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微水儀的工作原理及產(chǎn)品選型方法
微水儀（露點(diǎn)儀）的工作原理及產(chǎn)品選擇方法
本文從濕度測(cè)量的幾種基本方法入手，分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)和主要有代表性露點(diǎn)儀（微水儀），重點(diǎn)從性能、價(jià)格、適用條件和操作的方便程度上向用戶(hù)介紹如何選用合適的露點(diǎn)儀（微水儀）。
一、引言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，為了要得到高質(zhì)量的產(chǎn)品或設(shè)備正常地運(yùn)行，許多行業(yè)諸如石化、電力、電子、航空航天、冶金、紡織等對(duì)濕度測(cè)量的要求越來(lái)越高，因而，濕度測(cè)量已逐漸成為一個(gè)新興的技術(shù)領(lǐng)域，在86年我國(guó)正式成立了濕度與水分專(zhuān)業(yè)委員會(huì)，并開(kāi)展了多次學(xué)術(shù)交流會(huì)，濕度的一些計(jì)量檢定規(guī)程也逐步建立。根據(jù)有關(guān)規(guī)程，濕度被定義為氣體中的水蒸氣含量，常用單位有：克/升，PPM，mmHg，露點(diǎn)及相對(duì)濕度等。習(xí)慣上以露點(diǎn)-20℃為界把所測(cè)氣體分為高濕度氣體與低濕度氣體（即微量水），這里重點(diǎn)介紹低濕度氣體的測(cè)量。
二、濕度測(cè)量方法
根據(jù)國(guó)標(biāo)GB11605-89《濕度測(cè)量方法》所著，濕度測(cè)量共有七種方法，這里不一一贅述。筆者重點(diǎn)對(duì)市場(chǎng)上流行的幾種微量水測(cè)量方法及露點(diǎn)儀（微水儀）選型重新歸類(lèi)并簡(jiǎn)單介紹如下：
1、重量法
重量法是一種經(jīng)典的測(cè)量方法。讓所測(cè)樣氣流經(jīng)某一干燥劑，其所含水分被干燥劑吸收，精確稱(chēng)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(diǎn)是精度高，Z大允許誤差可達(dá)0.1%；缺點(diǎn)是具體操作比較困難，尤其是必須得到足夠量的吸收水質(zhì)量（一般不小于0.6克），這對(duì)于低濕度氣體尤其困難，。因而該方法只適合于測(cè)量露點(diǎn)-32℃以上的氣體，可以說(shuō)市場(chǎng)上純粹利用該方法測(cè)濕度的儀器較少。
由以上分析可知，重量法的關(guān)鍵是怎樣準(zhǔn)確測(cè)量干燥劑吸收的水分含量，因?yàn)橹苯訙y(cè)量比較困難，由此衍生了兩種間接測(cè)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(guò)檢測(cè)該電流即可測(cè)得樣氣的濕度。該方法彌補(bǔ)了重量法的缺點(diǎn)，測(cè)量量程可達(dá)-80℃以下，且精度較好，價(jià)格便宜；缺點(diǎn)是電解池氣路需要在使用前干燥很長(zhǎng)時(shí)間，且對(duì)氣體的腐蝕性及清潔性要求較高。
B、振動(dòng)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(zhì)量不同時(shí)振動(dòng)頻率不同的特點(diǎn)，讓樣氣和標(biāo)準(zhǔn)干燥氣流經(jīng)該晶體，因而產(chǎn)生不同的振動(dòng)頻率差△f1和△f2，計(jì)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(diǎn)，且使用前勿須干燥。
2、冷鏡法
冷鏡法也是一種經(jīng)典的測(cè)量方法。讓樣氣流經(jīng)露點(diǎn)冷鏡室的冷凝鏡，通過(guò)等壓制冷，使得樣氣達(dá)到飽和結(jié)露狀態(tài)（冷凝鏡上有液滴析出），測(cè)量冷凝鏡此時(shí)的溫度即是樣氣的露點(diǎn)。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是精度高，尤其在采用半導(dǎo)體制冷和光電檢測(cè)技術(shù)后，不確定度甚至可達(dá)0.1℃；缺點(diǎn)是響應(yīng)速度較慢，尤其在露點(diǎn)-60℃以下，平衡時(shí)間甚至達(dá)幾個(gè)小時(shí)，而且此方法對(duì)樣氣的清潔性和腐蝕性要求也較高，否則會(huì)影響光電檢測(cè)效果或產(chǎn)生‘偽結(jié)露’造成測(cè)量誤差。該方法的典型廠(chǎng)家代表是及英國(guó)的密析爾MICHELL公司。一般應(yīng)用在標(biāo)準(zhǔn)級(jí)濕度基準(zhǔn)，企業(yè)基準(zhǔn)或?qū)嶒?yàn)室分析，作為溯源的或?qū)纫筝^高地方。
3、阻容法
該方法的典型廠(chǎng)家代表為愛(ài)爾蘭的PANAMETRICS公司及英國(guó)MICHELL公司的EASIDEW系列，采用陶瓷基底的表面鍍金的氧化鋁及C2TX微處理器。該傳感器的工作原理非常簡(jiǎn)單，是基于水分的導(dǎo)電性。多孔的吸濕層如同“三明治”一樣被夾在陶瓷基底上的兩個(gè)導(dǎo)電層之間。吸收水分子后，吸濕活性層的導(dǎo)電特性就會(huì)發(fā)生變化。該露點(diǎn)傳感器的表面導(dǎo)電層允許水分子自由通過(guò)進(jìn)入吸濕活性層。吸濕活性層很薄，僅1微米厚（一微米=百萬(wàn)分之一米），而頂部的導(dǎo)電層厚度比1微米還要薄，這樣，當(dāng)周?chē)h(huán)境的濕度發(fā)生變化的時(shí)候，傳感器對(duì)濕度變化會(huì)做出極其快速的反應(yīng)。另一突出優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度非常快，從干到濕響應(yīng)一分鐘可達(dá)90%，因而多用于現(xiàn)場(chǎng)和快速測(cè)量場(chǎng)合；缺點(diǎn)是精度一般，通常為±2℃,需要1-2年校驗(yàn)。密析爾MICHELL便攜式露點(diǎn)儀cermax可做到精度±1℃。
4、相對(duì)濕度測(cè)量法
該方法實(shí)際上是測(cè)試相對(duì)濕度和溫度后換算成露點(diǎn)的，這類(lèi)濕敏元件受環(huán)境溫度影響較大，數(shù)據(jù)會(huì)隨環(huán)境溫度變化而變化，越接近相對(duì)濕度測(cè)量下限，越不穩(wěn)定，在低濕度低露點(diǎn)應(yīng)用，精度不理想，從濕度溯源的角度來(lái)看還是直接使用測(cè)量露點(diǎn)的產(chǎn)品比較好。
三、如何選擇市場(chǎng)上主流儀器
露點(diǎn)儀（濕度儀器）測(cè)量的方法可謂五花八門(mén)，其性能與價(jià)格也相差懸殊，這就要求我們選用儀器時(shí)要謹(jǐn)慎小心，不但要考慮到性能和價(jià)格，還應(yīng)該考慮到儀器使用的場(chǎng)合和所測(cè)氣體的種類(lèi)及腐蝕性等?？傮w原則如下：
1）標(biāo)準(zhǔn)級(jí)濕度基準(zhǔn)：考慮到要求測(cè)量準(zhǔn)確度高，樣氣理想，一般應(yīng)選用冷鏡式露點(diǎn)儀，如美國(guó)英國(guó)MICHELL的S4000TRS，S8000.瑞士MBW公司DP30等露點(diǎn)儀，用戶(hù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際量程和精度選用合適的產(chǎn)品。
2）企業(yè)基準(zhǔn)或?qū)嶒?yàn)室分析：如果測(cè)量準(zhǔn)確度要求較高，可選用冷鏡法儀器，如瑞士MBW公司的DP19或密析爾S4000，OPT,OPV；如果量程要求較低（露點(diǎn)-80℃以下）且氣體較清潔，可選用電解法儀器，如美國(guó)Edgetech公司的1-C，杜邦公司的M303。
3）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)：如果測(cè)量準(zhǔn)確度要求較高，可選用冷鏡法儀器（同上）；如果要求測(cè)量速度快或氣體污染較重，Z好選用阻容法儀器，如英國(guó)密析爾MICHELL公司Easidew陶瓷基底阻容法測(cè)量范圍-100～+20℃耐壓可達(dá)30Mpa可連續(xù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。
本文從濕度測(cè)量的幾種基本方法入手，分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)和主要有代表性露點(diǎn)儀（微水儀），重點(diǎn)從性能、價(jià)格、適用條件和操作的方便程度上向用戶(hù)介紹如何選用合適的露點(diǎn)儀（微水儀）。
一、引言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，為了要得到高質(zhì)量的產(chǎn)品或設(shè)備正常地運(yùn)行，許多行業(yè)諸如石化、電力、電子、航空航天、冶金、紡織等對(duì)濕度測(cè)量的要求越來(lái)越高，因而，濕度測(cè)量已逐漸成為一個(gè)新興的技術(shù)領(lǐng)域，在86年我國(guó)正式成立了濕度與水分專(zhuān)業(yè)委員會(huì)，并開(kāi)展了多次學(xué)術(shù)交流會(huì)，濕度的一些計(jì)量檢定規(guī)程也逐步建立。根據(jù)有關(guān)規(guī)程，濕度被定義為氣體中的水蒸氣含量，常用單位有：克/升，PPM，mmHg，露點(diǎn)及相對(duì)濕度等。習(xí)慣上以露點(diǎn)-20℃為界把所測(cè)氣體分為高濕度氣體與低濕度氣體（即微量水），這里重點(diǎn)介紹低濕度氣體的測(cè)量。
二、濕度測(cè)量方法
根據(jù)國(guó)標(biāo)GB11605-89《濕度測(cè)量方法》所著，濕度測(cè)量共有七種方法，這里不一一贅述。筆者重點(diǎn)對(duì)市場(chǎng)上流行的幾種微量水測(cè)量方法及露點(diǎn)儀（微水儀）選型重新歸類(lèi)并簡(jiǎn)單介紹如下：
1、重量法
重量法是一種經(jīng)典的測(cè)量方法。讓所測(cè)樣氣流經(jīng)某一干燥劑，其所含水分被干燥劑吸收，精確稱(chēng)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(diǎn)是精度高，Z大允許誤差可達(dá)0.1%；缺點(diǎn)是具體操作比較困難，尤其是必須得到足夠量的吸收水質(zhì)量（一般不小于0.6克），這對(duì)于低濕度氣體尤其困難，。因而該方法只適合于測(cè)量露點(diǎn)-32℃以上的氣體，可以說(shuō)市場(chǎng)上純粹利用該方法測(cè)濕度的儀器較少。
由以上分析可知，重量法的關(guān)鍵是怎樣準(zhǔn)確測(cè)量干燥劑吸收的水分含量，因?yàn)橹苯訙y(cè)量比較困難，由此衍生了兩種間接測(cè)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(guò)檢測(cè)該電流即可測(cè)得樣氣的濕度。該方法彌補(bǔ)了重量法的缺點(diǎn)，測(cè)量量程可達(dá)-80℃以下，且精度較好，價(jià)格便宜；缺點(diǎn)是電解池氣路需要在使用前干燥很長(zhǎng)時(shí)間，且對(duì)氣體的腐蝕性及清潔性要求較高。
B、振動(dòng)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(zhì)量不同時(shí)振動(dòng)頻率不同的特點(diǎn)，讓樣氣和標(biāo)準(zhǔn)干燥氣流經(jīng)該晶體，因而產(chǎn)生不同的振動(dòng)頻率差△f1和△f2，計(jì)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(diǎn)，且使用前勿須干燥。
2、冷鏡法
冷鏡法也是一種經(jīng)典的測(cè)量方法。讓樣氣流經(jīng)露點(diǎn)冷鏡室的冷凝鏡，通過(guò)等壓制冷，使得樣氣達(dá)到飽和結(jié)露狀態(tài)（冷凝鏡上有液滴析出），測(cè)量冷凝鏡此時(shí)的溫度即是樣氣的露點(diǎn)。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是精度高，尤其在采用半導(dǎo)體制冷和光電檢測(cè)技術(shù)后，不確定度甚至可達(dá)0.1℃；缺點(diǎn)是響應(yīng)速度較慢，尤其在露點(diǎn)-60℃以下，平衡時(shí)間甚至達(dá)幾個(gè)小時(shí)，而且此方法對(duì)樣氣的清潔性和腐蝕性要求也較高，否則會(huì)影響光電檢測(cè)效果或產(chǎn)生‘偽結(jié)露’造成測(cè)量誤差。該方法的典型廠(chǎng)家代表是及英國(guó)的密析爾MICHELL公司。一般應(yīng)用在標(biāo)準(zhǔn)級(jí)濕度基準(zhǔn)，企業(yè)基準(zhǔn)或?qū)嶒?yàn)室分析，作為溯源的或?qū)纫筝^高地方。
3、阻容法
該方法的典型廠(chǎng)家代表為愛(ài)爾蘭的PANAMETRICS公司及英國(guó)MICHELL公司的EASIDEW系列，采用陶瓷基底的表面鍍金的氧化鋁及C2TX微處理器。該傳感器的工作原理非常簡(jiǎn)單，是基于水分的導(dǎo)電性。多孔的吸濕層如同“三明治”一樣被夾在陶瓷基底上的兩個(gè)導(dǎo)電層之間。吸收水分子后，吸濕活性層的導(dǎo)電特性就會(huì)發(fā)生變化。該露點(diǎn)傳感器的表面導(dǎo)電層允許水分子自由通過(guò)進(jìn)入吸濕活性層。吸濕活性層很薄，僅1微米厚（一微米=百萬(wàn)分之一米），而頂部的導(dǎo)電層厚度比1微米還要薄，這樣，當(dāng)周?chē)h(huán)境的濕度發(fā)生變化的時(shí)候，傳感器對(duì)濕度變化會(huì)做出極其快速的反應(yīng)。另一突出優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度非常快，從干到濕響應(yīng)一分鐘可達(dá)90%，因而多用于現(xiàn)場(chǎng)和快速測(cè)量場(chǎng)合；缺點(diǎn)是精度一般，通常為±2℃,需要1-2年校驗(yàn)。密析爾MICHELL便攜式露點(diǎn)儀cermax可做到精度±1℃。
4、相對(duì)濕度測(cè)量法
該方法實(shí)際上是測(cè)試相對(duì)濕度和溫度后換算成露點(diǎn)的，這類(lèi)濕敏元件受環(huán)境溫度影響較大，數(shù)據(jù)會(huì)隨環(huán)境溫度變化而變化，越接近相對(duì)濕度測(cè)量下限，越不穩(wěn)定，在低濕度低露點(diǎn)應(yīng)用，精度不理想，從濕度溯源的角度來(lái)看還是直接使用測(cè)量露點(diǎn)的產(chǎn)品比較好。
三、如何選擇市場(chǎng)上主流儀器
露點(diǎn)儀（濕度儀器）測(cè)量的方法可謂五花八門(mén)，其性能與價(jià)格也相差懸殊，這就要求我們選用儀器時(shí)要謹(jǐn)慎小心，不但要考慮到性能和價(jià)格，還應(yīng)該考慮到儀器使用的場(chǎng)合和所測(cè)氣體的種類(lèi)及腐蝕性等?？傮w原則如下：
1）標(biāo)準(zhǔn)級(jí)濕度基準(zhǔn)：考慮到要求測(cè)量準(zhǔn)確度高，樣氣理想，一般應(yīng)選用冷鏡式露點(diǎn)儀，如美國(guó)英國(guó)MICHELL的S4000TRS，S8000.瑞士MBW公司DP30等露點(diǎn)儀，用戶(hù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際量程和精度選用合適的產(chǎn)品。
2）企業(yè)基準(zhǔn)或?qū)嶒?yàn)室分析：如果測(cè)量準(zhǔn)確度要求較高，可選用冷鏡法儀器，如瑞士MBW公司的DP19或密析爾S4000，OPT,OPV；如果量程要求較低（露點(diǎn)-80℃以下）且氣體較清潔，可選用電解法儀器，如美國(guó)Edgetech公司的1-C，杜邦公司的M303。
3）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)：如果測(cè)量準(zhǔn)確度要求較高，可選用冷鏡法儀器（同上）；如果要求測(cè)量速度快或氣體污染較重，Z好選用阻容法儀器，如英國(guó)密析爾MICHELL公司Easidew陶瓷基底阻容法測(cè)量范圍-100～+20℃耐壓可達(dá)30Mpa可連續(xù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。
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