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镜式露点仪测量准确度因素分析及解决方法
返回列表 来源: 发布日期: 2023.05.24

精密冷镜露点仪208

露点仪是用来丈量气体湿度的仪器,气体湿度是指气体中水蒸汽的含量。气体露点温度是气体常用的湿度表明办法之一。其界说为,用等压冷却的办法使气体中的水蒸汽冷却至凝集相呈现,或经过控制冷镜面的温度,使气体中的水蒸汽与(凝集相)镜面露层的平展外表呈热力学平衡状况,准确的测出此刻的温度即为该气体的露点温度。露点法是一种绝对的丈量办法,露点仪是丈量气体露点温度的仪器。由于冷却方式、露点检测办法各不相同,露点仪的种类繁多,现在国际上的精密露点仪首要采用光电检测且热电制冷的镜面冷凝式露点仪。影响冷镜式露点仪丈量准确度的首要因素有:过冷水的发生;相界面的开尔文效应;镜面上有杂质。

1过冷水发生的影响及处理办法

当温度高于0℃时,水只能以一种安稳的热力学状况存在,它可以是气体,即水蒸气;同时水蒸气也可冷凝成水,即结露。

当温度不超过0℃时,水除了可以呈气态和固态外,还存在第三种热力学状况一过冷水。而在 0~-40℃范围内,过冷水现象普通存在。镜面状况、露层性质及结构对提高丈量准确度十分重要。露滴构成的基本条件是有一个憎水的抛光外表和必定数量的露核(外表上的细小固体粒子) 及外表上的细小裂痕等。

当气体中水蒸气接近饱满时,露滴开始构成并在外表孤立地生长;在此进程中,相邻露滴逐步缩小距离,直至相互触摸而结合。跟着温度的下降,被测气体中的水蒸气接近饱满状况,水分子由于引力被吸附在镜面上,构成一层薄水膜,这是构成露的第一阶段。当温度逐步下降时,水膜的厚度逐步添加,这是构成露的第二阶段。此刻冷却外表的任何不安稳因素都会使水膜聚成液滴(如镜面上的细小伤痕)。跟着镜面温度的进一步下降,不断生长且分布不规则的露滴构成露层并很快在外表上扩散,此刻液 -气或固-气平衡,即到达露点。

必定条件下,水蒸气到达饱满时液相仍不呈现,或是水在零度以下仍不结冰,这种现象称为“过饱满”或“过冷”。关于结露(或霜) 进程来说,呈现此现象往往是由于被测气体和镜面很洁净,以致缺少足够数量的露核而引起的;别的,在低温丈量时,由于冰的结晶进程比较慢,往往到达箱点温度时箱层还未呈现。当温度持续下降时,水开始结露,在过冷水状况下很快构成露层,但此刻的蒸汽压不是冰的饱满蒸汽压而是过冷水的饱满蒸汽压。当露点仪镜面温度低于0 ℃而镜面上凝聚的是露而不是箱时,尽管此刻实测到的是露点温度,但露点仪仍把它当作箱点温度来处理,因而这时测得的湿度值不正确。因而可对镜面进行反复加热和冷却,当镜面逐步升温时,水层会逐步蒸腾。同时可在传感器上加装显微镜来判别此进程,或利用过冷水的蒸汽压数据进行核算。

2开尔文效应的影响及处理办法

空气中的水汽不可能无限添加,在必定温度和压力条件下有一个极限值。空气中的水汽到达极限值时,水汽与纯洁水平面(或冰面)到达气液(或固液)两相动态平衡状况,称为水汽饱满。由于结露时水的外表为曲面,和露滴外表平衡的水汽压与纯水平面的饱满水汽压不同。所谓结露温度是指空气相关于曲折水面到达饱满时的温度。同温度下,露滴饱满水汽压高于

纯水平面的饱满水汽压,从而引起结露温度低于真实露点温度,这便是“开尔文效应”。

液体外表的分子及其内部分子所处情况不同。内部分子被同种分子所包圈,而外表分子只来自内部分子的引力。由于从式(2)中可以看出在低温条件、纯水平面饱满水汽压 p必定情况下,跟着T的下降,液滴的饱满水汽压 pa会逐步升高,渐渐大于此刻p.而使结露温度小于实践露点温度,依据文献 [1],它们两者之差为0.1℃左右,即开尔文效应影响蒸汽压后发生的不确定度。要减小此类因素的影响:

1)镜面选材上要选取光洁度较好,不易老化,导热性能杰出的资料,这样在液滴的饱满水汽压 p必定情况下,会适当增大液滴的曲率半径,可以提高结露质量;

2)坚持对被测气体进行过滤清洁,以削减其中的油蒸汽,以缩小测得值与约定真值的距离。

镜面表层由于清洗不净或使用时环境的污染,常有一些可溶性杂质。而只有当镜面上露层与气体中水蒸气到达平衡时测出的温度才是露点温度。而这种气、液的两相平衡是一种动态平衡,即单位时刻内从液相蒸腾到气相的分子数等于从气相凝聚到液相的分子数。当溶剂(水)中溶解了难蒸发的溶质时,其外表不均匀地被溶质的粒子占据,所以单位时刻从镜面上的溶液中蒸腾出的分子数则比纯水中蒸腾出的分子数要少,此种情况下若到达相平衡,镜面上溶液的蒸汽压低于纯水的蒸汽压,而此刻露点温度与蒸汽压是一一对应的,依据拉乌尔定律,溶液的露点温度比实践 (纯水)要高,且升高量与溶质的摩尔分数成正比;据参考文献 [2],若要使这种影响小于0.1℃,则要求可溶性杂质的摩尔分数小于 0.62%。而这在污染较重或杂质较少的情况下难以确保。在0℃以下镜面上结霜时,由于杂质与箱不能互溶,此刻影响可疏忽 .

处理的办法:

1)由于镜面上不同厚度的露层对光的反射或散射的程度不同,可利用光路来检测露层厚度,由于露层厚度适其时杂质浓度便会下降,可削减杂质影响;

2)可经过溶液冰点下降的值,求出溶质浓度(摩尔分数),从而求出露点升高量的办法来补偿,且冰点下降比露点升高显着得多,对冰点的丈量精度要求不高。

此外,镜面也常会有一些不溶于水的微粒(如灰尘等)会添加镜面本底散射水平,使露点仪发生零点漂移。处理这种影响的办法:在丈量前,光给镜面深度制冷,然后升温,再降温,直至到达露点。

分析的3种因素有一一起特征,便是都会影响镜面上液体的燕汽压,从而影响露点温度的丈量,导致成果发生偏差。值得注意的是:导线发生的热传导、铂电阻本身的发热与校准等都会对丈量成果发生影响,有待进一步探讨。

 

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