露点测量中应该注意的若干问题


如何正确使用露点仪
    露点法是一种古老的湿度测量方法,从经典的Regnault露点仪算起,它也有一百多年的历史了。随着科学技术的发展,露点技术臻于完善。现代的光电露点仪采用热电制冷,并且可以自动补偿零点和连续跟踪测量露点。带有微处理器的露点仪还可以把露点温度同时转换为相对湿度等测量单位。高精度露点仪在一般湿度范围的测量准确度可达±1℃露点温度。
   露点仪建立在可靠的理论基础之上,具有准确度高,测量范围宽的特点,其准确度仅次于重量法湿度计,因此,它不仅是一种工作仪器,而且也是长期以来普遍采用的标准仪器。露点仪广泛用于工业过程和实验室的湿度测量与控制,以及气象学中的探空测量等,在现代湿度测量技术中占有相当重要的位置。
一、露点湿度计的原理
  露点湿度计的原理可以通过一个简单的实验来说明。若将一个光洁的金属表面放到相对湿度低于100%的空气中并使之冷却,当温度降到某一数值时,靠近该表面的相对湿度达到100%,这时将有露在表面上形成。因为在这个温度下空气中的水汽达到了饱和,冷表面附着的水膜和空气中的水份处于动态平衡,也就是说,在单位时间内离开和返回到表面上的水分子数相同,这就是Regnault原理。该原理可以叙述为:当一定体积的湿空气在恒定的总压力下被均匀降温,直到空气中的水汽达到饱和状态,该状态叫做露点;在冷却的过程中,气体和水汽两者的分压力保持不变。如果空气的温度是Ta,露生成的温度为Td,则湿空气的相对湿度可以通过下式算出,
U=[(在露点温度Td时的饱和水气压)/(在原来温度Ta时的饱和水气压)]*100%式中饱和水汽压的数值可以通过查表得到。在0℃以下,水汽达到饱和时,
水在镜面上结冰,此时的温度又叫做霜点。
 
二、露点测量中应该注意的若干问题
 
(一)镜面污染对露点测量的影响
在露点测量中,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,二是改变镜面本底放射水平。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,从而使光电露点仪发生零点漂移。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,不言而喻将对露点的测量产生干扰。因此,无论任何一种类型的露点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。
 
(二)露点仪测量条件的选择
在露点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露点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。
被测气体的温度通常都是室温。因此当气流通过露点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,流速应适当提高,以加快露层形成速度,但是流速不能太大,否则会造成过热问题。这对制冷功率比较小的热电制冷露点仪尤为明显。流速太大还会导致露点室压力降低而流速的改变又将影响体系的热平衡。所以在露点测量中选择适当的流速是必要的,流速的选择应视制冷方法和露点室的结构而定。一般的流速范围在0.4~0.7L﹒min-1之间。为了减小传热的影响,可考虑在被
测气体进入露点室之前进行预冷处理。
在露点测量中镜面降温速度的控制是一个重要问题,对于自动光电露点仪是由设计决定的,而对于手控制冷量的露点仪则是操作中的问题。因为冷源的冷却点、测温点和镜面间的热传导有一个过程并存在一定的温度梯度。所以热惯性将影响结露(霜)的过程和速度,给测量结果带来误差。这种情况又随使用的测温元件不同而异,例如由于结构关系,铂电阻感温元件的测量点与镜面之间的温度梯度比较大,热传导速度也比较慢,从而使测温和结露不能同步进行。而且导致露层的厚度无法控制。这对目视检露来说将产生负误差。
另一个问题是降温速度太快可能造成“过冷”。我们知道,在一定条件下,水汽达到饱和状态时,液相仍然不出现,或者水在零度以下时仍不结冰,这种现象称为过饱和或“过冷”。对于结露(或霜)过程来说,这种现象往往是由于被测气体和镜面非常干净,乃至缺少足够数量的凝结核心而引起的。Suomi在实验中发现,如果一个高度抛光的镜面并且其干净程度合乎化学要求,则露的形成温度要比真实的露点温度低几度。
过冷现象是短暂的,共时间长短和露点或霜点温度有关。这种现象可以通过显微镜观察出来。解决的办法之一是重复加热和冷却镜面的操作,直到这种现象消除为止。另一个解决办法是直接利用过冷水的水汽压数据。并且这样作恰恰与气象系统低于零度时的相对湿度定义相吻合。
由上可见,无论是从热惯性或过冷现象来考虑,降温速度都不宜太快,如果超过合理范围,则降温速度愈快,热惯性也愈大,露点测量的误差就愈大,也越容易出现过冷。蕞佳降温速度一般通过实验来确定。
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