芬兰维萨拉公司(Vaisala)露点仪技术介绍及其应用


芬兰维萨拉公司(VAISALA)露点仪技术介绍及其应用
芬兰维萨拉公司(
Vaisala)的露点仪由于使用DRYCAP®湿度传感器及零点自动校准、增益回归三项专利技术,使得在低湿或/及存在腐蚀性化学物质气体分子的情况下准确测量相对湿度,从而计算出相应的露点成为现实,在测量高于-60的露点时其精度保证在±2以内,精度稍低时,可达到-80露点。

主体词:DRYCAP®湿度传感器    自动校准技术    增益回归技术

一、引言

现今测量露点普遍采用的方法有三种:冷镜法、金属氧化物法和聚合物法。

  冷镜法可以在很宽的测量范围内取得较高的精度,但由于它的光学测量原理的局限性使其极易受镜面污染物和灰尘的影响,从而影响精度;并且不易区分霜点及露点。为克服上述缺点,测量系统往往附加许多额外设备以提供镜面清洗、防护等功能,造成整套设备比较昂贵。冷镜法测量方法往往用于精度要求极高且具有良好的操作、维护的条件(如实验室),而对于大多数在线测量,则维护成本较高。

  金属氧化物传感器(包括AL2O3传感器),用于工业过程控制中的低露点测量。此种测量法在正确使用时可以测得很低的露点,其缺点是长期稳定性差。由于测湿敏元件本身造成的漂移,使得频繁的标定工作必不可少,而且传感器不能在线标定,大多数情况下要送到原厂标定,且标定成本较高。这将会影响日后的准确测量、正常生产,增大了维护工作量。金属氧化物传感器在高湿或冷凝的情况下一旦受损,其功能将无法恢复。

  芬兰维萨拉公司(Vaisala)是聚合物薄膜测量传感器的首创者,在湿度测量领域有60年的实践经验,其利用聚合物薄膜开发的专门用于测量低露点的传感器DRYCAP®性能稳定,不受凝结水和大多数化学物质的影响,并且由于使用DRYCAP®的露点仪采用了零点自动校准、增益回归两项专利技术,使得露点仪的露点测量范围宽、精度高、长期稳定性好、性价比优良。

二、技术介绍 

  DRYCAP®传感器由两部分组成:电容型聚合物薄膜测湿传感器及电阻型测温传感器,测湿传感器测量被测气体中的水分子,从而测出相对湿度;测温传感器测量测湿传感器的表面温度;仪器内置的微处理器从这两个参数计算出露点。测湿、测温传感器通过金属膜背靠背紧密靠近,这样一方面使得测温传感器能够准确测得湿度传感器所处温度;另一方面通过金属膜的作用大大减小了外部电场作用产生的感应电容,从而提高了测量精度。在低湿情况下,DRYCAP®的反应时间为40……240秒,取决于湿度变化方向和大小,测量高湿时反应时间较短。DRYCAP®的耐温范围-40……+180,承压范围为0……20bar。其本身耐腐蚀性也极为突出,对于碱性和弱酸性气体有较好的适应。通常在低湿的情况下,相对湿度微小的误差都会使露点的计算产生很大的偏差,例如:在室温情况下,-40-50的露点相当于此时08%RH03%RH的相对湿度采用相对湿度精度为±2%RH的一般薄膜湿敏传感器要得到±2%的露点精度所能测得的蕞低露点为-9,应用VaisalaDRYCAP®传感器及自动校准专利技术,在保证±2%露点精度的同时可测得的蕞低露点为-60,在精度稍低的情况下可达到-80的露点,这是因为自动校准技术使得准确的相对湿度测量成为可能。

  在自校准过程中,测温电阻将DRYCAP®探头加温到高于环境温度10后自然冷却,在冷却过程中仪器测量DRYCAP®实时温度和相对湿度,从公式RH=RH0+PW/PWS中(其中RH为仪器测量值,RH0为直线在Y轴上载距,PW为此刻待测气体中水气分压,假设是一定值,PWS为饱和水气压值,1/PWS为温度的函数)可见由几组不同温度时的RH1/PWS值可推出一拟合直线,并推出该拟合直线在Y轴上的截距RH0。即温度无穷高时,传感器所测相对湿度偏移开零点的值。

  在确定RH0后,即可进行准确的RH计算,从而准确计算出露点,当相对湿度低于10%时系统自动执行自校准功能,此时上次的输出参数被锁定,校准后系统即可输出测量值。自校准功能也可以以时间间隔方式启动(通常为6小时)。如果在校准过程中温度或露点测量值不稳定,即环境影响降温过程或假设的PW为一常数条件不满足,自校准功能将会在设定的时间间隔后,再次执行.依此类推,直至温度和露点温度稳定后才输出真实露点。通过优秀的DRYCAP®硬件设计及自动校准软件使得准确测量低湿露点得以实现。

  由于某些化学物质气体分子长期聚集在湿敏元件内部影响测量精度,为保证准确测量,Vaisala公司开发出增益回归软件,其工作过程为在零点自动校准软件执行前执行增益回归功能,将DRYCAP®传感器升温到160,使其内部聚集的化学物质分子蒸发,从而保证了准确测量,同时这一方法排除了油污聚集影响反应时间的困扰。

  DRYCAP®湿敏元件不怕冷凝水,发生冷凝时,自然风干后可继续正常使用.但风干时需将仪器取出,这会影响其他工作的正常进行。为了防止此类情况的频繁发生,在DMT-242露点仪中还附有一保护功能:即当相对湿度意外升高到80%RH以上时,测温传感器马上对湿敏元件加热,以减小局部相对湿度,从而避免饱和水汽形成。通过使用这一客户友好功能,使得停工率大幅降低,从而提高了生产效率。

   维萨拉露点仪出厂设置为-80……+20露点对应4……20MA输出,但客户通过软件修改,可使任意量程范围内参数(如:-60……+5露点或-75……+15等)对应4……20MA输出,从而大大方便了后级级联控制。

  所有露点仪使用一段时间后都会发生漂移,大多数露点仪是无法由客户自己作漂移校正的,只能频繁地送到厂家,花费一定的财力及时间作校正。为了方便客户使用,所有维萨拉(Vaisala)露点仪都能由客户在自己能找到标准湿度源的情况下,通过Microsoft Windows 中的内置公用软件作漂移校正。大大节省了费用及时间,保证了正常测量。

  通过多项尖端技术的使用,确保了维萨拉公司(Vaisala)露点仪在各行业的长期、稳定、精确使用。

三、露点仪应用领域

1、锂电池生产车间的露点测量

2、空气净化及洁净室

3、压缩空气干燥

4、电力系统SF6断路器露点检测

5、干燥工业

6、食品加工

7、塑料基片干燥

8、动力气质量控制

9、氮气生产及纯度维护

10、需要极干燥的环境(如手套箱、电子工业等

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