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)：11712

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，由光電傳感器感應到并輸出光電信號，經(jīng)控制回路比較、放大、驅動熱電泵，對鏡面致冷。當鏡面溫度降至濕氣露點溫度時，鏡面上開始結露（霜），光照在鏡面上出現(xiàn)漫反射，光電傳感器感應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，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)點是響應速度非常快，從干到濕響應一分鐘可達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，構成電容或電阻，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、響應速度非常快、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，可以設計晶體振蕩式露點儀。這是一項較新的技術，目前尚處于不十分成熟的階段。國外有相關產(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，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，還應該考慮到儀器使用的現(xiàn)場工況（行業(yè)）以及遵循相關行業(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。