(jìn)口連接器進(jìn)行的。進(jìn)行測(cè)試前要進(jìn)行檢查，確保露點(diǎn)儀的敏感度能夠探測(cè)到0.01℃的露點(diǎn)溫度變化。所產(chǎn)生的露點(diǎn)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(cè)量顯示，水蒸氣的后向擴(kuò)散并不能對(duì)露點(diǎn)測(cè)量有大的影響。
3.5 溫度計(jì)和光學(xué)探測(cè)
冷鏡式露點(diǎn)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(cè)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(yán)重。此外，露點(diǎn)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(zhǔn)和測(cè)量時(shí)必須的。通過一些儀器，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)光學(xué)平衡中的漂移與傳感頭溫度密切相關(guān)。因?yàn)檫@個(gè)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(xué)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(xué)平衡都要重新進(jìn)行設(shè)定。
４ 結(jié)論和討論
實(shí)驗(yàn)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(diǎn)測(cè)量。進(jìn)行清潔和干燥的時(shí)候要用到棉花。如果沒有足夠的技巧，這會(huì)相當(dāng)?shù)脑愀?，這是因?yàn)槿羰菦]有預(yù)防措施的話，用來進(jìn)行清潔的棉花會(huì)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(jìn)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(duì)熱負(fù)荷的變化（露點(diǎn)范圍為－４０～０℃）時(shí)，這里所進(jìn)行測(cè)試的露點(diǎn)儀**度相當(dāng)?shù)暮?。但是，熱力環(huán)境或光學(xué)設(shè)置的改變會(huì)擾亂熱力梯度，并且重新建立平衡的時(shí)間會(huì)非常長。而在重新建立平衡期間，冷凝層很可能會(huì)發(fā)生很大的變化，這會(huì)導(dǎo)致露點(diǎn)儀讀數(shù)的漂移。因此，冷凝層在任何調(diào)整之后都會(huì)改變。一個(gè)有趣的結(jié)果是，在一個(gè)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(dāng)測(cè)量低于－４０℃的露點(diǎn)溫度時(shí)，情況會(huì)有所不同。測(cè)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(diǎn)儀敏感度可以達(dá)到０.２５℃／（１／ｍｉｎ）。因此，我們建議用作傳遞或參考標(biāo)準(zhǔn)的每一個(gè)儀器都要做這項(xiàng)檢查。今后，我們將會(huì)在更大的露點(diǎn)溫度范圍內(nèi)，用更多的露點(diǎn)儀（包括*新的）來進(jìn)行研究。
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