Analisis kelebihan dan kekurangan berbagai metode pengukuran titik embun kelembaban.
prinsip pengujian
Instrumen pengukur kelembaban dapat dibagi menjadi tipe cermin dingin, tipe elektrolisis penyerapan penuh, tipe kapasitansi Al2O3, tipe kapasitansi film tipis, tipe resistansi, tipe bola kering-basah, dan tipe mekanik. Di antaranya, pengukur kelembaban mikro elektrolitik penyerapan penuh dan pengukur titik embun kapasitif Al2O3 umumnya digunakan untuk pengukuran rentang kelembaban rendah, sedangkan pengukur kelembaban tipe resistansi, bola kering-basah, dan mekanik hanya dapat digunakan untuk pengukuran kelembaban relatif, pengukur kelembaban tipe cermin dingin dan tipe kapasitansi film tipis (paten Vaisala) tidak hanya dapat digunakan untuk pengukuran kelembaban rendah, tetapi juga dapat digunakan untuk pengukuran kelembaban sedang dan tinggi, yaitu kelembaban relatif. Instrumen-instrumen tersebut memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Di antaranya, pengukur titik embun cermin dingin adalah yang paling akurat, paling andal, dan metode pengukuran paling dasar, banyak digunakan dalam transmisi standar, tetapi kekurangannya adalah harganya relatif mahal, dan membutuhkan pengoperasian dan perawatan yang berpengalaman.
1.1
Pengukur titik embun cermin dingin
1.1.1
Prinsip pengukuran
Ketika uap air yang terukur masuk ke ruang pengukuran titik embun, permukaan cermin dingin disapu; ketika suhu permukaan cermin lebih tinggi dari suhu titik embun uap air, permukaan cermin berada dalam keadaan kering; pada saat ini, cahaya yang dipancarkan oleh sumber cahaya pada perangkat pemaparan fotolistrik hampir seluruhnya dipantulkan pada permukaan cermin, sensor fotolistrik mendeteksi dan mengeluarkan sinyal fotolistrik, dan rangkaian kontrol membandingkan, memperkuat, dan menggerakkan pompa termoelektrik untuk mendinginkan permukaan cermin. Ketika suhu permukaan cermin turun ke suhu titik embun uap air, permukaan mulai berembun (beku), cahaya tampak memantul secara difus pada permukaan cermin, sinyal pantulan yang diinduksi oleh sensor fotolistrik melemah, perubahan tersebut dibandingkan oleh loop kontrol, diperkuat, pompa termoelektrik disesuaikan untuk mengurangi daya pendinginan dengan tepat, akhirnya, suhu permukaan cermin dijaga pada suhu titik embun gas sampel. Suhu cermin diinduksi oleh sensor suhu resistansi platinum yang dekat dengan bagian bawah permukaan cermin dingin dan ditampilkan pada jendela tampilan.
Saat ini, perusahaan-perusahaan dunia yang memproduksi alat pengukur titik embun cermin dingin, seperti GE, Edgetech, MBW Swiss, dan sebagainya, semuanya mengadopsi prinsip ini. MICHELL dari Inggris mengadopsi sistem deteksi jalur optik ganda, yaitu, cahaya pantulan dan cahaya hamburan dideteksi secara bersamaan, sedangkan Vaisala dari Finlandia menggunakan gelombang akustik sebagai sistem deteksi.
Selama proses pengukuran, uap air dalam gas yang diukur mendekati keadaan jenuh seiring penurunan suhu. Karena efek gravitasi, molekul air terserap pada permukaan cermin membentuk lapisan tipis air. Ini adalah tahap pertama pembentukan embun. Ketika suhu cermin terus menurun, ketebalan lapisan air secara bertahap meningkat, yang merupakan tahap kedua pembentukan embun. Pada fase ini, kontras gaya antara gaya gravitasi molekul air dan tegangan permukaan lapisan air berubah, dan pengaruh yang terakhir secara bertahap mendominasi. Pada saat ini, faktor-faktor tidak stabil apa pun pada permukaan pendingin, seperti bekas luka kecil pada permukaan cermin, akan menyebabkan lapisan air mengembun menjadi tetesan. Dengan penurunan suhu cermin lebih lanjut, tetesan embun mulai muncul. Melalui mikroskop, kita dapat melihat pertumbuhan terisolasi dan distribusi tetesan embun yang tidak teratur, dan kemudian lapisan embun menyebar di permukaan dengan kecepatan sangat cepat. Pada saat ini, kita dapat menganggap bahwa keseimbangan cair-uap dimulai, yaitu mencapai titik embun.
1.1.2
Struktur
1.1.2.1
Cermin
Cermin harus bersifat hidrofobik, memiliki konduktivitas termal yang baik, ketahanan aus, ketahanan korosi, dan kinerja optik yang baik. Di masa lalu, emas digunakan sebagai cermin, sekarang rhodium digunakan sebagai cermin.
1.1.2.2
Pendinginan cermin
Di masa lalu, penguapan etilen eter, pendinginan mekanis, pendinginan gas cair atau es kering, dan pendinginan udara terkompresi telah digunakan. Yang paling umum digunakan adalah pendinginan termoelektrik atau termoelektrik yang dikombinasikan dengan pendinginan mekanis (titik embun di bawah -60°C). Dalam makalah ini, pendinginan termoelektrik ditekankan.
Pendinginan termoelektrik, juga dikenal sebagai pendinginan semikonduktor, adalah pendinginan Peltier (dari nama Inggrisnya Peltier). Prinsipnya adalah ketika arus DC melewati elemen NP yang terdiri dari dua logam berbeda, panas akan dipindahkan dari satu logam ke logam lainnya, yang merupakan kebalikan dari pengukuran suhu termokopel. Oleh karena itu, ketika ujung dingin Peltier dihubungkan ke cermin dan ujung lainnya digunakan sebagai ujung pembuangan panas, cermin dapat didinginkan. Untuk mendapatkan suhu rendah yang berbeda, metode superposisi multi-level dapat diterapkan. Data yang diberikan oleh Perusahaan GE dari Amerika Serikat menunjukkan bahwa, secara umum, jika suhu ruangan 25°C, perbedaan suhu antara ujung dingin dan ujung panas dapat mencapai 55°C, perbedaan suhu antara ujung dingin dan ujung panas dapat mencapai 75°C, perbedaan suhu antara ujung dingin dan ujung panas dapat mencapai 105°C, dan perbedaan suhu antara ujung dingin dan ujung panas dapat mencapai 120°C pada pendinginan tingkat kelima. Kapasitas pendinginan dari berbagai perusahaan akan sedikit berbeda. Semakin tinggi suhu di ujung panas, semakin tinggi efisiensi pendinginan, dan semakin besar perbedaan suhu di ujung panas. Untuk mengurangi suhu di ujung dingin, pendinginan udara, pendinginan air, dan pendinginan mekanis biasanya digunakan untuk mengurangi suhu di ujung panas. Namun, pengurangan suhu tanpa batas tidak mungkin dilakukan. Penting untuk dicatat bahwa kapasitas pendinginannya tidak mewakili rentang pengukuran higrometer titik embun. Definisi rentang pengukuran higrometer titik embun adalah suhu permukaan cermin dapat diperoleh pada permukaan cermin, dan suhu permukaan cermin dapat diperoleh ketika lapisan embun atau embun beku memiliki ketebalan tertentu. Oleh karena itu, pada titik embun/embun beku umum, rentang pengukuran higrometer titik embun umumnya 5°C lebih tinggi dari kemampuan pendinginannya, dan pada titik embun beku rendah, umumnya 10°C~12°C lebih tinggi. Sebagai contoh, alat pengukur titik embun DP19 yang diproduksi oleh perusahaan MBW di Swiss, ketika suhu ruangan 10°C, rentang pengukuran terendahnya adalah -60°C, ketika suhu ruangan 20°C, rentang pengukuran terendahnya adalah -55°C, dan ketika suhu ruangan 35°C, rentang pengukuran terendahnya adalah -45°C. Karena konduktivitas termal hidrogen dan helium yang tinggi, rentang pengukuran akan berkurang beberapa derajat. Ketika tekanan gas yang diukur meningkat, rentang pengukuran juga akan berkurang. Untuk udara dan nitrogen, dalam kondisi tekanan yang lebih tinggi dari normal, setiap penambahan tekanan atmosfer akan mengurangi rentang pengukuran sekitar 0,67°C.
1.1.2.3
Alat pengukur suhu
Saat ini, sebagian besar resistor platinum empat kawat digunakan untuk mengukur suhu. Nilai resistansi dan suhu dari elemen pengukur suhu resistor platinum memiliki hubungan linier yang mendekati sempurna dalam rentang suhu yang cukup luas, presisinya tinggi, stabilitasnya baik, sinyal keluarannya kuat, dan tampilan digitalnya mudah digunakan.
1.1.2.4
Sistem deteksi
Saat ini, kecuali alat pengukur titik embun cermin dingin yang baru-baru ini dikembangkan oleh Perusahaan Vaisala dari Finlandia, yang menggunakan prinsip gelombang suara untuk mengukur, alat lainnya semuanya menggunakan detektor fotolistrik untuk mengukur dan mengontrol. Teknologi deteksi fotolistrik telah digunakan selama beberapa dekade, dan sudah matang. Namun kekurangannya adalah tidak dapat membedakan air superdingin dari embun beku.
1.1.3
Tindakan pencegahan penggunaan
1.1.3.1
Air superdingin dan embun beku
Pada rentang suhu 0-20°C, air superdingin mudah terbentuk di permukaan cermin. Karena tekanan uap jenuh pada permukaan es dan permukaan air berbeda, jika air superdingin terbentuk di permukaan cermin, nilai terukur akan lebih rendah dari titik beku, dan suhunya berbeda. Misalnya, ketika titik beku adalah -10°C, suhu air superdingin yang sesuai adalah -11,23°C. Jadi, berhati-hatilah pada suhu ini. Jika instrumen dilengkapi dengan endoskop, hal itu dapat diamati dan dibedakan dengan endoskop. Saat ini, sebagian besar instrumen memiliki fungsi pengujian, yaitu untuk menguji kapasitas pendinginan minimumnya. Pada saat ini, kita dapat menggunakan fungsi pengujian untuk membuat suhu cermin lebih rendah dari -20°C, memastikan terbentuknya embun beku pada cermin, dan kemudian melakukan pengukuran formal.
1.1.3.2
Efek Kelvin
Tekanan uap air jenuh di permukaan berbeda dengan tekanan uap air jenuh di bidang datar. Ketika terpapar permukaan logam, tekanan uap air kesetimbangan, yaitu tekanan uap air jenuh pada permukaan air yang melengkung, meningkat karena pengaruh tegangan permukaan, yang dikenal sebagai efek Kelvin. Karena efek Kelvin, suhu titik embun yang diperoleh lebih rendah daripada suhu titik embun gas sebenarnya yang diukur.
1.1.3.2
Efek Raoul
Artinya, tekanan uap air kesetimbangan sistem lebih rendah daripada tekanan uap air jenuh air murni ketika zat yang larut dalam air ada pada cermin. Zat-zat yang larut dalam air ini mungkin merupakan zat intrinsik pada cermin atau terkandung dalam gas yang diukur. Menurut hukum Raoul, penurunan tekanan uap air kesetimbangan berbanding lurus dengan konsentrasi larutan, yang merupakan alasan mengapa akan terjadi kondensasi dini sebelum mencapai suhu titik embun gas yang diukur.
Efek Kelvin adalah kebalikan dari efek Raoul, sehingga akan saling meniadakan. Namun, dalam pengukuran titik embun, efek Raoul lebih signifikan daripada efek Kelvin, karena zat-zat yang larut dalam air pasti ada sedikit banyak di cermin dan gas yang diukur, dan pengotor dalam gas terkadang dapat mengalami reaksi kimia atau reaksi fotokimia dengan zat-zat yang tidak larut dalam air pada cermin untuk berubah menjadi zat-zat yang larut. Situasi ini lebih jelas terlihat dalam pengukuran kelembaban gas proses industri. Oleh karena itu, perlu untuk menghilangkan partikel padat dalam gas dengan menggunakan alat penyaring yang tepat, dan selanjutnya menghilangkan zat-zat yang larut yang tertinggal di permukaan cermin dengan operasi kondensasi dan penghilangan embun berulang, metode ini banyak digunakan.
Dalam praktiknya, kita sering menemukan bahwa permukaan cermin tidak seragam ketika permukaan mulai terpapar, lapisan selalu muncul di area tertentu pada cermin, penyebabnya sering kali disebabkan oleh goresan pada cermin, karena di area yang cacat ini, di satu sisi, sisa material sulit dihilangkan, di sisi lain, cacat di sudut berperan sebagai "inti yang terpapar", mempercepat proses terpapar. Oleh karena itu, dalam penggunaan alat pengukur titik embun, terutama saat membersihkan cermin, perlu berhati-hati untuk menghindari kerusakan mekanis pada cermin.
1.1.3.3
Kontaminasi cermin
Salah satunya adalah efek Raoul, yang lainnya adalah perubahan tingkat hamburan latar belakang spekular. Efek Raoul terutama disebabkan oleh zat yang larut dalam air. Jika zat tersebut ada dalam gas yang diukur (umumnya garam yang larut), cermin akan berembun terlebih dahulu, yang akan menyebabkan penyimpangan positif pada hasil pengukuran. Jika polutan tersebut tidak larut dalam partikel air, seperti debu, dll., tingkat hamburan latar belakang akan meningkat, sehingga alat pengukur titik embun fotolistrik akan mengalami pergeseran nol.
1.1.3.4
Saluran pengambilan sampel
Karena kandungan air di atmosfer sangat tinggi, dan molekul air merupakan molekul polar, air mudah terserap pada dinding bagian dalam pipa atau meresap melalui pipa. Oleh karena itu, sistem jalur gas harus disegel dengan baik dalam pengukuran, ketebalan dinding pipa minimal 1 mm, untuk mencegah masuknya air dari lingkungan luar melalui kebocoran. Jika suhu lingkungan pengukuran berubah drastis, penyegelan pipa harus diperiksa kembali.
Jika gas yang diukur langsung dibuang ke atmosfer, masalah difusi air ke dalam sistem pengukuran perlu dipertimbangkan. Metode yang paling umum digunakan adalah menghubungkan pipa dengan panjang yang sesuai pada lubang pembuangan. Panjang dan diameter pipa didasarkan pada prinsip tidak memengaruhi tekanan ruang pengukuran.
Saluran pengambilan sampel harus sependek mungkin, jumlah sambungan harus dikurangi, dan "ruang mati" harus dihindari untuk mengurangi gangguan dari air latar belakang.
Saluran pengambilan sampel dan dinding rongga pengukuran bersih, permukaannya halus, dan material hidrofobik dipilih. Gambar 2-2 adalah kurva desorpsi-waktu dari berbagai material ketika dikenai gas kering dalam keadaan adsorpsi jenuh. Dari hasil eksperimen, kita dapat memperoleh urutan pemilihan material sebagai berikut: baja tahan karat, PTFE, tembaga, polietilen, dan yang terburuk, tabung nilon dan karet, sebaiknya tidak digunakan dalam pengukuran titik beku rendah. Selain itu, diameter luar tabung adalah 6 mm atau 1/4 inci, meskipun tabung baja tahan karat bagian dalam yang dipoles digunakan dalam pengukuran titik beku rendah.
Saat mengukur titik embun tinggi, kita harus memperhatikan bahwa titik embun lebih rendah dari suhu lingkungan sebesar 3°C untuk menghindari kondensasi uap air di dalam pipa.
Saat higrometer titik embun mengukur kelembapan, rentang alirannya adalah 0,25L/menit~1L/menit. Dalam rentang ini, perubahan kecepatan aliran tidak memengaruhi hasil pengukuran.
Pengambilan sampel dapat dibagi menjadi dua jenis, pertama adalah pengambilan sampel tekanan, menurut metode pengambilan sampel yang berbeda, dapat dibagi menjadi pengukuran tekanan dan pengukuran tekanan atmosfer. Lihat gambar 2-3 dan 2-4, masing-masing. Yang lainnya diukur pada tekanan atmosfer, yaitu, sampel diambil dengan pompa. Dalam hal ini, seringkali akan menimbulkan tekanan positif dan tekanan negatif buatan karena metode pengambilan sampel yang berbeda. Jika pengambilan sampel dilakukan dengan cara yang ditunjukkan pada Gambar 2-5, alat pengukur titik embun diukur dalam kondisi tekanan, maka akan menimbulkan kesalahan positif pada hasil pengukuran. Jika pompa dan pengukur aliran bertukar posisi, alat pengukur titik embun berada dalam kondisi tekanan negatif, maka akan menimbulkan kesalahan negatif pada pengukuran. Metode pengambilan sampel yang benar ditunjukkan pada gambar 2-6.
1.1.4
Aplikasi
Rentang pengukuran higrometer titik embun sangat luas. Saat ini, rentang pengukuran serangkaian higrometer titik embun yang dikembangkan oleh Perusahaan MBW dari Swiss telah mencapai -95°C hingga 70°C, yang dapat memenuhi sebagian besar kebutuhan pengukuran.
1.1.5
Kelebihan dan kekurangan
Keuntungan: Ini adalah pengukuran dasar, pengukuran akurat, dan instrumennya stabil serta bebas penyimpangan. Instrumen dengan akurasi tertinggi dapat mencapai ±0,1°C.
Kelemahan: Harga tinggi, persyaratan operator tinggi, dan perlu perawatan. Sensitif terhadap polutan. Terkadang terdapat air superdingin dalam kisaran -20°C hingga 0°C, jadi berhati-hatilah untuk membedakan air superdingin dari embun beku.
1.2
Meter air mikro untuk elektrolisis penyerapan lengkap
1.2.1
Prinsip pengukuran
Dengan menggunakan pengambilan sampel kontinu, sampel gas mengalir melalui sel elektrolitik dengan struktur khusus, yang uap airnya diserap oleh lapisan fosfor pentoksida sebagai agen higroskopis dan dilepaskan melalui elektrolisis menjadi hidrogen dan oksigen, dan fosfor pentoksida diregenerasi. Proses reaksi dapat dinyatakan sebagai:
P2O5+H2O=2HPO3
2HPO3=H2+1/2O2+P2O5
Jika digabungkan (1), (2), maka akan diperoleh:
2H2O=2H2+O2
Ketika penyerapan dan elektrolisis seimbang, air yang masuk ke dalam sel elektrolisis diserap oleh lapisan film fosfor pentoksida, dan dielektrolisis. Jika suhu lingkungan, tekanan lingkungan, dan aliran gas diketahui, hubungan antara arus elektrolitik air dan kandungan air dalam sampel gas dapat disimpulkan menurut hukum elektrolisis Faraday dan hukum gas:
Dalam rumus:
Arus elektrolitik air, μA;
Kandungan air dalam sampel gas, μL/L (yaitu rasio volume)
Laju aliran gas, ml/menit
Tekanan lingkungan, Pa;
Suhu absolut lingkungan, k;
Seperti yang terlihat dari rumus di atas, besarnya arus elektrolit berbanding lurus dengan kandungan air dalam sampel gas, sehingga kandungan air dalam sampel gas dapat diukur dengan mengukur arus elektrolit air. Pada kondisi tekanan atmosfer standar dan suhu 20°C, gas ideal mengalir melalui sel elektrolit dengan laju aliran 100ml/menit. Ketika kandungan air dalam sampel gas adalah 1μL/L (ppmv), arus elektrolit dihitung dari rumus tersebut sebesar 13,4μA. Instrumen semacam ini biasanya menggunakan satuan ppmv, dan dapat langsung membaca nilai ppmv dari kandungan air dalam sampel gas.
Karena efek katalitik elektroda platinum, reaksi elektrolisis air merupakan proses reversibel, sehingga ketika sampel gas yang diukur adalah hidrogen, oksigen, atau mengandung cukup hidrogen dan oksigen, keseimbangan bergeser ke kiri, hidrogen dan oksigen yang telah dihasilkan oleh elektrolisis bergabung untuk menghasilkan air, dan kemudian elektrolisis sekunder dilakukan, sehingga nilai arus elektrolisis total lebih tinggi, yaitu, "efek hidrogen" dan "efek oksigen", atau "efek gabungan". Percobaan menunjukkan bahwa pembacaan gas jenis ini lebih tinggi beberapa hingga sepuluh ppmv ketika instrumen digunakan untuk mengukur kandungan air dari gas jenis ini, tetapi reaksi konsentrasi deviasi berada pada nilai latar belakang, sehingga dapat dikurangi.
1.2.2
Struktur
Instrumen ini terdiri dari dua bagian, yaitu sistem jalur gas dan sirkuit. Sistem jalur gas terutama mencakup sel elektrolitik dan bagian kontrol jalur gas.
1.2.2.1
Baterai
Di dalam tabung kaca, dua elektroda platinum dililitkan menjadi bentuk spiral ganda, dan lapisan fosfor pentoksida dilapisi secara merata di antara elektroda sebagai agen higroskopis. Di bawah kondisi pengukuran yang ditentukan, struktur lilitan bagian dalam dapat memastikan penyerapan dan elektrolisis semua air yang masuk ke dalam wadah. Dinding wadah kaca mendukung pelapisan fosfor pentoksida yang seragam. Karena platinum memiliki fungsi menghasilkan hidrogen dan oksigen, terutama gas kaya hidrogen, untuk bereaksi kembali menghasilkan air, beberapa perusahaan telah menggunakan rhodium sebagai pengganti platinum.
Untuk lapisan fosfor pentoksida kering, ketika sampel gas "benar-benar kering" dimasukkan dan tegangan DC yang sesuai diterapkan pada elektroda, nilai arus latar belakang yang kecil dihasilkan dalam rangkaian. Nilai latar belakang hanya berkaitan dengan struktur sel, kondisi lapisan, suhu, dan jenis sampel, tetapi tidak dengan kandungan air dalam sampel. Karena nilai latar belakang selalu dapat ditambahkan ke arus elektrolit dari uap air yang terkandung dalam sampel gas, kandungan uap air sebenarnya dari medium harus dikurangi dari pembacaan instrumen saat pengukuran.
1.2.2.2
Sistem kontrol pneumatik
Sistem pneumatik terdiri dari katup kontrol, sel elektrolitik, katup pengatur aliran, pengukur aliran, dan pengering. Pengendalian jalur aliran udara dilakukan oleh katup kontrol.
1.2.3
Tindakan pencegahan penggunaan
Dari rumus tersebut, kita dapat mengetahui bahwa hasil pengukuran, yaitu kelembaban gas μL/L (ppmv) dihitung berdasarkan aliran gas dan arus elektrolit, sehingga aliran gas harus dikontrol dan diukur secara akurat. Instrumen jenis ini umumnya menggunakan flowmeter apung, pada suhu 20°C, 1 atm, menggunakan udara untuk kalibrasi. Jika kondisi penggunaan bukan kondisi standar, misalnya pada suhu dan tekanan yang berbeda, atau gas yang diukur bukan udara, gas yang diukur perlu dikalibrasi ulang atau dikoreksi sesuai dengan faktor koreksi.
1.2.4
Aplikasi
Rentang pengukurannya adalah dari beberapa μL/L (ppmV) hingga 2000 μL/L (ppmV), dan akurasinya adalah 5% dari pembacaan atau 1% dari rentang penuh. Inovasi ini dapat digunakan untuk sejumlah gas inert, beberapa gas organik dan anorganik yang tidak bereaksi dengan P2O5. Contohnya termasuk udara, nitrogen, hidrogen, oksigen, argon, helium, neon, karbon monoksida, karbon dioksida, sulfur heksafluorida, metana, etana, propana, butana, gas alam, dan gas freon tertentu. Inovasi ini tidak dapat digunakan untuk gas korosif tertentu dan gas yang dapat bereaksi dengan P2O5, seperti etanol, gas asam tertentu, dan gas hidrokarbon tak jenuh.
1.2.5
Kelebihan dan kekurangan
Keunggulan: Pengukuran absolut, stabil, tanpa penyimpangan.
Kelemahan: Masa pakai baterai terbatas dan perlu diisi ulang. Kelembapan tinggi dan rendah (<1ppmv) memperpendek masa pakainya. Respons lambat pada kelembapan rendah. Kebutuhan laju aliran gas tinggi. Tidak dapat digunakan pada beberapa gas korosif dan gas yang bereaksi dengan P2O5. Ada latar belakang yang perlu diperhatikan.
1.3
Pengukur kelembaban kapasitansi oksida aluminium
1.3.1
Prinsip pengukuran, struktur, dan rentang aplikasi
Instrumen ini memiliki berbagai bentuk, seperti portabel bertenaga baterai, pengolahan data dengan mikroprosesor, tampilan multi-parameter, dan sebagainya. Namun intinya adalah kapasitor, dengan cara melapisi lapisan tipis alumina berpori pada substrat konduktif dan kemudian melapisi lapisan tipis emas pada lapisan tipis alumina tersebut. Substrat konduktif dan lapisan tipis emas membentuk elektroda kapasitor. Uap air diserap oleh alumina berpori melalui lapisan tipis emas, dan impedansi kapasitor berbanding lurus dengan jumlah molekul air, yaitu tekanan uap air. Tekanan parsial uap air dapat diperoleh dengan mengukur impedansi atau kapasitansi kapasitor, dan nilai titik embun dapat diperoleh dengan konversi.
Lapisan tipis aluminium oksida yang terletak di antara elektroda aluminium dan emas responsif terhadap air dalam rentang tekanan uap jenuh dari 10-3 Pa (kira-kira titik embun -110°C). Karena afinitasnya yang kuat terhadap air, ditambah dengan konstanta dielektrik air yang lebih besar, instrumen tersebut sangat selektif terhadap air, tetapi tidak responsif terhadap gas umum lainnya dan gas serta cairan organik.
Akurasi sensor adalah ±1~±2°C pada rentang kelembaban sedang dan tinggi, dan ±2~±3°C pada rentang kelembaban rendah, seperti -100°C. Sensor tidak bereaksi dengan gas hidrokarbon, CO, CO2, dan gas yang mengandung HCFC, tetapi penyimpangan suhu akibat gas yang berbeda akan berbeda. Gas korosif tertentu, seperti amonia, SO3, dan klorin, akan merusak sensor dan sebaiknya dihindari sebisa mungkin.
1.3.2
Tindakan pencegahan penggunaan
Rentang pengukuran umum instrumen jenis ini adalah -110°C hingga +20°C. Ketika titik embun lebih tinggi, instrumen akan menghasilkan penyimpangan yang lebih besar. Perhatian juga harus diberikan pada koefisien suhu. Karena responsnya terhadap tekanan parsial uap air, kita harus memperhatikan perubahan tekanan total gas dalam pengukuran.
Hal ini dapat menghindari polusi debu dan minyak, dan laju aliran gasnya lebih besar, yaitu 3~5 (L/menit) atau bahkan lebih besar.
1.3.3
Kelebihan dan kekurangan
Manfaat: Inovasi ini memiliki rentang respons yang luas, dari 1μL/L (ppmv) hingga 80%RH, dapat dipasang di tempat terpencil, dapat digunakan di lapangan, memiliki respons yang relatif stabil dan cepat, koefisien suhu kecil, tidak berhubungan dengan perubahan laju aliran, memiliki selektivitas tinggi terhadap air, dapat digunakan dalam berbagai suhu dan tekanan, memiliki jumlah perawatan harian yang kecil dan volume yang kecil.
Kelemahan: Metode ini merupakan pengukuran tidak langsung, beroperasi pada suhu yang lebih tinggi atau beberapa gas yang menyebabkan penyimpangan, dipengaruhi oleh gas korosif, sehingga harus dikalibrasi secara berkala untuk mengatasi penuaan, histeresis, dan kontaminasi. Karena nilai responsnya tidak linier, setiap sensor perlu dikalibrasi dan tidak dapat digunakan secara universal.
1.4
Pengukur kelembaban kapasitif film tipis
1.4.1
Prinsip pengukuran, struktur, dan rentang aplikasi
Digunakan lapisan film polimer garam poliamina atau selulosa asetat yang diendapkan pada dua elektroda konduktif. Konstanta dielektrik antara kedua elektroda dapat diubah ketika film menyerap air atau kehilangan air. Ada juga teknik untuk menggunakan polimer termoset yang tahan terhadap suhu tinggi, yang memungkinkan sensor tersebut diukur secara terus menerus pada suhu lebih tinggi dari 100°C. Sekarang saya menggunakan film bermolekul tinggi seperti Visala.
1. Fungsi utamanya adalah untuk mendukung bagian-bagian lain dari sensor.
2. Salah satu elektroda terbuat dari bahan konduktif.
3. Lapisan film tipis. Ini adalah inti dari sensor, jumlah penyerapan air oleh film tersebut berkaitan dengan kelembaban relatif lingkungan sekitarnya. Ketebalan film adalah 1-10 (μm).
4. Elektroda atas juga memainkan peran penting dalam kinerja sensor. Untuk mendapatkan respons yang cepat, diperlukan permeabilitas air yang lebih tinggi. Selain itu, elektroda atas juga merupakan material konduktif.
5. Bantalan kontak untuk elektroda atas. Karena terdapat banyak batasan pada desain elektroda atas, diperlukan logam terpisah untuk membuat kontak yang baik.
Rentang pengukurannya luas, dari titik embun -50°C hingga 100°C. Sensor ini dapat digunakan dalam rentang suhu yang luas, terkadang tanpa kompensasi suhu. Resin termoset tahan suhu tinggi memungkinkan pengukuran kontinu sensor kelembaban kapasitif tersebut pada suhu 185°C, dengan suhu tertinggi yang digunakan bergantung pada bahan kemasan sensor. Keuntungan lain dari sensor resin termoset adalah koefisien suhunya kecil dalam rentang suhu -50°C hingga 100°C, sehingga dapat dengan mudah diukur dalam rentang yang luas.
Semua sensor kelembaban relatif peka terhadap suhu dan, jika dikalibrasi pada satu suhu, akan menyebabkan kesalahan jika digunakan pada suhu lain. Salah satu keunggulan sensor polimer adalah ketergantungannya yang lebih rendah terhadap suhu, yaitu koefisien suhu yang lebih kecil. Oleh karena itu, ketika suhu penggunaan berbeda dari suhu kalibrasi, kesalahannya kecil. Kompensasi suhu elektronik diperlukan jika digunakan pada suhu batas atau jika akurasinya tinggi. Ketika rentang suhu kurang dari 50°C, mudah untuk mengkompensasi suhu. Ketika rentang suhu lebih luas, sulit untuk mengkompensasi suhu. Namun, akurasi sensor polimer modern dapat mencapai ±1%RH dalam rentang yang sempit, dan ±3%RH dalam rentang suhu dan kelembaban yang luas. Setelah periode penggunaan, atau setelah kontaminasi, kalibrasi ulang diperlukan.
1.4.2
Kelebihan dan kekurangan
Keuntungan: Sistem ini memiliki keunggulan berupa respons cepat, rentang pengukuran suhu dan kelembaban yang luas, linearitas yang baik, histeresis yang rendah, stabilitas dan pengulangan yang baik, koefisien suhu yang rendah, dan biaya yang rendah.
Kelemahan: Hampir tidak ada.
1.5
Pengukur kelembaban tipe resistansi
1.5.1
Prinsip dan struktur pengukuran
Bahan sensitif ini menggunakan larutan polimer garam amonium kuaterner sebagai matriks, dan gugus fungsionalnya direaksikan dengan polimer resin untuk menghasilkan resin termoset dengan struktur tiga dimensi dan memiliki stabilitas yang baik. Perubahan kelembaban relatif dapat menyebabkan perubahan resistansi antara katoda dan anoda.
1.5.2
Kelebihan dan kekurangan
Alat ini tidak memiliki histeresis dan penuaan, koefisien suhu rendah, biaya rendah, dan konsumsi energi rendah. Rentang suhunya adalah -10°C~80°C, pengulangannya lebih baik dari 0,5%RH, akurasinya lebih tinggi, umumnya ±2%RH, dalam rentang yang sangat sempit dapat mencapai ±1%RH.
Kelemahan: Ini adalah instrumen pengukuran tidak langsung, yang perlu dikalibrasi secara berkala, dan tidak cocok untuk beberapa polutan. Jika digunakan dalam rentang suhu yang luas, diperlukan kompensasi suhu. Lebih sensitif terhadap polutan daripada sensor kapasitif. Tidak cocok untuk kelembaban rendah, kehilangan sensitivitas ketika kelembaban relatif kurang dari 15% RH, tetapi masih memiliki kinerja yang baik ketika kelembaban relatif mendekati 100% RH, namun kondensasi terkadang merusak sensor.
Beberapa polutan sangat memengaruhi sensor resistansi, sementara yang lain sangat memengaruhi sensor kapasitansi. Oleh karena itu, pemilihan sensor terutama bergantung pada sifat polutan tersebut.
1.6
Pengukur kelembaban mekanis
1.6.1
Prinsip dan struktur pengukuran
Panjang material polimer organik seperti rambut, membran usus, nilon, dan polimida akan berubah seiring dengan kelembapan relatif. Alat pengukur kelembapan mekanis memanfaatkan karakteristik ini untuk membuat material tersebut menjadi elemen pengukur kelembapan berbentuk strip linier atau melapisi material elastis untuk digulung menjadi elemen pengukur kelembapan berbentuk kawat longgar, dan kemudian melalui perangkat penguat mekanis, perubahan jumlah geometris yang disebabkan oleh perubahan kelembapan ditunjukkan oleh penunjuk atau dicatat oleh pena perekam, sehingga secara langsung menunjukkan kelembapan relatif. Inovasi ini cocok untuk mengukur suhu dan kelembapan lingkungan dalam ruangan seperti laboratorium, ruang komputer, gudang, dan gedung pabrik.
1.6.2
Kelebihan dan kekurangan
Keunggulan: Murah, tidak sensitif terhadap sebagian besar polutan, tidak membutuhkan daya, dan perekaman permanen.
Kelemahan: penyimpangan, jika digunakan pada kelembapan tertentu dalam waktu lama akan kehilangan sensitivitasnya, tidak dapat digunakan di bawah 0°C, respons lambat, guncangan atau ayunan saat pengangkutan akan merusak kinerjanya.
1.7
Pengukur kelembapan bola kering-basah
1.7.1
Prinsip
Higrometer bola kering-basah terdiri dari dua termometer dengan spesifikasi identik, satu disebut termometer bola kering, dan gelembung suhu terpapar pada gas yang diukur untuk mengukur suhu lingkungan, dan nilai indikasinya dinyatakan dengan Ta (ta). Yang lainnya adalah termometer bola basah, yang dibungkus dengan penutup kasa khusus untuk menjaganya tetap basah. Ketika udara di sekitar bola basah berada dalam keadaan tidak jenuh, uap air pada penutup kasa bola basah akan menguap terus menerus, karena uap air yang menguap perlu menyerap panas, sehingga suhu bola basah akan menurun, nilai indikasinya dinyatakan dengan Tw (tw). Kecepatan penguapan uap air dari bola basah berhubungan dengan kandungan uap air dari gas di sekitarnya. Ketika kelembapan gas lebih rendah, penguapan uap air lebih cepat, suhu bola basah lebih rendah, dan sebaliknya. Setelah mendapatkan suhu bola kering dan basah yang akurat, nilai kelembapan dihitung dengan menggunakan persamaan bola basah.
Karena kesederhanaan dan biayanya yang rendah, higrometer bola kering-basah telah menjadi jenis yang paling banyak digunakan untuk jangka waktu yang cukup lama di masa lalu.
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
Kelebihan dan kekurangan
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.
