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時代新維實力賦能水質監(jiān)測

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鏡式露點儀測量準確度因素分析及解決方法
返回列表 來源: 發(fā)布日期: 2023.05.24

精密冷鏡露點儀208

露點儀是用來丈量氣體濕度的儀器,氣體濕度是指氣體中水蒸汽的含量。氣體露點溫度是氣體常用的濕度表明辦法之一。其界說為,用等壓冷卻的辦法使氣體中的水蒸汽冷卻至凝集相呈現(xiàn),或經(jīng)過控制冷鏡面的溫度,使氣體中的水蒸汽與(凝集相)鏡面露層的平展外表呈熱力學平衡狀況,準確的測出此刻的溫度即為該氣體的露點溫度。露點法是一種絕對的丈量辦法,露點儀是丈量氣體露點溫度的儀器。由于冷卻方式、露點檢測辦法各不相同,露點儀的種類繁多,現(xiàn)在國際上的精密露點儀首要采用光電檢測且熱電制冷的鏡面冷凝式露點儀。影響冷鏡式露點儀丈量準確度的首要因素有:過冷水的發(fā)生;相界面的開爾文效應;鏡面上有雜質。

1過冷水發(fā)生的影響及處理辦法

當溫度高于0℃時,水只能以一種安穩(wěn)的熱力學狀況存在,它可以是氣體,即水蒸氣;同時水蒸氣也可冷凝成水,即結露。

當溫度不超過0℃時,水除了可以呈氣態(tài)和固態(tài)外,還存在第三種熱力學狀況一過冷水。而在 0~-40℃范圍內(nèi),過冷水現(xiàn)象普通存在。鏡面狀況、露層性質及結構對提高丈量準確度十分重要。露滴構成的基本條件是有一個憎水的拋光外表和必定數(shù)量的露核(外表上的細小固體粒子) 及外表上的細小裂痕等。

當氣體中水蒸氣接近飽滿時,露滴開始構成并在外表孤立地生長;在此進程中,相鄰露滴逐步縮小距離,直至相互觸摸而結合。跟著溫度的下降,被測氣體中的水蒸氣接近飽滿狀況,水分子由于引力被吸附在鏡面上,構成一層薄水膜,這是構成露的第一階段。當溫度逐步下降時,水膜的厚度逐步添加,這是構成露的第二階段。此刻冷卻外表的任何不安穩(wěn)因素都會使水膜聚成液滴(如鏡面上的細小傷痕)。跟著鏡面溫度的進一步下降,不斷生長且分布不規(guī)則的露滴構成露層并很快在外表上擴散,此刻液 -氣或固-氣平衡,即到達露點。

必定條件下,水蒸氣到達飽滿時液相仍不呈現(xiàn),或是水在零度以下仍不結冰,這種現(xiàn)象稱為“過飽滿”或“過冷”。關于結露(或霜) 進程來說,呈現(xiàn)此現(xiàn)象往往是由于被測氣體和鏡面很潔凈,以致缺少足夠數(shù)量的露核而引起的;別的,在低溫丈量時,由于冰的結晶進程比較慢,往往到達箱點溫度時箱層還未呈現(xiàn)。當溫度持續(xù)下降時,水開始結露,在過冷水狀況下很快構成露層,但此刻的蒸汽壓不是冰的飽滿蒸汽壓而是過冷水的飽滿蒸汽壓。當露點儀鏡面溫度低于0 ℃而鏡面上凝聚的是露而不是箱時,盡管此刻實測到的是露點溫度,但露點儀仍把它當作箱點溫度來處理,因而這時測得的濕度值不正確。因而可對鏡面進行反復加熱和冷卻,當鏡面逐步升溫時,水層會逐步蒸騰。同時可在傳感器上加裝顯微鏡來判別此進程,或利用過冷水的蒸汽壓數(shù)據(jù)進行核算。

2開爾文效應的影響及處理辦法

空氣中的水汽不可能無限添加,在必定溫度和壓力條件下有一個極限值??諝庵械乃竭_極限值時,水汽與純潔水平面(或冰面)到達氣液(或固液)兩相動態(tài)平衡狀況,稱為水汽飽滿。由于結露時水的外表為曲面,和露滴外表平衡的水汽壓與純水平面的飽滿水汽壓不同。所謂結露溫度是指空氣相關于曲折水面到達飽滿時的溫度。同溫度下,露滴飽滿水汽壓高于

純水平面的飽滿水汽壓,從而引起結露溫度低于真實露點溫度,這便是“開爾文效應”。

液體外表的分子及其內(nèi)部分子所處情況不同。內(nèi)部分子被同種分子所包圈,而外表分子只來自內(nèi)部分子的引力。由于從式(2)中可以看出在低溫條件、純水平面飽滿水汽壓 p必定情況下,跟著T的下降,液滴的飽滿水汽壓 pa會逐步升高,漸漸大于此刻p.而使結露溫度小于實踐露點溫度,依據(jù)文獻 [1],它們兩者之差為0.1℃左右,即開爾文效應影響蒸汽壓后發(fā)生的不確定度。要減小此類因素的影響:

1)鏡面選材上要選取光潔度較好,不易老化,導熱性能杰出的資料,這樣在液滴的飽滿水汽壓 p必定情況下,會適當增大液滴的曲率半徑,可以提高結露質量;

2)堅持對被測氣體進行過濾清潔,以削減其中的油蒸汽,以縮小測得值與約定真值的距離。

鏡面表層由于清洗不凈或使用時環(huán)境的污染,常有一些可溶性雜質。而只有當鏡面上露層與氣體中水蒸氣到達平衡時測出的溫度才是露點溫度。而這種氣、液的兩相平衡是一種動態(tài)平衡,即單位時刻內(nèi)從液相蒸騰到氣相的分子數(shù)等于從氣相凝聚到液相的分子數(shù)。當溶劑(水)中溶解了難蒸發(fā)的溶質時,其外表不均勻地被溶質的粒子占據(jù),所以單位時刻從鏡面上的溶液中蒸騰出的分子數(shù)則比純水中蒸騰出的分子數(shù)要少,此種情況下若到達相平衡,鏡面上溶液的蒸汽壓低于純水的蒸汽壓,而此刻露點溫度與蒸汽壓是一一對應的,依據(jù)拉烏爾定律,溶液的露點溫度比實踐 (純水)要高,且升高量與溶質的摩爾分數(shù)成正比;據(jù)參考文獻 [2],若要使這種影響小于0.1℃,則要求可溶性雜質的摩爾分數(shù)小于 0.62%。而這在污染較重或雜質較少的情況下難以確保。在0℃以下鏡面上結霜時,由于雜質與箱不能互溶,此刻影響可疏忽 .

處理的辦法:

1)由于鏡面上不同厚度的露層對光的反射或散射的程度不同,可利用光路來檢測露層厚度,由于露層厚度適其時雜質濃度便會下降,可削減雜質影響;

2)可經(jīng)過溶液冰點下降的值,求出溶質濃度(摩爾分數(shù)),從而求出露點升高量的辦法來補償,且冰點下降比露點升高顯著得多,對冰點的丈量精度要求不高。

此外,鏡面也常會有一些不溶于水的微粒(如灰塵等)會添加鏡面本底散射水平,使露點儀發(fā)生零點漂移。處理這種影響的辦法:在丈量前,光給鏡面深度制冷,然后升溫,再降溫,直至到達露點。

分析的3種因素有一一起特征,便是都會影響鏡面上液體的燕汽壓,從而影響露點溫度的丈量,導致成果發(fā)生偏差。值得注意的是:導線發(fā)生的熱傳導、鉑電阻本身的發(fā)熱與校準等都會對丈量成果發(fā)生影響,有待進一步探討。

 

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