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露點儀的原理
一、露點儀原理
1.鏡面式露點儀不同水份含量的氣體在不同溫度下的鏡面上會結露。采用光電檢測技術，檢測出露層并測量結露時的溫度，直接顯示露點。鏡面制冷的方法有：半導體制冷、液氮制冷和高壓空氣制冷。鏡面式露點儀采用的是直接測量方法，在保證檢露準確、鏡面制冷率和精密測量結露溫度前提下，該種露點儀可作為標準露點儀使用。目前上zui高精度達到±0.1℃（露點溫度），一般精度可達到±0.5℃以內。
2.電傳感器式露點儀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。建立在露點單位制上設計的該類傳感器，構成了電傳感器式露點分析儀。目前上zui高精度達到±1.0℃（露點溫度），一般精度可達到±3℃以內。
3.電介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，設計出建立在含濕量單位制上的電解法微水份儀。目前上zui高精度達到±1.0℃（露點溫度），一般精度可達到±3℃以內。
4.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。
5.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。
6.半導體傳感器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。
二、市場上流行的幾種微量水測量方法及露點儀選型
重量法：是一種經(jīng)典的測量方法。讓所測樣氣流經(jīng)某一干燥劑，其所含水分被干燥劑吸收，稱取干燥劑吸收的水分含量，與樣氣體積之比即為樣氣的濕度。該方法的優(yōu)點是精度高，zui大允許誤差可達0.1%；缺點是具體操作比較困難，尤其是必須得到足夠量的吸收水質量（一般不小于0.6克），這對于低濕度氣體尤其困難，必須加大樣氣流量，結果會導致測量時間和誤差增大（測得的濕度不是瞬時值）。因而該方法只適合于測量露點-32℃以上的氣體，可以說市場上純粹利用該方法測濕度的儀器較少。由以上分析可知，重量法的關鍵是怎樣測量干燥劑吸收的水分含量，因為直接測量比較困難，由此衍生了兩種間接測量吸收水含量的方法。
A.電解法：就是將干燥劑吸收的水分經(jīng)電解池電解成氫氣和氧氣排出，電解電流的大小與水分含量成正比，通過檢測該電流即可測得樣氣的濕度。該方法彌補了重量法的缺點，測量量程可達-80℃以下，且精度較好，價格便宜；缺點是電解池氣路需要在使用前干燥很長時間，且對氣體的腐蝕性及清潔性要求較高。采用該方法的儀器較多，典型的是美國Edgetech公司的1-C型微水儀和杜邦公司的M303及國產(chǎn)的USI系列產(chǎn)品。
B.振動頻率法：就是將重量法中的干燥劑換用一種吸濕性的石英晶體，根據(jù)該晶體吸收水分質量不同時振動頻率不同的特點，讓樣氣和標準干燥氣流經(jīng)該晶體，因而產(chǎn)生不同的振動頻率差△f1和△f2，計算兩頻率之差即可得到樣氣的濕度。該方法具有電解法一樣的優(yōu)點，且使用前勿須干燥。典型代表儀器是美國AMETEK公司的560B。
1.鏡面式露點儀不同水份含量的氣體在不同溫度下的鏡面上會結露。采用光電檢測技術，檢測出露層并測量結露時的溫度，直接顯示露點。鏡面制冷的方法有：半導體制冷、液氮制冷和高壓空氣制冷。鏡面式露點儀采用的是直接測量方法，在保證檢露準確、鏡面制冷率和精密測量結露溫度前提下，該種露點儀可作為標準露點儀使用。目前上zui高精度達到±0.1℃（露點溫度），一般精度可達到±0.5℃以內。
2.電傳感器式露點儀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。建立在露點單位制上設計的該類傳感器，構成了電傳感器式露點分析儀。目前上zui高精度達到±1.0℃（露點溫度），一般精度可達到±3℃以內。
3.電介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，設計出建立在含濕量單位制上的電解法微水份儀。目前上zui高精度達到±1.0℃（露點溫度），一般精度可達到±3℃以內。
4.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。
5.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。
6.半導體傳感器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。
二、市場上流行的幾種微量水測量方法及露點儀選型
重量法：是一種經(jīng)典的測量方法。讓所測樣氣流經(jīng)某一干燥劑，其所含水分被干燥劑吸收，稱取干燥劑吸收的水分含量，與樣氣體積之比即為樣氣的濕度。該方法的優(yōu)點是精度高，zui大允許誤差可達0.1%；缺點是具體操作比較困難，尤其是必須得到足夠量的吸收水質量（一般不小于0.6克），這對于低濕度氣體尤其困難，必須加大樣氣流量，結果會導致測量時間和誤差增大（測得的濕度不是瞬時值）。因而該方法只適合于測量露點-32℃以上的氣體，可以說市場上純粹利用該方法測濕度的儀器較少。由以上分析可知，重量法的關鍵是怎樣測量干燥劑吸收的水分含量，因為直接測量比較困難，由此衍生了兩種間接測量吸收水含量的方法。
A.電解法：就是將干燥劑吸收的水分經(jīng)電解池電解成氫氣和氧氣排出，電解電流的大小與水分含量成正比，通過檢測該電流即可測得樣氣的濕度。該方法彌補了重量法的缺點，測量量程可達-80℃以下，且精度較好，價格便宜；缺點是電解池氣路需要在使用前干燥很長時間，且對氣體的腐蝕性及清潔性要求較高。采用該方法的儀器較多，典型的是美國Edgetech公司的1-C型微水儀和杜邦公司的M303及國產(chǎn)的USI系列產(chǎn)品。
B.振動頻率法：就是將重量法中的干燥劑換用一種吸濕性的石英晶體，根據(jù)該晶體吸收水分質量不同時振動頻率不同的特點，讓樣氣和標準干燥氣流經(jīng)該晶體，因而產(chǎn)生不同的振動頻率差△f1和△f2，計算兩頻率之差即可得到樣氣的濕度。該方法具有電解法一樣的優(yōu)點，且使用前勿須干燥。典型代表儀器是美國AMETEK公司的560B。