Аналіз пераваг і недахопаў розных метадаў вымярэння кропкі расы вільготнасці
прынцып выпрабавання
Прыборы для вымярэння вільготнасці можна падзяліць на халодна-люстэркавыя, цалкам абсарбцыйныя, ёмістныя з Al2O3, тонкаплёнкавыя ёмістныя, рэзістыўныя, суха-вільготныя і механічныя. Сярод іх цалкам абсарбцыйныя электралітычныя мікравадамеры і ёмістныя вымяральнікі кропкі расы Al2O3 звычайна выкарыстоўваюцца для вымярэння нізкага дыяпазону вільготнасці, у той час як механічныя вымяральнікі вільготнасці суха-вільготнага тыпу могуць выкарыстоўвацца толькі для вымярэння адноснай вільготнасці, а вільготныя вымяральнікі вільготнасці з халодна-люстэркавым і тонкаплёнкавым ёмістным тыпам (патэнт Vaisala) могуць выкарыстоўвацца не толькі для вымярэння нізкай вільготнасці, але і для вымярэння сярэдняй і высокай вільготнасці, гэта значыць адноснай вільготнасці. Вышэйзгаданыя прыборы маюць свае перавагі і недахопы. Сярод іх вымяральнік кропкі расы з халодна-люстэркавым тыпам з'яўляецца найбольш дакладным, найбольш надзейным і самым простым метадам вымярэння, шырока выкарыстоўваецца ў стандартнай перадачы, але яго недахопам з'яўляецца адносна высокая цана і неабходнасць вопытнага выкарыстання і абслугоўвання.
1.1
Вымяральнік кропкі расы халоднага люстэрка
1.1.1
Прынцып вымярэння
Калі вымераная вільгаць трапляе ў камеру для вымярэння кропкі расы, халодная паверхня люстэрка ахінае яе; калі тэмпература паверхні люстэрка вышэйшая за тэмпературу кропкі расы вільгаці, паверхня люстэрка знаходзіцца ў сухім стане; у гэты час святло, якое выпраменьваецца крыніцай святла ў фотаэлектрычнай экспазіцыйнай прыладзе, амаль цалкам адлюстроўваецца ад паверхні люстэрка, фотаэлектрычны датчык выяўляе і выводзіць фотаэлектрычны сігнал, а схема кіравання параўноўвае, узмацняе і прыводзіць у рух тэрмаэлектрычны помпа для астуджэння паверхні люстэрка. Калі тэмпература паверхні люстэрка падае да тэмпературы кропкі расы вільгаці, паверхня пачынае астуджацца (раса), святло на паверхні люстэрка дыфузна адбіваецца, сігнал адлюстравання, выкліканы фотаэлектрычным датчыкам, слабее, змяненне параўноўваецца з контурам кіравання, узмацняецца, тэрмаэлектрычны помпа рэгулюецца для належнага зніжэння магутнасці астуджэння, і, нарэшце, тэмпература паверхні люстэрка падтрымліваецца на ўзроўні тэмпературы кропкі расы пробы газу. Тэмпература люстэрка вымяраецца плацінавым датчыкам тэмпературы супраціву, размешчаным блізка да ніжняй часткі халоднай паверхні люстэрка, і адлюстроўваецца на дысплеі.
У цяперашні час сусветныя кампаніі, якія вырабляюць халодныя люстэркавыя вымяральнікі кропкі расы, такія як GE, Edgetech, швейцарская MBW і гэтак далей, прытрымліваюцца гэтага прынцыпу. Брытанская MICHELL выкарыстоўвае сістэму двайнога аптычнага выяўлення шляху, гэта значыць, адлюстраванае і рассеянае святло выяўляюцца адначасова, а фінская Vaisala выкарыстоўвае акустычную хвалю ў якасці сістэмы выяўлення.
Падчас вымярэння вадзяная пара ў вымяраемым газе з паніжэннем тэмпературы блізкая да стану насычэння. З-за гравітацыйнага эфекту малекулы вады адсарбуюцца на паверхні люстэрка, утвараючы тонкую вадзяную плёнку. Гэта першы этап утварэння расы. Калі тэмпература люстэрка працягвае зніжацца, таўшчыня вадзяной плёнкі паступова павялічваецца, што з'яўляецца другім этапам утварэння расы. У гэтай фазе кантраст сіл паміж гравітацыйнай сілай малекул вады і павярхоўным нацяжэннем вадзяной плёнкі змяняецца, і ўплыў апошняй паступова дамінуе. У гэты час любыя нестабільныя фактары на астуджальнай паверхні, такія як малюсенькія драпіны на паверхні люстэрка, прывядуць да кандэнсацыі вадзяной плёнкі ў кроплі. Пры далейшым паніжэнні тэмпературы люстэрка пачынаюць з'яўляцца кроплі расы. Праз мікраскоп мы можам бачыць ізаляваны рост і нераўнамернае размеркаванне кропель расы, а затым пласт расы дыфузуе па паверхні з вельмі высокай хуткасцю. У гэты час можна думаць, што пачынаецца раўнавага вадкасць-пар, гэта значыць дасягаецца кропка расы.
1.1.2
Структура
1.1.2.1
Люстэрка
Люстэрка павінна быць гідрафобным, мець добрую цеплаправоднасць, зносаўстойлівасць, каразійную стойкасць і добрыя аптычныя характарыстыкі. Раней у якасці люстэрка выкарыстоўвалася золата, цяпер — родый.
1.1.2.2
Астуджэнне люстэрка
У мінулым выкарыстоўваліся выпарванне этыленавых эфіраў, механічнае халадзільнае астуджэнне, халадзільнае астуджэнне звадкаваным газам або сухім лёдам, а таксама халадзільнае астуджэнне сціснутым паветрам. Найбольш распаўсюджаным з'яўляецца тэрмаэлектрычнае халадзільнае астуджэнне або тэрмаэлектрычнае астуджэнне ў спалучэнні з механічным (кропка расы ніжэй за -60°C). У гэтай працы акцэнт робіцца на тэрмаэлектрычным халадзільным астуджэнні.
Тэрмаэлектрычнае халадзільнае абсталяванне, таксама вядомае як паўправадніковае халадзільнае абсталяванне, называецца тэрмаэлектрычным халадзільным абсталяваннем Пельцье (ад англійскай назвы Пельцье). Прынцып заключаецца ў тым, што пры праходжанні пастаяннага току праз нанапэлектрычны элемент, які складаецца з двух розных металаў, цяпло перадаецца ад аднаго металу да іншага, што прама супрацьлегла вымярэнню тэмпературы тэрмапары. Такім чынам, калі халодны канец Пельцье падключаны да люстэрка, а другі канец выкарыстоўваецца ў якасці канца для рассейвання цяпла, люстэрка можа астуджацца. Для дасягнення розных нізкіх тэмператур можна выкарыстоўваць метад шматузроўневай суперпазіцыі. Дадзеныя, прадстаўленыя амерыканскай кампаніяй GE, паказваюць, што, у цэлым, пры тэмпературы ў памяшканні 25°C розніца тэмператур паміж халодным і халодным канцамі можа дасягаць 55°C, розніца тэмператур паміж халодным і халодным канцамі можа дасягаць 75°C, розніца тэмператур паміж халодным і халодным канцамі можа дасягаць 105°C, а розніца тэмператур паміж халодным і халодным канцамі можа дасягаць 120°C пры пятым халадзільным выкарыстанні. Магутнасць астуджэння розных кампаній будзе нязначна адрознівацца. Чым вышэй тэмпература на гарачым канцы, тым вышэй эфектыўнасць астуджэння і тым большая розніца тэмператур на гарачым канцы. Для зніжэння тэмпературы халоднага канца звычайна выкарыстоўваюцца паветраныя, вадзяныя і механічныя халадзільнікі. Але зніжэнне немагчыма без абмежаванняў. Важна адзначыць, што халадзільная здольнасць гігрометра кропкі расы не адлюстроўвае дыяпазон вымярэнняў. Дыяпазон вымярэння гігрометра кропкі расы заключаецца ў тым, што тэмпературу паверхні люстэрка можна атрымаць на паверхні люстэрка, і тэмпературу паверхні люстэрка можна атрымаць, калі пласт расы або інею мае пэўную таўшчыню. Такім чынам, пры агульнай кропцы расы/інею дыяпазон вымярэння гігрометра кропкі расы звычайна на 5°C вышэй за яго астуджальную здольнасць, а пры нізкай кропцы інею — звычайна на 10°C~12°C вышэй. Напрыклад, для вымяральніка кропкі расы DP19, вырабленага кампаніяй MBW у Швейцарыі, пры тэмпературы ў памяшканні 10°C яго мінімальны дыяпазон вымярэнняў складае -60°C, пры тэмпературы ў памяшканні 20°C — -55°C, а пры тэмпературы ў памяшканні 35°C — -45°C. З-за высокай цеплаправоднасці вадароду і гелія дыяпазон вымярэнняў памяншаецца на некалькі градусаў. Пры павелічэнні ціску вымяранага газу дыяпазон вымярэнняў таксама памяншаецца. Для паветра і азоту пры ўмове ціску вышэйшага за нармальны з кожным дадатковым атмасферным ціскам дыяпазон вымярэнняў памяншаецца прыкладна на 0,67°C.
1.1.2.3
Прылада для вымярэння тэмпературы
У цяперашні час для вымярэння тэмпературы выкарыстоўваецца большая частка чатырохправадных плацінавых рэзістараў. Значэнне супраціву і тэмпература плацінавых рэзістараў знаходзяцца ў даволі шырокім дыяпазоне тэмператур, дакладнасць высокая, стабільнасць добрая, выхадны сігнал моцны, лічбавы дысплей зручны.
1.1.2.4
Сістэма выяўлення
У цяперашні час, за выключэннем вымяральніка кропкі расы з халодным люстэркам, нядаўна распрацаванага фінскай кампаніяй Vaisala, які выкарыстоўвае прынцып гукавой хвалі для вымярэння, усе астатнія выкарыстоўваюцца для вымярэння і кантролю з дапамогай фотаэлектрычных датчыкаў. Тэхналогія фотаэлектрычнага выяўлення выкарыстоўваецца ўжо некалькі дзесяцігоддзяў і з'яўляецца дасканалай. Але яе недахопам з'яўляецца тое, што яна не можа адрозніць пераахалоджаную ваду ад інею.
1.1.3
Меры засцярогі пры выкарыстанні
1.1.3.1
Пераахалоджаная вада і іней
У дыяпазоне тэмператур ад 0 да 20°C на паверхні люстэрка лёгка ўтвараецца пераахалоджаная вада. Паколькі ціск насычанай пары на паверхні лёду і паверхні вады адрозніваецца, калі на паверхні люстэрка ўтвараецца пераахалоджаная вада, вымеранае значэнне ніжэйшае за тэмпературу замярзання, і тэмпература адрозніваецца. Напрыклад, калі тэмпература замярзання складае -10°C, адпаведная тэмпература пераахалоджанай вады складае -11,23°C. Таму будзьце вельмі асцярожныя пры гэтай тэмпературы. Калі прыбор абсталяваны эндаскопам, яго можна назіраць і адрозніваць з дапамогай эндаскопа. У цяперашні час большасць прыбораў маюць функцыю тэставання, гэта значыць праверкі іх мінімальнай астуджальнай здольнасці. У гэты час мы можам выкарыстоўваць функцыю тэставання, каб апусціць тэмпературу люстэрка ніжэй за -20°C, пераканацца ў наяўнасці замярзання на люстэрку, а затым правесці афіцыйнае вымярэнне.
1.1.3.2
Эфект Кельвіна
Ціск насычанай вадзяной пары на паверхні адрозніваецца ад ціску на плоскасці. Пры ўздзеянні на металічную паверхню раўнаважны ціск вадзяной пары, г.зн. ціск насычанай вадзяной пары на крывалінейнай паверхні вады, павялічваецца з-за ўздзеяння павярхоўнага нацяжэння, якое вядома як эфект Кельвіна. З-за эфекту Кельвіна атрыманая тэмпература кропкі расы ніжэйшая за тэмпературу кропкі расы рэальнага вымеранага газу.
1.1.3.2
Эфект Рауля
Гэта азначае, што раўнаважны ціск вадзяной пары ў сістэме ніжэйшы за ціск насычанай вадзяной пары чыстай вады, калі водарастваральныя рэчывы знаходзяцца на люстэрку. Гэтыя водарастваральныя рэчывы могуць быць уласцівыя люстэрку або ўтрымлівацца ў вымяраным газе. Згодна з законам Рауля, зніжэнне раўнаважнага ціску вадзяной пары прапарцыйна канцэнтрацыі раствора, таму адбываецца ранняя кандэнсацыя да дасягнення тэмпературы кропкі расы вымяранага газу.
Эфект Кельвіна з'яўляецца прама супрацьлегласцю эфекту Рауля, таму ён часткова кампенсуе яго. Аднак пры вымярэнні кропкі расы эфект Рауля больш значны, чым эфект Кельвіна, таму што водарастваральныя рэчывы непазбежна прысутнічаюць у большай ці меншай ступені ў люстэрку і вымяраемым газе, і прымешкі ў газе часам могуць уступаць у хімічную рэакцыю або фотахімічную рэакцыю з воданерастваральнымі рэчывамі на люстэрку, ператвараючыся ў растваральныя рэчывы. Гэтая сітуацыя больш відавочная пры вымярэнні вільготнасці прамысловых тэхналагічных газаў. Такім чынам, неабходна выдаліць цвёрдыя часціцы ў газе з дапамогай адпаведнай фільтруючай прылады, а таксама дадаткова выдаліць растваральныя рэчывы, якія засталіся на паверхні люстэрка, шляхам паўторнай кандэнсацыі расы і выдалення расы, гэты метад шырока выкарыстоўваецца.
У практычнай працы мы часта сутыкаемся з тым, што паверхня люстэрка неаднастайная, калі паверхня пачынае экспанаваць, пласт заўсёды з'яўляецца ў пэўнай зоне люстэрка, прычынай гэтага часта з'яўляюцца драпіны на люстэрку, таму што ў гэтых дэфектных зонах, з аднаго боку, рэшткі матэрыялу цяжка выдаліць, а з другога боку, дэфекты кутоў гуляюць ролю "аголенай асновы", паскараючы працэс экспанавання. Таму пры выкарыстанні вымяральніка кропкі расы, асабліва пры чыстцы люстэрка, неабходна быць асцярожным, каб пазбегнуць механічных пашкоджанняў люстэрка.
1.1.3.3
Забруджванне люстэркаў
Адзін з іх — эфект Рауля, другі — змяненне ўзроўню рассейвання фону люстранога святла. Эфект Рауля ў асноўным выкліканы водарастваральнымі рэчывамі. Калі рэчыва ў вымяраемым газе (звычайна растваральныя солі) прысутнічае, люстэрка будзе загадзя рассыпацца, што прывядзе да станоўчага адхілення вынікаў вымярэнняў. Калі забруджвальныя рэчывы нерастваральныя ў вадзе, такія як пыл і г.д., узровень рассейвання фону будзе павялічвацца, так што нуль фотаэлектрычнага вымяральніка кропкі расы будзе зрушвацца.
1.1.3.4
Канал дыскрэтызацыі
Паколькі ўтрыманне вады ў атмасферы вельмі высокае, а малекулы вады з'яўляюцца палярнымі, яна лёгка паглынаецца ўнутранай сценкай трубаправода або праз трубаправод. Таму сістэма газаправода павінна быць добра герметычнай падчас вымярэння, таўшчыня сценкі трубы павінна быць не менш за 1 мм, каб прадухіліць пранікненне вады з вонкавага асяроддзя ў месца ўцечкі. Калі тэмпература вымяральнага асяроддзя значна змяняецца, герметычнасць трубаправода неабходна праверыць яшчэ раз.
Калі вымяраны газ непасрэдна скідаецца ў атмасферу, варта ўлічваць праблему дыфузіі вады ў вымяральную сістэму. Найбольш распаўсюджаным метадам з'яўляецца падключэнне трубы патрэбнай даўжыні да выпускнога адтуліны. Даўжыня і дыяметр трубы заснаваны на прынцыпе неўплыву на ціск у вымяральнай камеры.
Трубаадборнік павінен быць як мага карацейшым, колькасць стыкаў — паменшанай, а «мёртвай прасторы» — пазбягаць, каб паменшыць перашкоды ад фонавай вады.
Трубаадборнік і сценкі вымяральнай поласці чыстыя, гладкасць добрая, і выбраны гідрафобны матэрыял. На малюнку 2-2 прадстаўлена крывая часу дэсорбцыі розных матэрыялаў пры ўздзеянні сухога газу ў насычаным стане адсорбцыі. З эксперыментальных вынікаў можна атрымаць наступны парадак выбару матэрыялаў: трубкі з нержавеючай сталі, PTFE, медзі, поліэтылену і, што горш за ўсё, нейлону і гумы не павінны выкарыстоўвацца пры вымярэнні нізкай тэмпературы замярзання. Акрамя таго, вонкавы дыяметр трубкі складае 6 мм або 1/4 цалі, хоць пры вымярэнні нізкай тэмпературы замярзання выкарыстоўваецца ўнутраная паліраваная трубка з нержавеючай сталі.
Пры вымярэнні высокай кропкі расы неабходна звярнуць увагу на тое, каб яна была ніжэйшай за тэмпературу навакольнага асяроддзя на 3°C, каб пазбегнуць кандэнсацыі вадзяной пары ў трубаправодзе.
Калі гігрометр кропкі расы вымярае вільготнасць, дыяпазон расходу складае ад 0,25 л/мін да 1 л/мін. У гэтым дыяпазоне змена хуткасці патоку не ўплывае на вынікі вымярэнняў.
Адбор проб можна падзяліць на два віды: адзін — гэта адбор проб пад ціскам. У залежнасці ад розных метадаў адбору проб, ён можа быць падзелены на вымярэнне ціску і вымярэнне атмасфернага ціску. Глядзіце малюнкі 2-3 і 2-4 адпаведна. Другі тып адбору проб выконваецца пры атмасферным ціску, гэта значыць, проба адбіраецца помпай. У гэтым выпадку часта ствараецца штучны станоўчы і адмоўны ціск з-за розных метадаў адбору проб. Калі адбор проб ажыццяўляецца ў адпаведнасці з паказаным на малюнку 2-5 спосабам, а вымярэнне кропкі расы адбываецца пад ціскам, гэта прывядзе да станоўчай хібнасці вынікаў вымярэння. Калі помпа і расходомер памяняюцца месцамі, а вымяральнік кропкі расы знаходзіцца пад адмоўным ціскам, гэта прывядзе да адмоўнай хібнасці вымярэння. Правільны метад адбору проб паказаны на малюнках 2-6.
1.1.4
Прыкладанне
Дыяпазон вымярэнняў гігрометра кропкі расы шырокі. У цяперашні час дыяпазон вымярэнняў серыі гігрометраў кропкі расы, распрацаваных швейцарскай кампаніяй MBW, дасягае -95°C~70°C, што можа задаволіць большасць патрабаванняў да вымярэнняў.
1.1.5
Плюсы і мінусы
Перавагі: Гэта базавае вымярэнне, дакладнае вымярэнне, прыбор стабільны і без дрэйфу. Прыбор з найвышэйшай дакладнасцю можа дасягаць ±0,1°C.
Недахоп: высокая цана, высокія патрабаванні да аператараў і неабходнасць абслугоўвання. Адчувальнасць да забруджвальных рэчываў. Часам сустракаецца пераахалоджаная вада ў дыяпазоне -20°C~0°C, таму будзьце асабліва ўважлівыя, каб адрозніць пераахалоджаную ваду ад замярзання.
1.2
Мікралічыльнік вады для поўнага абсарбцыйнага электролізу
1.2.1
Прынцып вымярэння
Пры бесперапынным адборы проб газавая проба праходзіць праз электралітычную ячэйку спецыяльнай канструкцыі, вільгаць якой паглынаецца пластом пентааксіду фосфару як гіграскапічны агент і шляхам электролізу ператвараецца ў вадарод і кісларод, прычым пентааксід фосфару рэгенеруецца. Працэс рэакцыі можна апісаць наступным чынам:
P2O5+H2O=2HPO3
2HPO3=H2+1/2O2+P2O5
Аб'яднаўшы (1), (2), атрымаем:
2H2O=2H2+O2
Калі паглынанне і электроліз ураўнаважаны, вада, якая паступае ў электралізную ячэйку, паглынаецца плёнкавым пластом пентааксіду фосфару і падвяргаецца электралізу. Калі вядомыя тэмпература навакольнага асяроддзя, ціск навакольнага асяроддзя і расход газу, залежнасць паміж электралітычным токам вады і ўтрыманнем вады ў пробе газу можна вывесці ў адпаведнасці з законам электролізу Фарадэя і газавым законам:
У формуле:
Электралітычны ток вады, мкА;
Утрыманне вады ў газавай пробе, мкл/л (г.зн. аб'ёмнае суадносіны)
Паток газу, мл/мін
Ціск навакольнага асяроддзя, Па;
Абсалютная тэмпература навакольнага асяроддзя, К;
Як відаць з прыведзенай вышэй формулы, велічыня электралітычнага току прапарцыйная ўтрыманню вады ў пробе газу, таму ўтрыманне вады ў пробе газу можна вымераць, вымераючы электралітычны ток вады. Пры стандартным атмасферным ціску і тэмпературы 20°C ідэальны газ працякае праз электралітычную ячэйку са хуткасцю патоку 100 мл/мін. Калі ўтрыманне вады ў пробе газу складае 1 мкл/л (ppmv), электралітычны ток разлічваецца па формуле як 13,4 мкА. Гэты тып прыбора звычайна прымае ppmv за адзінку і можа непасрэдна счытваць значэнне ppmv утрымання вільгаці ў пробе газу.
З-за каталітычнага эфекту плацінавых электродаў рэакцыя электролізу вады з'яўляецца зварачальным працэсам, таму, калі вымераная пробная ўзор ...
1.2.2
Структура
Прыбор складаецца з дзвюх частак сістэмы газавага тракту і ланцуга, сістэма газавага тракту ў асноўным уключае электралітычную ячэйку і частку кіравання газавым трактам.
1.2.2.1
Батарэя
У шкляной трубцы два плацінавыя электроды наматаныя ў форму падвойнай спіралі, а паміж электродамі раўнамерна пакрыта плёнка пятаксіду фосфару ў якасці гіграскапічнага агента. Пры пэўных умовах вымярэння ўнутраная абмоткавая структура можа забяспечыць паглынанне і электроліз усёй вады, якая паступае ў басейн. Шкляная сценка басейна спрыяльная для раўнамернага пакрыцця пятаксідам фосфару. Паколькі плаціна мае функцыю генерацыі вадароду і кіслароду, асабліва газу, багатага вадародам, для паўторнай рэакцыі з утварэннем вады, некаторыя кампаніі выкарыстоўвалі родый замест плаціны.
Для сухога пакрыцця з пентааксіду фосфару, калі ўводзіцца «абсалютна сухі» газавы ўзор і на электрод прыкладаецца адпаведнае пастаяннае напружанне, у ланцугу генеруецца невялікае значэнне фонавага току. Значэнне фону залежыць толькі ад структуры ячэйкі, стану пакрыцця, тэмпературы і тыпу ўзору, але не ад утрымання вады ва ўзоры. Паколькі значэнне фону заўсёды можна дадаць да электралітычнага току вільгаці, якая змяшчаецца ва ўзоры газу, пры вымярэнні рэальнае ўтрыманне вільгаці ў асяроддзі варта адняць ад паказанняў прыбора.
1.2.2.2
Пнеўматычная сістэма кіравання
Пнеўматычная сістэма складаецца з рэгулюючага клапана, электралітычнай ячэйкі, рэгулюючага клапана патоку, расходомера і асушальніка. Кіраванне шляхам паветранага патоку ажыццяўляецца рэгулюючым клапанам.
1.2.3
Меры засцярогі пры выкарыстанні
З формулы відаць, што вынікі вымярэнняў, а менавіта вільготнасць газу μL/L (ppmv), разлічваюцца ў залежнасці ад расходу газу і электралітычнага току, таму расход газу павінен быць дакладна кантраляваны і вымераны. У такіх прыборах звычайна выкарыстоўваецца паплавковы расходомер, пры тэмпературы 20°C, ціску 1 атм для каліброўкі выкарыстоўваецца паветра. Калі ўмовы выкарыстання не з'яўляюцца стандартнымі, напрыклад, пры іншай тэмпературы і ціску, або вымяраны газ не з'яўляецца паветрам, вымяраны газ неабходна зноў адкалібраваць або выправіць у адпаведнасці з карэкцыйным каэфіцыентам.
1.2.4
Прыкладанне
Дыяпазон вымярэнняў складае ад некалькіх мкл/л (ppmV) да 2000 мкл/л (ppmV), а дакладнасць складае 5% ад паказанняў або 1% ад поўнага дыяпазону. Вынаходніцтва можа быць выкарыстана для мноства інертных газаў, некаторых арганічных і неарганічных газаў, якія не рэагуюць з P2O5. Прыкладамі з'яўляюцца паветра, азот, вадарод, кісларод, аргон, гелій, неон, аксід вугляроду, дыяксід вугляроду, гексафтарыд серы, метан, этан, прапан, бутан, прыродны газ і некаторыя фрэонавыя газы. Яго нельга выкарыстоўваць для некаторых агрэсіўных газаў і газаў, якія могуць рэагаваць з P2O5, такіх як этанол, некаторыя кіслыя газы, ненасычаныя вуглевадародныя газы.
1.2.5
Плюсы і мінусы
Перавагі: Абсалютнае вымярэнне, стабільнасць, адсутнасць дрэйфу.
Недахоп: тэрмін службы батарэі абмежаваны і патрабуе рэгенерацыі. Як высокая, так і нізкая вільготнасць (<1 ppmv) скарачаюць тэрмін яе службы. Павольная рэакцыя пры нізкай вільготнасці. Высокі попыт на расход газу. Нельга выкарыстоўваць у некаторых агрэсіўных газах і газах, якія рэагуюць з P2O5. Ёсць перадумовы.
1.3
Ёмістны вільготны вымяральнік аксіду алюмінію
1.3.1
Прынцып вымярэння, структура і дыяпазон прымянення
Прыбор мае розныя формы, такія як партатыўныя з батарэйным харчаваннем, з апрацоўкай дадзеных з дапамогай мікрапрацэсара, з шматпараметравым дысплеем і гэтак далей. Але яго сутнасць заключаецца ў кандэнсатары, які вырабляецца шляхам нанясення тонкага пласта порыстага аксіду алюмінію на праводную падкладку, а затым нанясення тонкага пласта золата на тонкі пласт аксіду алюмінію. Праводная падкладка і тонкі пласт золата ўтвараюць электрод кандэнсатара. Вадзяная пара паглынаецца порыстай аксідам алюмінію праз тонкі пласт золата, і імпеданс кандэнсатара прапарцыйны колькасці малекул вады, а менавіта ціску вадзяной пары. Парцыяльны ціск вільгаці можна атрымаць, вымераўшы імпеданс або ёмістасць кандэнсатара, а значэнне кропкі расы можна атрымаць шляхам пераўтварэння.
Тонкі пласт аксіду алюмінію, размешчаны паміж алюмініевым і залатым электродамі, рэагуе на ваду ва ўсім дыяпазоне ціску насычанай пары ад 10⁻³ Па (прыблізна -110°C кропка расы). Дзякуючы моцнаму сродству да вады ў спалучэнні з большай дыэлектрычнай пастаяннай вады, такія прыборы вельмі селектыўныя для вады, але не рэагуюць на іншыя распаўсюджаныя газы, арганічныя газы і вадкасці.
Дакладнасць складае ±1~±2°C у дыяпазоне сярэдняй і высокай вільготнасці і ±2~±3°C у дыяпазоне нізкай вільготнасці, напрыклад, -100°C. Датчык не рэагуе з вуглевадароднымі газамі, CO, CO2 і газамі, якія змяшчаюць HClFC, але дрэйф розных газаў адрозніваецца. Некаторыя агрэсіўныя газы, такія як аміяк, SO3 і хлор, могуць пашкодзіць датчык і іх варта пазбягаць па магчымасці.
1.3.2
Меры засцярогі пры выкарыстанні
Звычайны дыяпазон вымярэнняў гэтага тыпу прыбора складае ад -110°C да +20°C. Пры вышэйшай кропцы расы прыбор будзе паказваць большы дрэйф. Варта таксама звярнуць увагу на тэмпературны каэфіцыент. З-за яго рэакцыі на парцыяльны ціск вадзяной пары варта звярнуць увагу на змяненне агульнага ціску газу падчас вымярэння.
Гэта дазваляе пазбегнуць забруджвання пылам і нафтай, а хуткасць патоку газу большая, якая складае 3~5 (л/мін) або нават больш.
1.3.3
Плюсы і мінусы
Перавагі: Вынаходніцтва мае шырокі дыяпазон рэакцыі, ад 1 мкл/л (ppmv) да 80% адноснай вільготнасці, можа быць усталявана дыстанцыйна, можа выкарыстоўвацца ў палявых умовах, мае адносна стабільную, хуткую рэакцыю, малы тэмпературны каэфіцыент, не мае сувязі са зменай хуткасці патоку, мае высокую селектыўнасць да вады, можа выкарыстоўвацца ў шырокім дыяпазоне тэмператур і ціскаў, мае невялікую штодзённую колькасць абслугоўвання і невялікі аб'ём.
Недахоп: Гэты метад з'яўляецца ўскосным вымярэннем, працуе пры больш высокіх тэмпературах або некаторых газах, якія выклікаюць дрэйф, пад уздзеяннем агрэсіўных газаў, якія неабходна перыядычна калібраваць, каб пераадолець старэнне, гістэрэзіс і забруджванне. Паколькі значэнне рэакцыі нелінейнае, кожны датчык патрабуе каліброўкі і не можа выкарыстоўвацца ўніверсальна.
1.4
Тонкаплёнкавы ёмістны вымяральнік вільготнасці
1.4.1
Прынцып вымярэння, структура і дыяпазон прымянення
Выкарыстоўваецца палімерная плёнка з солі поліаміну або ацэтату цэлюлозы, нанесеная на два праводзячыя электроды. Дыэлектрычная пранікальнасць паміж двума электродамі можа змяняцца, калі плёнка паглынае ваду або губляе ваду. Існуе таксама тэхніка выкарыстання тэрмарэактыўных палімераў, устойлівых да высокіх тэмператур, што дазваляе бесперапынна вымяраць паказчыкі такіх датчыкаў пры тэмпературах вышэй за 100°C. Зараз я выкарыстоўваю высокамалекулярныя плёнкі, такія як Visala.
1. Асноўная функцыя заключаецца ў падтрымцы іншых частак датчыка.
2. Адзін з электродаў выраблены з праводнага матэрыялу
3. Тонкая плёнка. Гэта сэрца датчыка, колькасць вады, якую паглынае плёнка, залежыць ад адноснай вільготнасці навакольнага асяроддзя. Таўшчыня плёнкі складае 1-10 (мкм).
4. Верхні электрод таксама адыгрывае важную ролю ў прадукцыйнасці датчыка. Для хуткага рэагавання неабходна мець больш высокую водапранікальнасць. Ён таксама з'яўляецца праводзячым матэрыялам.
5. Кантактная пляцоўка для верхняга электрода. Паколькі існуе шмат абмежаванняў на канструкцыю верхняга электрода, для забеспячэння добрага кантакту патрабуецца асобны метал.
Дыяпазон вымярэнняў шырокі, ад -50°C да 100°C для кропкі расы. Яго можна выкарыстоўваць у шырокім дыяпазоне тэмператур, часам без тэмпературнай кампенсацыі. Высокатэмпературныя тэрмарэактыўныя смалы дазваляюць праводзіць бесперапынныя вымярэнні такіх ёмістных датчыкаў вільготнасці пры тэмпературы 185°C, прычым самая высокая выкарыстоўваная тэмпература залежыць ад матэрыялу ўпакоўкі датчыка. Яшчэ адной перавагай датчыкаў з тэрмарэактыўных смал заключаецца ў тым, што тэмпературны каэфіцыент малы ў дыяпазоне тэмператур ад -50°C да 100°C, таму яго можна лёгка вымяраць у шырокім дыяпазоне.
Усе датчыкі адноснай вільготнасці адчувальныя да тэмпературы, і калі іх адкалібраваць пры адной тэмпературы, яны будуць выклікаць памылкі пры выкарыстанні пры іншай тэмпературы. Адной з пераваг палімерных датчыкаў з'яўляецца тое, што яны маюць меншую залежнасць ад тэмпературы, г.зн. меншыя тэмпературныя каэфіцыенты. Такім чынам, калі тэмпература выкарыстання адрозніваецца ад тэмпературы каліброўкі, памылка невялікая. Электронная кампенсацыя тэмпературы патрабуецца, калі яны выкарыстоўваюцца пры лімітавай тэмпературы або калі дакладнасць высокая. Калі дыяпазон тэмператур меншы за 50°C, тэмпературу лёгка кампенсаваць. Калі дыяпазон тэмператур шырэйшы, тэмпературу кампенсаваць цяжка. Аднак дакладнасць сучасных палімерных датчыкаў можа дасягаць ±1% адноснай вільготнасці ў вузкім дыяпазоне і ±3% адноснай вільготнасці ў шырокім дыяпазоне тэмператур і вільготнасці. Пасля пэўнага перыяду выкарыстання або пасля забруджвання патрабуецца паўторная каліброўка.
1.4.2
Плюсы і мінусы
Перавагі: Сістэма мае такія перавагі, як хуткая рэакцыя, шырокі дыяпазон вымярэння тэмпературы і вільготнасці, добрая лінейнасць, малы гістэрэзіс, добрая стабільнасць і паўтаральнасць, нізкі тэмпературны каэфіцыент і нізкі кошт.
Недахоп: Амаль нічога.
1.5
Вымяральнік вільготнасці тыпу рэзістыру
1.5.1
Прынцып і структура вымярэння
Адчувальны матэрыял выкарыстоўвае палімерны раствор чацвярцічнай амоніевай солі ў якасці матрыцы, і функцыянальная група рэагуе са смалой-палімерам, утвараючы тэрмарэактыўны пласт з трохмернымі і трохмернымі ўласцівасцямі, які мае добрую стабільнасць. Змена адноснай вільготнасці можа прывесці да змены супраціўлення паміж катодам і анодам.
1.5.2
Плюсы і мінусы
Ён не мае гістэрэзісу і старэння, мае нізкі тэмпературны каэфіцыент, нізкі кошт і нізкае спажыванне энергіі. Тэмпературны дыяпазон складае ад -10°C да 80°C, паўтаральнасць лепш за 0,5% адноснай вільготнасці, дакладнасць вышэйшая, звычайна ±2% адноснай вільготнасці, у вельмі вузкім дыяпазоне можа дасягаць ±1% адноснай вільготнасці.
Недахоп: гэта прыбор ускоснага вымярэння, які патрабуе перыядычнай каліброўкі і не падыходзіць для некаторых забруджвальных рэчываў. Пры выкарыстанні ў шырокім дыяпазоне тэмператур патрабуецца тэмпературная кампенсацыя. Ён больш адчувальны да забруджвальных рэчываў, чым ёмістны датчык. Ён не падыходзіць для нізкай вільготнасці, губляе адчувальнасць пры адноснай вільготнасці менш за 15% адноснай вільготнасці, але ўсё яшчэ мае добрую прадукцыйнасць пры адноснай вільготнасці блізкай да 100%, але кандэнсацыя часам пашкоджвае датчык.
Некаторыя забруджвальнікі аказваюць вялікі ўплыў на супраціўленне датчыка, а іншыя — на ёмістасць. Таму пры выбары датчыка ў асноўным улічваецца характар забруджвальнікаў.
1.6
Механічны вымяральнік вільготнасці
1.6.1
Прынцып і структура вымярэння
Даўжыня арганічных палімерных матэрыялаў, такіх як валасы, кішачная мембрана, нейлон і поліімід, змяняецца ў залежнасці ад адноснай вільготнасці. Механічны вымяральнік вільготнасці выкарыстоўвае гэтую характарыстыку, каб зрабіць вышэйзгаданы матэрыял лінейным, паласападобным элементам датчыка вільготнасці або нанесці пласт на эластычны матэрыял, каб згарнуцца ў свабодны дроцяны элемент датчыка вільготнасці, а затым з дапамогай механічнай прылады ўзмацняльніка змена геаметрычнай велічыні, выкліканая зменай вільготнасці, паказваецца стрэлкай або фіксуецца самапісцам, тым самым непасрэдна паказваючы адносную вільготнасць. Вынаходніцтва падыходзіць для вымярэння тэмпературы і вільготнасці ў памяшканнях, такіх як лабараторыі, камп'ютэрныя залы, склады і фабрычныя будынкі.
1.6.2
Плюсы і мінусы
Перавагі: танны, не адчувальны да большасці забруджвальных рэчываў, не патрабуе харчавання і мае пастаянны запіс
Недахоп: дрэйф, пры працяглым выкарыстанні пры пэўнай вільготнасці адчувальнасць страціцца, нельга выкарыстоўваць пры тэмпературы ніжэй за 0°C, павольная рэакцыя, транспарціроўка або вібрацыя пагоршаць прадукцыйнасць.
1.7
Вымяральнік вільготнасці сухога і вільготнага шарыка
1.7.1
Прынцып
Суха-вільготны шарыкавы гігрометр складаецца з двух тэрмометраў з аднолькавымі характарыстыкамі. Адзін называецца сухім шарыкавым тэрмометрам, тэмпературны пузырок якога знаходзіцца ў вымяраемым газе для вымярэння тэмпературы навакольнага асяроддзя, а паказанае значэнне выражаецца як Ta (ta). Другі - гэта вільготны шарыкавы тэрмометр, які абгорнуты спецыяльна вырабленай марлевай абалонкай, каб падтрымліваць яго вільготнасць. Калі паветра вакол вільготнага шарыка знаходзіцца ў ненасычаным стане, вільгаць на марлевай абалонцы вільготнага шарыка будзе бесперапынна выпарацца, таму што выпараецца вільгаць, якая паглынае цяпло, таму тэмпература вільготнага шарыка будзе зніжацца, яго паказанае значэнне выражаецца як Tw(tw). Хуткасць выпарэння вільгаці з вільготнага шарыка звязана з утрыманнем вільгаці ў навакольным газе. Калі вільготнасць газу ніжэйшая, выпарэнне вільгаці хутчэйшае, тэмпература вільготнага шарыка ніжэйшая, і наадварот. Пасля атрымання дакладнай тэмпературы сухога і вільготнага шарыкаў, значэнне вільготнасці разлічваецца з дапамогай ураўнення вільготных шарыкаў.
Дзякуючы сваёй прастаце і нізкай кошту, сухо-вільготныя шарыкавыя гігрометры былі найбольш выкарыстоўваным тыпам на працягу значнага перыяду часу ў мінулым.
A humidity meter with good design and maintenance, in the temperature range of 5°C~80°C, if the temperature accuracy is ±0.2°C, the relative humidity accuracy is about ±3%RH. The accuracy of this principle is dependent on the accuracy of the thermometer. Platinum resistance thermometers are often used for some precise measurements. In general, the dry-wet ball hygrometer is a basic measurement method. If the calibrated thermometer is used and the operation is correct, such as the Assmann hygrometer, accurate, reliable and repeatable measurement results can be obtained. So in the past, this hygrometer was often used as a standard. However, many operators, especially in the industrial field, do not have enough energy and time, so the results are not accurate and unreliable. At present, the wet and dry spherical hygrometer is gradually replaced by modern instruments.
1.7.2
Pros and cons
Benefits: When the relative humidity is close to 100%RH, a higher accuracy can be obtained. Although there will be errors if the wet ball thermometer is polluted or used improperly, the maintenance cost is very low because of the simple device. The invention can be used in the situation that the room temperature is higher than 100°C, which is the basic measurement, the stability is good, the stability is simple, the cost is low.
Disadvantage: Some techniques are needed to obtain accurate measurements and calculations are needed to obtain the final results. A large number of gas samples are required, and the gas samples may be humidified by a wet gauze. When the relative humidity of the measured gas is lower than 15%RH, it is very difficult to reduce the temperature of the wet ball. When the temperature of wet ball is lower than 0°C, it is difficult to obtain reliable results. The volume cannot be too small because water is constantly supplied to the wet ball thermometer. Because dust, oil or other pollutants can pollute the gauze, or the water flow is insufficient, the temperature of the wet ball is higher, and the result of relative humidity is higher. In addition, the factors that affect the results are temperature measurement error, wind speed, radiation error and so on. When the temperature difference of dry and wet ball is 0.1°C at 20°C, the relative humidity error is 1%RH.
