Análisis de las ventajas y desventajas de varios métodos de medición del punto de rocío de humedad
principio de prueba
El instrumento de medición de humedad se puede dividir en tipo de espejo frío, tipo electrólisis de absorción total, tipo capacitancia Al₂O₃, tipo capacitancia de película delgada, tipo resistencia, tipo bola húmeda seca y tipo mecánico. Entre ellos, el micromedidor de agua electrolítico de absorción total y el medidor de punto de rocío capacitivo Al₂O₃ se utilizan generalmente para la medición del rango de humedad baja, mientras que el medidor de humedad de tipo resistencia, bola húmeda seca, mecánico solo se puede utilizar para la medición de humedad relativa, el medidor de humedad de tipo espejo frío, tipo capacitancia de película delgada (patente de Vaisala) no solo se puede utilizar para la medición de humedad baja, sino que también se puede utilizar para la medición de humedad media y alta, es decir, humedad relativa. Los instrumentos mencionados anteriormente tienen sus propias ventajas y desventajas. Entre ellos, el medidor de punto de rocío de espejo frío es el más preciso, el más confiable, el método de medición más básico, es ampliamente utilizado en la transmisión estándar, pero su desventaja es su precio relativamente alto y requiere una operación y mantenimiento experimentados.
1.1
Medidor de punto de rocío de espejo frío
1.1.1
Principio de medida
Cuando la humedad medida entra en la cámara de medición del punto de rocío, la superficie fría del espejo se barre; cuando la temperatura de la superficie del espejo es superior a la temperatura del punto de rocío de la humedad, la superficie del espejo se seca; en este momento, la luz emitida por la fuente de luz en el dispositivo de exposición fotoeléctrica casi se refleja en la superficie del espejo, el sensor fotoeléctrico detecta y emite la señal fotoeléctrica, y el circuito de control compara, amplifica y acciona la bomba termoeléctrica para enfriar la superficie del espejo. Cuando la temperatura de la superficie del espejo desciende a la temperatura del punto de rocío de la humedad, la superficie comienza a rocío (escarcha), la luz aparece como un reflejo difuso en la superficie del espejo, la señal de reflexión inducida por el sensor fotoeléctrico se debilita, el cambio es comparado por el bucle de control, amplificado, la bomba termoeléctrica se ajusta para que la potencia de refrigeración se reduzca adecuadamente, finalmente, la temperatura de la superficie del espejo se mantiene a la temperatura del punto de rocío del gas de muestra. La temperatura del espejo se induce mediante un sensor de temperatura de resistencia de platino que está cerca de la parte inferior de la superficie fría del espejo y se muestra en la ventana de visualización.
En la actualidad, las empresas del mundo que producen medidores de punto de rocío de espejo frío, como GE, Edgetech, Suiza MBW, etc., adoptan este principio. MICHELL de Gran Bretaña adopta un sistema de detección de trayectoria óptica doble, es decir, la luz reflejada y la luz dispersa se detectan al mismo tiempo, Vaisala de Finlandia utiliza ondas acústicas como sistema de detección.
Durante el proceso de medición, el vapor de agua en el gas medido se acerca al estado de saturación a medida que disminuye la temperatura. Debido al efecto gravitacional, las moléculas de agua se adsorben en la superficie del espejo para formar una fina película de agua. Esta es la primera etapa de la formación de rocío. A medida que la temperatura del espejo continúa disminuyendo, el espesor de la película de agua aumenta gradualmente, lo que constituye la segunda etapa. En esta fase, el contraste de fuerzas entre la fuerza gravitacional de las moléculas de agua y la tensión superficial de la película de agua cambia, y la influencia de esta última predomina gradualmente. En este momento, cualquier factor inestable en la superficie de enfriamiento, como una pequeña cicatriz en la superficie del espejo, hará que la película de agua se condense en gotitas. A medida que la temperatura del espejo disminuye aún más, comienzan a aparecer las gotas de rocío. A través del microscopio, podemos observar el crecimiento aislado y la distribución irregular de las gotas de rocío, y luego la capa de rocío se difunde sobre la superficie a gran velocidad. En este momento, podemos considerar que comienza el equilibrio líquido-vapor, es decir, se alcanza el punto de rocío.
1.1.2
Estructura
1.1.2.1
Espejo
El espejo debe ser hidrófobo, tener buena conductividad térmica, resistencia al desgaste y a la corrosión, y un buen rendimiento óptico. Anteriormente, se utilizaba oro como espejo; ahora, rodio.
1.1.2.2
Refrigeración del espejo
Anteriormente, se utilizaban la evaporación de éter de etileno, la refrigeración mecánica, la refrigeración con gas licuado o hielo seco y la refrigeración por aire comprimido. La refrigeración termoeléctrica, o la termoeléctrica combinada con refrigeración mecánica (punto de rocío inferior a -60 °C), es la más común. En este artículo, se hace hincapié en la refrigeración termoeléctrica.
La refrigeración termoeléctrica, también conocida como refrigeración de semiconductores, se conoce como refrigeración Palput (de su nombre en inglés, Peltier). El principio es que cuando una corriente continua pasa a través de un elemento NP compuesto por dos metales diferentes, el calor se transfiere de un metal al otro, lo cual es opuesto a la medición de temperatura del termopar. Por lo tanto, al conectar el extremo frío del Palput al espejo y utilizar el otro extremo como disipador de calor, este se puede enfriar. Para obtener diferentes temperaturas bajas, se puede adoptar un método de superposición multinivel. Los datos proporcionados por la empresa estadounidense GE muestran que, en general, si la temperatura ambiente es de 25 °C, la diferencia de temperatura entre los extremos frío y frío puede alcanzar los 55 °C, los 75 °C, los 105 °C y los 120 °C en la quinta refrigeración. La capacidad de refrigeración varía ligeramente entre las distintas empresas. Cuanto mayor sea la temperatura en el extremo caliente, mayor será la eficiencia de enfriamiento y mayor la diferencia de temperatura en el extremo caliente. Para reducir la temperatura del extremo frío, generalmente se utiliza refrigeración por aire, refrigeración por agua y refrigeración mecánica. Sin embargo, no es posible reducirla sin límites. Es importante tener en cuenta que su capacidad de refrigeración no representa el rango de medición del higrómetro de punto de rocío. La definición del rango de medición del higrómetro de punto de rocío es que la temperatura de la superficie del espejo se puede obtener en la superficie del espejo, y la temperatura de la superficie del espejo se puede obtener cuando la capa de rocío o escarcha tiene un cierto espesor. Por lo tanto, bajo el punto de rocío/escarcha general, el rango de medición del higrómetro de punto de rocío es generalmente 5 °C más alto que su capacidad de enfriamiento, y bajo el punto de escarcha bajo, generalmente es 10 °C ~ 12 °C más alto. Por ejemplo, el medidor de punto de rocío DP19, fabricado por MBW Company en Suiza, presenta un rango de medición mínimo de -60 °C a una temperatura ambiente de 10 °C; de -55 °C a 20 °C; y de -45 °C a 35 °C. Debido a la alta conductividad térmica del hidrógeno y el helio, el rango de medición se reduce varios grados. Al aumentar la presión del gas medido, también se reduce. En el caso del aire y el nitrógeno, a una presión superior a la normal, por cada presión atmosférica adicional, el rango de medición se reduce aproximadamente 0,67 °C.
1.1.2.3
Dispositivo de medición de temperatura
Actualmente, la mayoría de las resistencias de platino de cuatro hilos se utilizan para medir la temperatura. El valor de la resistencia y la temperatura del elemento sensor de temperatura de resistencia de platino se mantienen casi lineales en un rango de temperatura bastante amplio. Ofrecen alta precisión, buena estabilidad, una señal de salida potente y una pantalla digital práctica.
1.1.2.4
Sistema de detección
Actualmente, a excepción del medidor de punto de rocío de espejo frío desarrollado recientemente por la empresa finlandesa Vaisala, que utiliza el principio de ondas sonoras para la medición, todos los demás utilizan detectores fotoeléctricos para la medición y el control. Esta tecnología de detección fotoeléctrica se ha utilizado durante varias décadas y es una tecnología consolidada. Sin embargo, su desventaja es que no permite distinguir el agua sobreenfriada de la escarcha.
1.1.3
Precauciones de uso
1.1.3.1
Agua superenfriada y escarcha
En el rango de 0-20 °C, se forma fácilmente agua sobreenfriada en la superficie del espejo. Debido a que la presión de vapor saturado en la superficie del hielo y la superficie del agua es diferente, si se forma agua sobreenfriada en la superficie del espejo, el valor medido es inferior al punto de congelación y la temperatura es diferente. Por ejemplo, cuando el punto de congelación es de -10 °C, la temperatura correspondiente del agua sobreenfriada es de -11,23 °C. Por lo tanto, tenga mucho cuidado a esta temperatura. Si el instrumento está equipado con un endoscopio, se puede observar y distinguir mediante este. Actualmente, la mayoría de los instrumentos tienen la función de prueba, es decir, para comprobar su capacidad mínima de enfriamiento. En este momento, podemos utilizar la función de prueba para que la temperatura del espejo sea inferior a -20 °C, verificar la escarcha en el espejo y luego realizar una medición formal.
1.1.3.2
efecto Kelvin
La presión de vapor de agua saturada en la superficie es diferente a la del plano. Al exponerse a la superficie metálica, la presión de vapor de agua de equilibrio, es decir, la presión de vapor de agua saturada en la superficie curva del agua, aumenta debido al efecto de la tensión superficial, conocido como efecto Kelvin. Debido a este efecto, la temperatura de punto de rocío obtenida es inferior a la del gas medido.
1.1.3.2
Efecto Raoul
Esto significa que la presión de vapor de agua en equilibrio del sistema es menor que la presión de vapor de agua saturada del agua pura cuando la sustancia soluble en agua está presente en el espejo. Estas sustancias solubles en agua pueden ser intrínsecas al espejo o estar contenidas en el gas medido. Según la ley de Raoul, la disminución de la presión de vapor de agua en equilibrio es proporcional a la concentración de la solución, razón por la cual se producirá una condensación precoz antes de alcanzar la temperatura de punto de rocío del gas medido.
El efecto Kelvin es opuesto al efecto Raoul, por lo que se compensa en cierta medida. Sin embargo, en la medición del punto de rocío, el efecto Raoul es más significativo que el efecto Kelvin, ya que las sustancias solubles en agua están inevitablemente presentes en mayor o menor medida en el espejo y el gas medido, y las impurezas del gas pueden, en ocasiones, reaccionar química o fotoquímicamente con las sustancias insolubles en agua del espejo para convertirse en solubles. Esta situación es más evidente en la medición de humedad de gases de procesos industriales. Por lo tanto, es necesario eliminar las partículas sólidas del gas mediante un dispositivo de filtrado adecuado y, además, eliminar las sustancias solubles que quedan en la superficie del espejo mediante repetidas operaciones de condensación y desrocío. Este método es ampliamente utilizado.
En la práctica, a menudo observamos que la superficie del espejo no es uniforme al comenzar a exponerse. La capa siempre aparece en una zona específica. Esto suele deberse a arañazos, ya que en estas zonas defectuosas, por un lado, el material residual es difícil de eliminar y, por otro, los defectos en las esquinas actúan como "núcleo expuesto", acelerando el proceso de exposición. Por lo tanto, al utilizar el medidor de punto de rocío, especialmente al limpiar el espejo, es necesario tener cuidado para evitar daños mecánicos.
1.1.3.3
Contaminación del espejo
Uno es el efecto Raoul, y el otro consiste en modificar el nivel de dispersión especular del fondo. El efecto Raoul se debe principalmente a sustancias solubles en agua. Si la sustancia en el gas medido (generalmente sales solubles), el espejo se empañará prematuramente, lo que provocará una desviación positiva en los resultados de la medición. Si los contaminantes son insolubles en agua, como el polvo, etc., el nivel de dispersión del fondo aumentará, provocando una deriva cero del medidor de punto de rocío fotoeléctrico.
1.1.3.4
Canal de muestreo
Debido a que el contenido de agua en la atmósfera es muy alto y las moléculas de agua son polares, es fácil que se absorba en la pared interna de la tubería o a través de ella. Por lo tanto, el sistema de paso de gas debe estar bien sellado durante la medición, con un espesor de pared de al menos 1 mm, para evitar la entrada de agua del ambiente exterior en la fuga. Si la temperatura del entorno de medición varía considerablemente, se debe volver a verificar el sellado de la tubería.
Si el gas medido se descarga directamente a la atmósfera, debe considerarse el problema de la difusión de agua en el sistema de medición. El método más común consiste en conectar una tubería de longitud adecuada al puerto de escape. La longitud y el diámetro de la tubería se basan en el principio de no afectar la presión de la cámara de medición.
La tubería de muestreo debe ser lo más corta posible, se debe reducir el número de juntas y evitar el "espacio muerto" para reducir la interferencia del agua de fondo.
La tubería de muestreo y la pared de la cavidad de medición están limpias, la superficie lisa es buena y se ha seleccionado el material hidrófobo. La Figura 2-2 muestra la curva de tiempo de desorción de diversos materiales al ser sometidos a gas seco en estado de adsorción saturado. A partir de los resultados experimentales, se puede obtener el siguiente orden de selección de materiales: acero inoxidable, PTFE, cobre, polietileno y, en el peor de los casos, tubos de nailon y caucho; estos no deben utilizarse en mediciones de punto de congelación bajo. Además, el diámetro exterior del tubo es de 6 mm (1/4 de pulgada), aunque se utiliza el tubo interior de acero inoxidable pulido en la medición de punto de congelación bajo.
Al medir el punto de rocío alto, debemos prestar atención a que el punto de rocío sea inferior a la temperatura ambiente de 3 °C para evitar la condensación de vapor de agua en la tubería.
Cuando el higrómetro de punto de rocío mide la humedad, el rango de caudal es de 0,25 L/min a 1 L/min. En este rango, la variación de la velocidad del caudal no afecta los resultados de la medición.
El muestreo se puede dividir en dos tipos: el muestreo a presión y, según los diferentes métodos de muestreo, se puede dividir en medición de presión y medición de presión atmosférica. Consulte las figuras 2-3 y 2-4, respectivamente. El otro tipo se mide a presión atmosférica, es decir, la muestra se toma mediante una bomba. En este caso, a menudo se generarán presiones positivas y negativas artificiales debido a los diferentes métodos de muestreo. Si se realiza el muestreo de la forma que se muestra en la Figura 2-5 y el medidor de punto de rocío se mide bajo presión, se obtendrá un error positivo en los resultados de la medición. Si la bomba y el medidor de flujo intercambian su posición y el medidor de punto de rocío está bajo presión negativa, se obtendrá un error negativo en la medición. El método de muestreo correcto se muestra en las figuras 2-6.
1.1.4
Solicitud
El rango de medición del higrómetro de punto de rocío es amplio. Actualmente, el rango de medición de la serie de higrómetros de punto de rocío desarrollados por la empresa suiza MBW alcanza los -95 °C a 70 °C, lo que permite satisfacer la mayoría de los requisitos de medición.
1.1.5
Pros y contras
Ventajas: Es una medición básica y precisa, y el instrumento es estable y sin derivas. El instrumento con mayor precisión puede alcanzar ±0,1 °C.
Desventajas: Precio elevado, altos requisitos para los operadores y necesidad de mantenimiento. Sensible a los contaminantes. En ocasiones, el agua superenfriada se encuentra en el rango de -20 °C a 0 °C, por lo que es importante distinguirla de la congelación.
1.2
Un micromedidor de agua para electrólisis de absorción completa
1.2.1
Principio de medida
Mediante muestreo continuo, la muestra de gas fluye a través de una celda electrolítica de estructura especial. La humedad es absorbida por la capa de pentóxido de fósforo como agente higroscópico y se descarga por electrólisis en hidrógeno y oxígeno, regenerando así el pentóxido de fósforo. El proceso de reacción se puede expresar como:
P2O5+H2O=2HPO3
2HPO3=H2+1/2O2+P2O5
Combinando (1), (2), obtendremos:
2H2O=2H2+O2
Cuando la absorción y la electrólisis están equilibradas, el agua que entra en la celda de electrólisis es absorbida por la película de pentóxido de fósforo y se electroliza. Si se conocen la temperatura y la presión ambientales, y el flujo de gas, se puede deducir la relación entre la corriente electrolítica del agua y el contenido de agua de la muestra de gas según la ley de Faraday de la electrólisis y la ley de los gases:
En fórmula:
Corriente electrolítica del agua, μΑ;
Contenido de agua de la muestra de gas, μL/L (es decir, relación de volumen)
Flujo de gas, ml/min
Presión ambiental, Pa;
Temperatura absoluta del ambiente, k;
Como se puede observar en la fórmula anterior, la magnitud de la corriente electrolítica es proporcional al contenido de agua en la muestra de gas, por lo que dicho contenido se puede medir midiendo la corriente electrolítica del agua. A presión atmosférica estándar y 20 °C, un gas ideal fluye a través de la celda electrolítica a un caudal de 100 ml/min. Cuando el contenido de agua de la muestra de gas es de 1 μL/L (ppmv), la corriente electrolítica se calcula, según la fórmula, como 13,4 μA. Este tipo de instrumento suele tomar ppmv como unidad y puede leer directamente el valor en ppmv del contenido de humedad en la muestra de gas.
Debido al efecto catalítico del electrodo de platino, la reacción de electrólisis del agua es un proceso reversible. Por lo tanto, cuando la muestra de gas medida contiene hidrógeno u oxígeno, o bien, suficiente hidrógeno y oxígeno, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda. El hidrógeno y el oxígeno producidos por la electrólisis se combinan para generar agua. Posteriormente, se lleva a cabo la electrólisis secundaria, lo que aumenta el valor total de la corriente de electrólisis (efecto hidrógeno y efecto oxígeno, o efecto compuesto). El experimento muestra que la lectura de este tipo de gas es superior en varias a diez ppmv cuando el instrumento se utiliza para medir el contenido de agua. Sin embargo, la reacción de concentración de desviación se basa en el valor de fondo, por lo que puede deducirse.
1.2.2
Estructura
El instrumento se compone de dos partes: un sistema de trayectoria de gas y un circuito; el sistema de trayectoria de gas incluye principalmente una celda electrolítica y una parte de control de trayectoria de gas.
1.2.2.1
Batería
En el tubo de vidrio, dos electrodos de platino están enrollados en una doble espiral, y una película de pentóxido de fósforo recubre uniformemente entre ellos como agente higroscópico. Bajo las condiciones de medición especificadas, la estructura interna del bobinado garantiza la absorción y electrólisis de toda el agua que entra en la piscina. La pared de vidrio de la piscina favorece la uniformidad del recubrimiento de pentóxido de fósforo. Dado que el platino genera hidrógeno y oxígeno, especialmente gas rico en hidrógeno, para que reaccionen y generen agua, algunas empresas han optado por el rodio en lugar del platino.
En el caso del recubrimiento de pentóxido de fósforo seco, al introducir una muestra de gas completamente seca y aplicar una tensión continua adecuada al electrodo, se genera un pequeño valor de corriente de fondo en el circuito. Este valor solo está relacionado con la estructura de la celda, el estado del recubrimiento, la temperatura y el tipo de muestra, pero no con su contenido de agua. Dado que el valor de fondo siempre puede sumarse a la corriente electrolítica de la humedad contenida en la muestra de gas, el contenido real de humedad del medio debe deducirse de la lectura del instrumento durante la medición.
1.2.2.2
Sistema de control neumático
El sistema neumático consta de una válvula de control, una celda electrolítica, una válvula reguladora de caudal, un caudalímetro y un secador. La válvula de control controla el flujo de aire.
1.2.3
Precauciones de uso
A partir de la fórmula, podemos saber que los resultados de la medición, es decir, la humedad del gas en μL/L (ppmv), se calculan en función del flujo de gas y la corriente electrolítica, por lo que el flujo de gas debe controlarse y medirse con precisión. Este tipo de instrumento generalmente utiliza un caudalímetro de flotador, que a 20 °C y 1 atm utiliza aire para calibrar. Si las condiciones de uso no son las estándar, por ejemplo, a una temperatura y presión diferentes, o si el gas medido no es aire, es necesario calibrarlo de nuevo o corregirlo según un factor de corrección.
1.2.4
Solicitud
El rango de medición va desde varios μL/L (ppmV) hasta 2000 μL/L (ppmV), con una precisión del 5 % de la lectura o del 1 % del rango completo. El invento puede utilizarse con diversos gases inertes, incluyendo algunos gases orgánicos e inorgánicos que no reaccionan con P₂O₃. Algunos ejemplos son el aire, el nitrógeno, el hidrógeno, el oxígeno, el argón, el helio, el neón, el monóxido de carbono, el dióxido de carbono, el hexafluoruro de azufre, el metano, el etano, el propano, el butano, el gas natural y ciertos gases freón. No puede utilizarse con ciertos gases corrosivos ni con gases que pueden reaccionar con P₂O₃, como el etanol, ciertos gases ácidos y los hidrocarburos insaturados.
1.2.5
Pros y contras
Beneficios: Medición absoluta, estable, sin deriva.
Desventaja: La vida útil de la batería es limitada y requiere regeneración. Tanto la humedad alta como la baja (<1 ppmv) acortan su vida útil. Respuesta lenta con baja humedad. La demanda de caudal de gas es alta. No se puede utilizar con algunos gases corrosivos ni con gases que reaccionan con P₂O₃. Existe un contexto.
1.3
Medidor de humedad por capacitancia de óxido de aluminio
1.3.1
Principio de medición, estructura y rango de aplicación
El instrumento tiene diversas formas, como dispositivos portátiles con batería, procesadores de datos con microprocesador, pantallas multiparamétricas, etc. Su esencia es un condensador, que se forma depositando una fina capa de alúmina porosa sobre un sustrato conductor y luego aplicando una fina capa de oro sobre esta. El sustrato conductor y la fina capa de oro forman el electrodo del condensador. El vapor de agua es absorbido por la alúmina porosa a través de la fina capa de oro, y la impedancia del condensador es proporcional al número de moléculas de agua, es decir, la presión de vapor de agua. La presión parcial de humedad se puede obtener midiendo la impedancia o la capacitancia del condensador, y el valor del punto de rocío se puede obtener mediante la conversión.
La fina capa de óxido de aluminio, ubicada entre los electrodos de aluminio y oro, es sensible al agua en todo el rango de presión de vapor saturado, desde 10-3 Pa (aproximadamente -110 °C de punto de rocío). Debido a su alta afinidad por el agua, sumada a su constante dieléctrica más alta, estos instrumentos son altamente selectivos para el agua, pero no son sensibles a otros gases comunes, ni a gases y líquidos orgánicos.
La precisión es de ±1 a ±2 °C en el rango de humedad media y alta, y de ±2 a ±3 °C en el rango de humedad baja, como -100 °C. El sensor no reacciona con gases de hidrocarburos, CO, CO₂ ni con gases que contienen HCFC, pero la deriva de los diferentes gases varía. Algunos gases corrosivos, como el amoníaco, el SO₃ y el cloro, dañan el sensor y deben evitarse en la medida de lo posible.
1.3.2
Precauciones de uso
El rango de medición habitual de este tipo de instrumento es de -110 °C a +20 °C. Cuanto mayor sea el punto de rocío, mayor será la deriva del instrumento. También debe prestarse atención al coeficiente de temperatura. Debido a su respuesta a la presión parcial del vapor de agua, es importante prestar atención al cambio en la presión total del gas durante la medición.
Puede evitar la contaminación por polvo y aceite, y el caudal de gas es mayor, de 3 a 5 (L/min) o incluso mayor.
1.3.3
Pros y contras
Beneficios: La invención tiene un amplio rango de respuesta, desde 1 μL/L (ppmv) hasta 80% HR, se puede instalar de forma remota, se puede usar en el campo, tiene una respuesta relativamente estable y rápida, un coeficiente de temperatura pequeño, no tiene relación con el cambio de caudal, tiene alta selectividad al agua, se puede usar en un amplio rango de temperatura y presión, tiene una pequeña cantidad de mantenimiento diario y un pequeño volumen.
Desventaja: El método es una medición indirecta que opera a temperaturas más altas o con algunos gases que causan deriva, afectados por gases corrosivos, y que requiere calibración periódica para superar el envejecimiento, la histéresis y la contaminación. Dado que el valor de respuesta no es lineal, cada sensor debe calibrarse y no puede utilizarse de forma universal.
1.4
Medidor de humedad capacitivo de película fina
1.4.1
Principio de medición, estructura y rango de aplicación
Se utiliza una película de sal de poliamina o polímero de acetato de celulosa depositada sobre dos electrodos conductores. La constante dieléctrica entre ambos electrodos puede variar cuando la película absorbe o pierde agua. También existe una técnica para utilizar polímeros termoestables resistentes a altas temperaturas, lo que permite medir continuamente estos sensores a temperaturas superiores a 100 °C. Actualmente utilizo películas de alto peso molecular como Visala.
1.La función principal es apoyar otras partes del sensor.
2.Uno de los electrodos está hecho de material conductor.
3. Capa de película delgada. Es el núcleo del sensor. La absorción de agua de la película depende de la humedad relativa del entorno. El espesor de la película es de 1-10 μm.
4. El electrodo superior también desempeña un papel importante en el rendimiento del sensor. Para obtener una respuesta rápida, es necesario que tenga una mayor permeabilidad al agua. Además, es un material conductor.
5. Una almohadilla de contacto para el electrodo superior. Debido a las numerosas restricciones en el diseño del electrodo superior, se requiere un metal aparte para lograr un buen contacto.
El rango de medición es amplio, desde -50 °C hasta 100 °C de punto de rocío. Se puede utilizar en un amplio rango de temperaturas, a veces sin compensación de temperatura. Las resinas termoestables resistentes a altas temperaturas permiten mediciones continuas de estos sensores capacitivos de humedad a temperaturas de hasta 185 °C; la temperatura máxima utilizada depende del material de embalaje del sensor. Otra ventaja de los sensores de resina termoestable es que el coeficiente de temperatura es bajo en el rango de -50 °C a 100 °C, lo que facilita su medición en un amplio rango.
Todos los sensores de humedad relativa son sensibles a la temperatura y, si se calibran a una temperatura, causarán errores al usarse a otra. Una ventaja de los sensores de polímero es que tienen una menor dependencia de la temperatura, es decir, coeficientes de temperatura más pequeños. Por lo tanto, cuando la temperatura de uso es diferente de la temperatura de calibración, el error es pequeño. Se requiere compensación electrónica de temperatura si se usa a la temperatura límite o si la precisión es alta. Cuando el rango de temperatura es inferior a 50 °C, es fácil compensar la temperatura. Cuando el rango de temperatura es más amplio, es difícil compensar la temperatura. Sin embargo, la precisión de los sensores de polímero modernos puede alcanzar ±1 % HR en un rango estrecho y ±3 % HR en un rango amplio de temperatura y humedad. Después de un período de uso o después de la contaminación, se requiere una recalibración.
1.4.2
Pros y contras
Beneficios: El sistema tiene las ventajas de respuesta rápida, amplio rango de medición de temperatura y humedad, buena linealidad, poca histéresis, buena estabilidad y repetibilidad, bajo coeficiente de temperatura y bajo costo.
Desventaja: Casi nada.
1.5
Medidor de humedad de tipo resistencia
1.5.1
Principio y estructura de medición
El material sensible utiliza una solución polimérica de sal de amonio cuaternario como matriz, y el grupo funcional reacciona con el polímero de resina para producir una resina termoendurecible tridimensional y de buena estabilidad. Los cambios de humedad relativa pueden provocar cambios en la resistencia entre el cátodo y el ánodo.
1.5.2
Pros y contras
No presenta histéresis ni envejecimiento, tiene un bajo coeficiente de temperatura, es económico y consume poca energía. El rango de temperatura es de -10 °C a 80 °C, la repetibilidad es superior al 0,5 % de HR y la precisión es mayor, generalmente ±2 % de HR; en un rango muy estrecho, puede alcanzar ±1 % de HR.
Desventaja: Es un instrumento de medición indirecta que requiere calibración periódica y no es adecuado para ciertos contaminantes. Si se utiliza en un amplio rango de temperatura, requiere compensación de temperatura. Es más sensible a los contaminantes que el sensor capacitivo. No es adecuado para baja humedad relativa, ya que pierde sensibilidad cuando la humedad relativa es inferior al 15 % HR. Sin embargo, ofrece un buen rendimiento cuando la humedad relativa se acerca al 100 % HR, aunque la condensación a veces daña el sensor.
Algunos contaminantes tienen una gran influencia en el sensor resistivo, mientras que otros lo tienen en el sensor capacitivo. Por lo tanto, al seleccionar un sensor, la naturaleza de los contaminantes es fundamental.
1.6
Medidor de humedad mecánico
1.6.1
Principio y estructura de medición
La longitud de materiales poliméricos orgánicos como el cabello, la membrana intestinal, el nailon y la poliimida varía con la humedad relativa. El medidor mecánico de humedad aprovecha esta característica para fabricar un elemento sensor de humedad lineal en forma de tira o para recubrir el material elástico y enrollarlo en un elemento sensor de humedad con forma de alambre suelto. Posteriormente, mediante un amplificador mecánico, el cambio geométrico causado por la humedad se indica mediante un puntero o se registra con un bolígrafo, indicando así directamente la humedad relativa. Este instrumento es adecuado para medir la temperatura y la humedad en interiores como laboratorios, salas de informática, almacenes y fábricas.
1.6.2
Pros y contras
Beneficios: Económico, no es sensible a la mayoría de los contaminantes, no consume energía y tiene grabación permanente.
Desventaja: deriva, si se usa a una determinada humedad durante mucho tiempo perderá su sensibilidad, no se puede utilizar por debajo de 0°C, respuesta lenta, el transporte o la vibración dañarán su rendimiento.
1.7
Medidor de humedad de bola seca-húmeda
1.7.1
Principio
El higrómetro de bola seca-húmeda se compone de dos termómetros con especificaciones idénticas: uno se llama termómetro de bola seca, y la burbuja de temperatura se expone en el gas medido para medir la temperatura ambiente, y el valor de indicación se expresa como Ta (ta). El otro es un termómetro de bola húmeda, que se envuelve con una cubierta de gasa especialmente diseñada para mantenerlo húmedo. Cuando el aire alrededor de la bola húmeda está en estado insaturado, la humedad en la cubierta de gasa de la bola húmeda se evaporará continuamente, ya que la humedad se evapora necesita absorber calor, por lo que la temperatura de la bola húmeda disminuirá, su valor de indicación se expresa como Tw (tw). La velocidad de evaporación de la humedad de la esfera húmeda está relacionada con el contenido de humedad del gas circundante. Cuando la humedad del gas es menor, la evaporación de la humedad es más rápida, la temperatura de la esfera húmeda es menor, y viceversa. Después de obtener la temperatura precisa de las bolas secas y húmedas, el valor de humedad se calcula mediante la ecuación de bolas húmedas.
Debido a su simplicidad y bajo costo, los higrómetros de bola seca-húmeda han sido el tipo más utilizado durante un período considerable de tiempo en el pasado.
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 y contras
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.
