Analisis kelebihan dan kekurangan pelbagai kaedah pengukuran titik embun kelembapan
prinsip ujian
Instrumen pengukur kelembapan boleh dibahagikan kepada jenis cermin sejuk, jenis elektrolisis penyerapan penuh, jenis kapasitans Al2O3, jenis kapasitans filem nipis, jenis rintangan, jenis bola basah kering dan jenis mekanikal. Antaranya, meter mikro-air elektrolitik penyerapan penuh dan meter titik embun kapasitif Al2O3 biasanya digunakan untuk pengukuran julat kelembapan rendah, manakala jenis rintangan, bola basah kering, meter kelembapan mekanikal hanya boleh digunakan untuk pengukuran kelembapan relatif, jenis cermin sejuk, jenis kapasitans filem nipis (paten Vaisala) meter kelembapan bukan sahaja boleh digunakan untuk pengukuran kelembapan rendah, tetapi juga boleh digunakan untuk pengukuran kelembapan sederhana dan tinggi, iaitu kelembapan relatif. Instrumen yang dinyatakan di atas mempunyai kelebihan dan kekurangannya sendiri. Antaranya, meter titik embun cermin sejuk adalah kaedah pengukuran yang paling tepat, paling dipercayai, paling asas, digunakan secara meluas dalam penghantaran standard, tetapi kelemahannya ialah harganya agak mahal, dan memerlukan operasi dan penyelenggaraan yang berpengalaman.
1.1
Meter titik embun cermin sejuk
1.1.1
Prinsip ukuran
Apabila kelembapan yang diukur memasuki ruang pengukur titik embun, permukaan cermin sejuk disapu; apabila suhu permukaan cermin lebih tinggi daripada suhu titik embun kelembapan, permukaan cermin berada dalam keadaan kering; pada masa ini, cahaya yang dipancarkan oleh sumber cahaya dalam peranti pendedahan fotoelektrik hampir terpantul pada permukaan cermin, sensor fotoelektrik mengesan dan mengeluarkan isyarat fotoelektrik, dan litar kawalan membandingkan, menguatkan dan memacu pam termoelektrik untuk menyejukkan permukaan cermin. Apabila suhu permukaan cermin jatuh ke suhu titik embun kelembapan, permukaan mula embun (fros), cahaya kelihatan pantulan meresap pada permukaan cermin, isyarat pantulan yang disebabkan oleh sensor fotoelektrik dilemahkan, perubahan dibandingkan oleh gelung kawalan, diperkuat, pam termoelektrik diselaraskan untuk menjadikan kuasa penyejukan dikurangkan dengan betul, akhirnya, suhu permukaan cermin dikekalkan pada suhu titik embun gas sampel. Suhu cermin diinduksi oleh sensor suhu rintangan platinum yang terletak berhampiran dengan bahagian bawah permukaan cermin sejuk dan dipaparkan pada tetingkap paparan.
Pada masa ini, syarikat-syarikat dunia yang menghasilkan meter titik embun cermin sejuk, seperti GE, Edgetech, Switzerland MBW dan sebagainya, semuanya menerima pakai prinsip ini. MICHELL dari Britain menerima pakai sistem pengesanan laluan optik berganda, iaitu cahaya pantulan dan cahaya penyerakan dikesan pada masa yang sama. Vaisala dari Finland menggunakan gelombang akustik sebagai sistem pengesanan.
Semasa proses pengukuran, wap air dalam gas yang diukur hampir mencapai keadaan tepu dengan penurunan suhu. Disebabkan oleh kesan graviti, molekul air terjerap pada permukaan cermin untuk membentuk filem air nipis. Ini adalah peringkat pertama pembentukan embun. Apabila suhu cermin terus menurun, ketebalan filem air secara beransur-ansur meningkat, yang merupakan peringkat kedua pembentukan embun. Dalam fasa ini, kontras daya antara daya graviti molekul air dan tegangan permukaan filem air berubah, dan pengaruhnya secara beransur-ansur mendominasi. Pada masa ini, sebarang faktor yang tidak stabil pada permukaan penyejukan, seperti parut kecil pada permukaan cermin, akan menyebabkan filem air mengembun menjadi titisan. Dengan penurunan suhu cermin selanjutnya, titisan embun mula muncul. Melalui mikroskop, kita dapat melihat pertumbuhan terpencil dan taburan titisan embun yang tidak sekata, dan kemudian lapisan embun meresap di permukaan pada kelajuan yang sangat pantas. Pada masa ini, kita boleh berfikir bahawa keseimbangan cecair-wap bermula, iaitu mencapai takat embun.
1.1.2
Struktur
1.1.2.1
Cermin
Cermin tersebut hendaklah hidrofobik, mempunyai kekonduksian terma yang baik, rintangan haus, rintangan kakisan dan prestasi optik yang baik. Pada masa lalu, emas digunakan sebagai cermin, kini rodium digunakan sebagai cermin.
1.1.2.2
Penyejukan cermin
Pada masa lalu, penyejatan etilena eter, penyejukan mekanikal, penyejukan gas cecair atau ais kering, penyejukan udara termampat telah digunakan. Yang paling biasa digunakan ialah penyejukan termoelektrik atau termoelektrik yang digabungkan dengan penyejukan mekanikal (takat embun di bawah -60°C). Dalam kertas kerja ini, penyejukan termoelektrik ditekankan.
Penyejukan termoelektrik, juga dikenali sebagai penyejukan semikonduktor, ialah penyejukan Palput (daripada nama Inggerisnya Peltier). Prinsipnya ialah apabila arus DC melalui elemen NP yang terdiri daripada dua logam berbeza, haba akan dipindahkan dari satu logam ke logam lain, yang bertentangan dengan pengukuran suhu termogandingan. Oleh itu, apabila hujung sejuk Palter disambungkan ke cermin dan hujung yang satu lagi digunakan sebagai hujung pelesapan haba, cermin boleh disejukkan. Untuk mendapatkan suhu rendah yang berbeza, kaedah superposisi berbilang aras boleh diguna pakai. Data yang diberikan oleh Syarikat GE Amerika Syarikat menunjukkan bahawa, secara amnya, jika suhu bilik ialah 25°C, perbezaan suhu antara hujung sejuk dan sejuk boleh mencapai 55°C, perbezaan suhu antara hujung sejuk dan sejuk boleh mencapai 75°C, perbezaan suhu antara hujung sejuk dan sejuk boleh mencapai 105°C, dan perbezaan suhu antara hujung sejuk dan sejuk boleh mencapai 120°C apabila penyejukan kelima. Kapasiti penyejukan syarikat yang berbeza akan sedikit berbeza. Semakin tinggi suhu di hujung panas, semakin tinggi kecekapan penyejukan, dan semakin besar perbezaan suhu di hujung panas. Untuk mengurangkan suhu hujung sejuk, penyejukan udara, penyejukan air dan penyejukan mekanikal biasanya digunakan untuk mengurangkan suhu hujung panas. Tetapi ia tidak mungkin untuk dikurangkan tanpa had. Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa kapasiti penyejukannya tidak mewakili julat pengukuran higrometer titik embun. Takrifan julat pengukuran higrometer titik embun ialah suhu permukaan cermin boleh diperolehi pada permukaan cermin, dan suhu permukaan cermin boleh diperolehi apabila lapisan embun atau fros mempunyai ketebalan tertentu. Oleh itu, di bawah titik embun/fros umum, julat pengukuran higrometer titik embun biasanya 5°C lebih tinggi daripada keupayaan penyejukannya, dan di bawah titik fros rendah, ia biasanya 10°C~12°C lebih tinggi. Contohnya, meter titik embun DP19 yang dihasilkan oleh Syarikat MBW di Switzerland, apabila suhu bilik ialah 10°C, julat pengukuran terendahnya ialah -60°C, apabila suhu bilik ialah 20°C, julat pengukuran terendahnya ialah -55°C, apabila suhu bilik ialah 35°C, julat pengukuran terendahnya ialah -45°C. Disebabkan kekonduksian terma hidrogen dan helium yang tinggi, julat pengukuran akan dikurangkan sebanyak beberapa darjah. Apabila tekanan gas yang diukur meningkat, julat pengukuran juga akan dikurangkan. Bagi udara dan nitrogen, di bawah keadaan tekanan yang lebih tinggi daripada biasa, setiap tekanan atmosfera tambahan, julat pengukuran akan dikurangkan kira-kira 0.67°C.
1.1.2.3
Peranti pengukur suhu
Pada masa ini, kebanyakan rintangan platinum empat dawai digunakan untuk mengukur suhu. Nilai rintangan dan suhu elemen pengesan suhu rintangan platinum adalah hampir dengan hubungan linear dalam julat suhu yang agak luas, ketepatannya tinggi, kestabilannya baik, isyarat outputnya kuat, paparan digitalnya mudah.
1.1.2.4
Sistem pengesanan
Pada masa ini, kecuali meter titik embun cermin sejuk yang dibangunkan baru-baru ini oleh Syarikat Vaisala dari Finland, yang menggunakan prinsip gelombang bunyi untuk mengukur, yang lain semuanya menggunakan pengesan fotoelektrik untuk mengukur dan mengawal. Teknologi pengesanan fotoelektrik telah digunakan selama beberapa dekad, dan ia telah matang. Tetapi kelemahannya ialah ia tidak dapat membezakan air yang terlalu sejuk daripada fros.
1.1.3
Langkah berjaga-jaga untuk penggunaan
1.1.3.1
Air sejuk lampau dan fros
Dalam julat 0-20°C, air sejuk lampau mudah terbentuk pada permukaan cermin. Oleh kerana tekanan wap tepu pada permukaan ais dan permukaan air adalah berbeza, jika air sejuk lampau terbentuk pada permukaan cermin, nilai yang diukur adalah lebih rendah daripada titik fros, dan suhunya juga berbeza. Contohnya, apabila titik fros ialah -10°C, suhu air sejuk lampau yang sepadan ialah -11.23°C. Jadi, berhati-hatilah pada suhu ini. Jika instrumen dilengkapi dengan endoskop, ia boleh diperhatikan dan dibezakan oleh endoskop. Pada masa ini, kebanyakan instrumen mempunyai fungsi ujian, iaitu, untuk menguji kapasiti penyejukan minimumnya. Pada masa ini, kita boleh menggunakan fungsi ujian untuk menjadikan suhu cermin lebih rendah daripada -20°C, memastikan fros pada cermin, dan kemudian membuat pengukuran formal.
1.1.3.2
Kesan Kelvin
Tekanan wap air tepu pada permukaan adalah berbeza daripada tekanan pada satah. Apabila terdedah kepada permukaan logam, tekanan wap air keseimbangan, iaitu tekanan wap air tepu pada permukaan air melengkung, meningkat disebabkan oleh kesan tegangan permukaan, yang dikenali sebagai kesan Kelvin. Disebabkan oleh kesan Kelvin, suhu takat embun yang diperoleh adalah lebih rendah daripada suhu takat embun gas sebenar yang diukur.
1.1.3.2
Kesan Raoul
Ini bermakna tekanan wap air keseimbangan sistem adalah lebih rendah daripada tekanan wap air tepu air tulen apabila bahan larut air wujud pada cermin. Bahan larut air ini mungkin intrinsik kepada cermin atau terkandung dalam gas yang diukur. Menurut hukum Raoul, penurunan tekanan wap air keseimbangan adalah berkadar terus dengan kepekatan larutan, yang merupakan sebab mengapa akan terdapat pemeluwapan awal sebelum mencapai suhu takat embun gas yang diukur.
Kesan Kelvin adalah bertentangan dengan kesan Raoul, jadi ia akan mengimbangi sebahagiannya. Walau bagaimanapun, dalam pengukuran takat embun, kesan Raoul lebih ketara daripada kesan Kelvin, kerana bahan larut air pasti lebih kurang terdapat dalam cermin dan gas yang diukur, dan bendasing dalam gas kadangkala boleh berlaku tindak balas kimia atau tindak balas fotokimia dengan bahan tidak larut air pada cermin untuk ditukar menjadi bahan larut. Keadaan ini lebih jelas dalam pengukuran kelembapan gas proses perindustrian. Oleh itu, adalah perlu untuk membuang zarah pepejal dalam gas dengan menggunakan peranti penapis yang betul, dan seterusnya membuang bahan larut yang tertinggal di permukaan cermin melalui pemeluwapan embun dan operasi dedew berulang, kaedah ini digunakan secara meluas.
Dalam kerja amali, kita sering mendapati bahawa permukaan cermin tidak seragam apabila permukaan mula terdedah, lapisan sentiasa muncul di kawasan tertentu cermin, sebabnya sering disebabkan oleh calar pada cermin, kerana di kawasan yang rosak ini, di satu pihak, bahan sisa tidak mudah ditanggalkan, di pihak yang lain, kecacatan sudut memainkan peranan sebagai "teras terdedah", mempercepatkan proses pendedahan. Oleh itu, dalam penggunaan meter titik embun, terutamanya semasa membersihkan cermin, adalah perlu untuk berhati-hati untuk mengelakkan kerosakan mekanikal pada cermin.
1.1.3.3
Pencemaran cermin
Satu ialah kesan raoul, dan satu lagi ialah untuk mengubah tahap penyebaran latar belakang spekular. Kesan raoul terutamanya disebabkan oleh bahan larut air. Jika bahan tersebut berada dalam gas yang diukur (garam yang biasanya larut), cermin akan berembun terlebih dahulu, yang akan menyebabkan sisihan positif keputusan pengukuran. Jika bahan pencemar tidak larut dalam zarah air, seperti habuk, dan sebagainya, tahap penyebaran latar belakang akan meningkat, supaya meter titik embun fotoelektrik mempunyai hanyutan sifar.
1.1.3.4
Saluran persampelan
Oleh kerana kandungan air di atmosfera sangat tinggi, dan molekul air adalah molekul polar, ia mudah diserap pada dinding dalam saluran paip atau melalui saluran paip. Oleh itu, sistem laluan gas mesti ditutup rapat dalam pengukuran, ketebalan dinding paip sekurang-kurangnya 1mm, untuk mengelakkan pencerobohan air persekitaran luar ke dalam kebocoran. Jika suhu persekitaran pengukuran berubah dengan ketara, pengedap saluran paip perlu diperiksa semula.
Jika gas yang diukur dilepaskan terus ke atmosfera, masalah resapan air ke dalam sistem pengukuran harus dipertimbangkan. Kaedah yang paling biasa digunakan adalah dengan menyambungkan paip dengan panjang yang betul di port ekzos. Panjang dan diameter paip adalah berdasarkan prinsip tidak menjejaskan tekanan ruang pengukur.
Saluran paip pensampelan hendaklah sesingkat mungkin, bilangan sambungan hendaklah dikurangkan dan "ruang mati" hendaklah dielakkan bagi mengurangkan gangguan air latar belakang.
Saluran paip pensampelan dan dinding rongga pengukur bersih, kelancarannya baik, dan bahan hidrofobik dipilih. Rajah 2-2 ialah lengkung masa penyahjerapan pelbagai bahan apabila ia tertakluk kepada gas kering dalam keadaan penjerapan tepu. Daripada keputusan eksperimen, kita boleh mendapatkan susunan pemilihan bahan berikut: keluli tahan karat, PTFE, kuprum, polietilena, dan, paling teruk, tiub nilon dan getah, tidak boleh digunakan dalam pengukuran titik fros rendah. Di samping itu, diameter luar tiub ialah 6 mm atau 1/4 inci, walaupun tiub keluli tahan karat digilap dalam digunakan dalam pengukuran titik fros rendah.
Apabila mengukur takat embun yang tinggi, kita mesti memberi perhatian bahawa takat embun adalah lebih rendah daripada suhu ambien iaitu 3°C untuk mengelakkan pemeluwapan wap air dalam saluran paip.
Apabila higrometer titik embun mengukur kelembapan, julat aliran ialah 0.25L/min~1L/min. Dalam julat ini, perubahan halaju aliran tidak menjejaskan keputusan pengukuran.
Pensampelan boleh dibahagikan kepada dua jenis, satu ialah pensampelan tekanan, mengikut kaedah pensampelan yang berbeza, ia boleh dibahagikan kepada pengukuran tekanan dan pengukuran tekanan atmosfera. Lihat rajah 2-3 dan 2-4, masing-masing. Satu lagi diukur pada tekanan atmosfera, iaitu, sampel diambil dengan pam. Dalam kes ini, ia selalunya akan membawa tekanan positif dan tekanan negatif buatan kerana kaedah pensampelan yang berbeza. Jika pensampelan dengan cara yang ditunjukkan dalam Rajah 2-5, meter titik embun diukur di bawah keadaan tekanan, ia akan membawa ralat positif kepada keputusan pengukuran. Jika pam dan meter aliran bertukar kedudukan, meter titik embun berada di bawah keadaan tekanan negatif, ia akan membawa ralat negatif kepada pengukuran. Kaedah pensampelan yang betul ditunjukkan dalam rajah 2-6.
1.1.4
Permohonan
Julat pengukuran higrometer titik embun adalah luas. Pada masa ini, julat pengukuran siri higrometer titik embun yang dibangunkan oleh Syarikat MBW dari Switzerland telah mencapai -95°C~70°C, yang dapat memenuhi sebahagian besar keperluan pengukuran.
1.1.5
Kelebihan dan kekurangan
Faedah: Ia merupakan pengukuran asas, pengukuran yang tepat, dan instrumen ini stabil serta bebas hanyutan. Instrumen dengan ketepatan tertinggi boleh mencapai ±0.1°C.
Kelemahan: Harga yang tinggi, keperluan yang tinggi untuk pengendali, dan keperluan untuk diselenggara. Sensitif terhadap bahan pencemar. Kadangkala terdapat air yang terlalu sejuk dalam julat -20°C~0°C, jadi berhati-hatilah untuk membezakan air yang terlalu sejuk daripada fros.
1.2
Meter air mikro untuk elektrolisis penyerapan lengkap
1.2.1
Prinsip ukuran
Melalui persampelan berterusan, sampel gas mengalir melalui sel elektrolitik berstruktur khas, yang kelembapannya diserap oleh lapisan fosforus pentoksida sebagai agen higroskopik dan dilepaskan melalui elektrolisis menjadi hidrogen dan oksigen, dan fosforus pentoksida dijana semula. Proses tindak balas boleh dinyatakan sebagai:
P2O5+H2O=2HPO3
2HPO3=H2+1/2O2+P2O5
Gabungan (1), (2), akan mendapat:
2H2O=2H2+O2
Apabila penyerapan dan elektrolisis diseimbangkan, air yang masuk ke dalam sel elektrolisis diserap oleh lapisan filem fosforus pentoksida, dan dielektrolisiskan. Jika suhu ambien, tekanan ambien dan aliran gas diketahui, hubungan antara arus elektrolisis air dan kandungan air sampel gas boleh disimpulkan mengikut hukum elektrolisis dan hukum gas Faraday:
Dalam formula:
Arus elektrolitik air, μΑ;
Kandungan air sampel gas, μL/L (iaitu nisbah isipadu)
Aliran gas, ml/min
Tekanan persekitaran, Pa;
Suhu mutlak persekitaran, k;
Seperti yang dapat dilihat daripada formula di atas, magnitud arus elektrolitik adalah berkadar terus dengan kandungan air dalam sampel gas, jadi kandungan air dalam sampel gas boleh diukur dengan mengukur arus elektrolitik air. Di bawah keadaan tekanan atmosfera piawai dan 20°C, gas ideal mengalir melalui sel elektrolitik pada kadar aliran 100ml/min. Apabila kandungan air sampel gas ialah 1μL/L (ppmv), arus elektrolitik dikira daripada formula sebagai 13.4μΑ. Instrumen jenis ini biasanya mengambil ppmv sebagai unit, dan boleh membaca secara langsung nilai ppmv kandungan lembapan dalam sampel gas.
Disebabkan oleh kesan pemangkinan elektrod platinum, tindak balas elektrolisis air merupakan proses yang boleh diterbalikkan, jadi apabila sampel gas yang diukur ialah hidrogen, oksigen atau mengandungi hidrogen dan oksigen yang mencukupi, keseimbangan bergerak ke kiri, hidrogen dan oksigen yang telah dihasilkan melalui elektrolisis digabungkan untuk menghasilkan air, dan kemudian elektrolisis sekunder dijalankan, supaya nilai arus elektrolisis keseluruhan adalah lebih tinggi, iaitu, "kesan hidrogen" dan "kesan oksigen", atau "kesan komposit". Eksperimen menunjukkan bahawa bacaan gas jenis ini adalah lebih tinggi sebanyak beberapa hingga sepuluh ppmv apabila instrumen digunakan untuk mengukur kandungan air gas jenis ini, tetapi tindak balas kepekatan sisihan berada pada nilai latar belakang, jadi ia boleh ditolak.
1.2.2
Struktur
Instrumen ini terdiri daripada dua bahagian sistem laluan gas dan litar, sistem laluan gas terutamanya merangkumi sel elektrolitik dan bahagian kawalan laluan gas.
1.2.2.1
Bateri
Dalam tiub kaca, dua elektrod platinum dililitkan menjadi bentuk lingkaran berganda, dan filem fosforus pentoksida disalut secara seragam di antara elektrod sebagai agen higroskopik. Di bawah keadaan pengukuran yang ditentukan, struktur penggulungan dalam dapat memastikan penyerapan dan elektrolisis semua air yang memasuki kolam. Dinding kolam kaca sesuai untuk salutan fosforus pentoksida yang seragam. Memandangkan platinum mempunyai fungsi menjana hidrogen dan oksigen, terutamanya gas kaya hidrogen, untuk bertindak balas semula bagi menjana air, sesetengah syarikat telah menggunakan rodium dan bukannya platinum.
Bagi salutan fosforus pentoksida kering, apabila sampel gas "benar-benar kering" diperkenalkan dan voltan DC yang sesuai dikenakan pada elektrod, nilai latar belakang arus yang kecil dijana dalam litar. Nilai latar belakang hanya berkaitan dengan struktur sel, keadaan salutan, suhu dan jenis sampel, tetapi bukan dengan kandungan air sampel. Oleh kerana nilai latar belakang sentiasa boleh ditambah kepada arus elektrolitik kelembapan yang terkandung dalam sampel gas, kandungan lembapan sebenar medium harus ditolak daripada bacaan instrumen semasa mengukur.
1.2.2.2
Sistem kawalan pneumatik
Sistem pneumatik terdiri daripada injap kawalan, sel elektrolitik, injap pengatur aliran, meter aliran dan pengering. Kawalan laluan aliran udara dilakukan oleh injap kawalan.
1.2.3
Langkah berjaga-jaga untuk penggunaan
Daripada formula tersebut, kita dapat mengetahui bahawa hasil pengukuran, iaitu kelembapan gas μL/L (ppmv) dikira mengikut aliran gas dan arus elektrolitik, jadi aliran gas mesti dikawal dan diukur dengan tepat. Instrumen jenis ini biasanya menggunakan meter aliran terapung, di bawah 20°C, 1atm, menggunakan udara untuk menentukur. Jika keadaan yang digunakan bukan keadaan piawai, contohnya pada suhu dan tekanan yang berbeza, atau gas yang diukur bukan udara, gas yang diukur perlu ditentukur semula atau dibetulkan mengikut faktor pembetulan.
1.2.4
Permohonan
Julat pengukuran adalah dari beberapa μL/L(ppmV) hingga 2000 μL/L(ppmV), dan ketepatannya adalah 5% daripada bacaan atau 1% daripada julat penuh. Ciptaan ini boleh digunakan untuk pelbagai gas lengai, beberapa gas organik dan bukan organik yang tidak bertindak balas dengan P2O5. Contohnya termasuk udara, nitrogen, hidrogen, oksigen, argon, helium, neon, karbon monoksida, karbon dioksida, sulfur heksafluorida, metana, etana, propana, butana, gas asli dan gas freon tertentu. Ia tidak boleh digunakan untuk gas menghakis tertentu dan gas yang boleh bertindak balas dengan P2O5, seperti etanol, gas berasid tertentu, gas hidrokarbon tak tepu.
1.2.5
Kelebihan dan kekurangan
Faedah: Pengukuran mutlak, stabil, tiada hanyutan.
Kelemahan: Jangka hayat bateri adalah terhad dan perlu dijana semula. Kelembapan tinggi dan rendah (<1ppmv) memendekkan jangka hayatnya. Tindak balas perlahan dalam kelembapan rendah. Permintaan untuk kadar aliran gas adalah tinggi. Ia tidak boleh digunakan dalam beberapa gas menghakis dan gas yang bertindak balas dengan P2O5. Terdapat latar belakang.
1.3
Meter kelembapan kapasitans aluminium oksida
1.3.1
Prinsip pengukuran, struktur dan julat aplikasi
Instrumen ini mempunyai pelbagai bentuk, seperti mudah alih yang dikendalikan oleh bateri, pemprosesan data dengan mikropemproses, paparan berbilang parameter, dan sebagainya. Tetapi intipatinya adalah kapasitor, dengan mendapan lapisan nipis alumina berliang pada substrat konduktif dan kemudian menggunakan lapisan nipis emas pada lapisan nipis alumina. Substrat konduktif dan lapisan nipis emas membentuk elektrod kapasitor. Wap air diserap oleh alumina berliang melalui lapisan nipis emas, dan impedans kapasitor adalah berkadar dengan bilangan molekul air, iaitu tekanan wap air. Tekanan separa lembapan boleh diperoleh dengan mengukur impedans atau kapasitans kapasitor, dan nilai titik embun boleh diperoleh melalui penukaran.
Lapisan nipis aluminium oksida yang terletak di antara elektrod aluminium dan emas responsif sepanjang julat tekanan wap tepu dari 10-3Pa (kira-kira -110°C takat embun) kepada air. Disebabkan oleh afinitinya yang kuat terhadap air, ditambah pula dengan pemalar dielektrik air yang lebih besar, instrumen sedemikian sangat selektif untuk air, tetapi tidak responsif terhadap gas biasa lain serta gas dan cecair organik.
Ketepatannya ialah ±1~±2°C dalam julat kelembapan sederhana dan tinggi, dan ±2~±3°C dalam julat kelembapan rendah, seperti -100°C. Sensor tidak bertindak balas dengan gas hidrokarbon, CO, CO2 dan gas yang mengandungi HCFC, tetapi hanyutan gas yang berbeza adalah berbeza. Bagi gas menghakis tertentu, seperti ammonia, SO3 dan klorin, akan merosakkan sensor dan harus dielakkan seboleh-bolehnya.
1.3.2
Langkah berjaga-jaga untuk penggunaan
Julat pengukuran biasa bagi instrumen jenis ini ialah -110°C~+20°C. Apabila takat embun lebih tinggi, instrumen akan menghasilkan hanyutan yang lebih besar. Perhatian juga harus diberikan kepada pekali suhu. Disebabkan tindak balasnya terhadap tekanan separa wap air, kita harus memberi perhatian kepada perubahan tekanan keseluruhan gas dalam pengukuran.
Ia boleh mengelakkan pencemaran habuk dan minyak, dan kadar aliran gas lebih besar, iaitu 3 ~ 5 (L/min) atau lebih besar lagi.
1.3.3
Kelebihan dan kekurangan
Faedah: Ciptaan ini mempunyai julat tindak balas yang luas, dari 1μL/L (ppmv) hingga 80%RH, boleh dipasang dari jauh, boleh digunakan di lapangan, mempunyai tindak balas yang agak stabil dan pantas, pekali suhu yang kecil, tidak mempunyai kaitan dengan perubahan kadar aliran, mempunyai selektiviti yang tinggi terhadap air, boleh digunakan dalam julat suhu dan tekanan yang luas, mempunyai jumlah penyelenggaraan harian yang kecil dan isipadu yang kecil.
Kelemahan: Kaedah ini merupakan pengukuran tidak langsung, beroperasi pada suhu yang lebih tinggi atau sesetengah gas yang menyebabkan hanyutan, yang terjejas oleh gas menghakis, yang mesti dikalibrasi secara berkala untuk mengatasi penuaan, histeresis dan pencemaran. Memandangkan nilai tindak balas adalah tidak linear, setiap sensor perlu dikalibrasi dan tidak boleh digunakan secara universal.
1.4
Meter kelembapan kapasitif filem nipis
1.4.1
Prinsip pengukuran, struktur dan julat aplikasi
Filem polimer garam poliamina atau selulosa asetat yang dimendapkan pada dua elektrod konduktif digunakan. Pemalar dielektrik antara kedua-dua elektrod boleh berubah apabila filem menyerap air atau kehilangan air. Terdapat juga teknik untuk menggunakan polimer termoset yang tahan terhadap suhu tinggi, yang membolehkan sensor sedemikian diukur secara berterusan pada suhu lebih tinggi daripada 100°C. Sekarang saya menggunakan filem molekul tinggi seperti Visala.
1. Fungsi utama adalah untuk menyokong bahagian lain sensor.
2. Salah satu elektrod diperbuat daripada bahan konduktif
3. Lapisan filem nipis. Ia merupakan jantung sensor, jumlah penyerapan air filem berkaitan dengan kelembapan relatif persekitaran sekitar. Ketebalan filem ialah 1-10 (μm).
4. Elektrod atas juga memainkan peranan penting dalam prestasi sensor. Untuk mendapatkan tindak balas yang cepat, perlu mempunyai kebolehtelapan air yang lebih tinggi. Ia juga merupakan bahan konduktif.
5. Pad sentuh untuk elektrod atas. Memandangkan terdapat banyak sekatan pada reka bentuk elektrod atas, logam berasingan diperlukan untuk membuat sentuhan yang baik.
Julat pengukuran adalah luas, dari -50°C~100°C takat embun. Ia boleh digunakan dalam julat suhu yang luas, kadangkala tanpa pampasan suhu. Resin termoset tahan suhu tinggi membolehkan pengukuran berterusan sensor kelembapan kapasitif sedemikian pada suhu 185°C, dengan suhu tertinggi digunakan bergantung pada bahan pembungkusan sensor. Satu lagi kelebihan untuk sensor resin termoset ialah pekali suhu adalah kecil dalam julat suhu -50°C~100°C, jadi ia boleh diukur dengan mudah dalam julat yang luas.
Semua sensor kelembapan relatif sensitif terhadap suhu dan, jika dikalibrasi pada satu suhu, akan menyebabkan ralat apabila digunakan pada suhu yang lain. Satu kelebihan sensor polimer ialah ia mempunyai kurang pergantungan suhu, iaitu pekali suhu yang lebih kecil. Oleh itu, apabila suhu penggunaan berbeza daripada suhu penentukuran, ralatnya adalah kecil. Pampasan suhu elektronik diperlukan jika digunakan pada suhu had atau jika ketepatannya tinggi. Apabila julat suhu kurang daripada 50°C, adalah mudah untuk mengimbangi suhu. Apabila julat suhu lebih luas, adalah sukar untuk mengimbangi suhu. Walau bagaimanapun, ketepatan sensor polimer moden boleh mencapai ±1%RH dalam julat sempit, dan ±3%RH dalam julat suhu dan kelembapan yang luas. Selepas tempoh penggunaan, atau selepas pencemaran, penentukuran semula diperlukan.
1.4.2
Kelebihan dan kekurangan
Faedah: Sistem ini mempunyai kelebihan tindak balas yang pantas, julat pengukuran suhu dan kelembapan yang luas, kelinearan yang baik, histeresis yang sedikit, kestabilan dan kebolehulangan yang baik, pekali suhu rendah dan kos yang rendah.
Kelemahan: Hampir tiada apa-apa.
1.5
Meter kelembapan jenis rintangan
1.5.1
Prinsip dan struktur pengukuran
Bahan sensitif mengambil larutan polimer garam ammonium kuaterner sebagai matriks, dan kumpulan berfungsi direaksikan dengan polimer resin untuk menghasilkan resin termoset tiga dimensi dan tiga dimensi, dan mempunyai kestabilan yang baik. Perubahan kelembapan relatif boleh menyebabkan perubahan rintangan antara katod dan anod.
1.5.2
Kelebihan dan kekurangan
Ia tidak mempunyai histeresis dan penuaan, pekali suhu rendah, kos rendah dan penggunaan tenaga yang rendah. Julat suhu ialah -10°C ~ 80°C, kebolehulangan adalah lebih baik daripada 0.5%RH, ketepatannya lebih tinggi, secara amnya ±2%RH, dalam julat yang sangat sempit boleh mencapai ±1%RH.
Kelemahan: Ia merupakan instrumen pengukuran tidak langsung, yang perlu dikalibrasi secara berkala, dan tidak sesuai untuk sesetengah bahan pencemar. Jika ia digunakan dalam julat suhu yang luas, ia memerlukan pampasan suhu. Ia lebih sensitif terhadap bahan pencemar berbanding sensor kapasitif. Ia tidak sesuai untuk kelembapan rendah, kehilangan kepekaan apabila kelembapan relatif kurang daripada 15%RH, tetapi ia masih mempunyai prestasi yang baik apabila kelembapan relatif hampir dengan 100%RH, tetapi pemeluwapan kadangkala merosakkan sensor.
Sesetengah bahan pencemar mempunyai pengaruh yang besar terhadap sensor rintangan, manakala yang lain mempunyai pengaruh yang besar terhadap sensor kapasitans. Oleh itu, apabila memilih sensor, ia bergantung terutamanya pada sifat bahan pencemar.
1.6
Meter kelembapan mekanikal
1.6.1
Prinsip dan struktur pengukuran
Panjang bahan polimer organik seperti rambut, membran usus, nilon dan polimida akan berubah mengikut kelembapan relatif. Meter kelembapan mekanikal menggunakan ciri ini untuk menjadikan bahan di atas membuat elemen pengesan kelembapan berbentuk jalur linear atau melapisi bahan elastik untuk digulung menjadi elemen pengesan kelembapan berbentuk dawai longgar, dan kemudian melalui peranti penguat mekanikal, perubahan jumlah geometri yang disebabkan oleh perubahan kelembapan ditunjukkan oleh penunjuk atau direkodkan oleh pen rakaman, dengan itu menunjukkan kelembapan relatif secara langsung. Ciptaan ini sesuai untuk mengukur suhu dan kelembapan persekitaran dalaman seperti makmal, bilik komputer, gudang dan bangunan kilang.
1.6.2
Kelebihan dan kekurangan
Faedah: Murah, tidak sensitif terhadap kebanyakan bahan pencemar, tiada kuasa dan rakaman kekal
Kelemahan: hanyutan, jika penggunaan kelembapan tertentu untuk masa yang lama akan kehilangan sensitiviti, tidak boleh digunakan di bawah 0°C, tindak balas perlahan, pengangkutan atau ayunan getaran akan merosakkan prestasinya.
1.7
Meter kelembapan bola kering-basah
1.7.1
Prinsip
Higrometer bola kering-basah terdiri daripada dua termometer dengan spesifikasi yang sama, satu dipanggil termometer bola kering, dan gelembung suhu terdedah dalam gas yang diukur untuk mengukur suhu ambien, dan nilai petunjuk dinyatakan oleh Ta (ta). Yang satu lagi ialah termometer bola basah, yang dibalut dengan penutup kasa yang dibuat khas untuk memastikan ia basah. Apabila udara di sekeliling bola basah berada dalam keadaan tak tepu, kelembapan pada penutup kasa bola basah akan meruap secara berterusan, kerana kelembapan yang meruap perlu menyerap haba, jadi suhu bola basah akan berkurangan, nilai petunjuknya dinyatakan oleh Tw (tw). Halaju penyejatan kelembapan sfera basah berkaitan dengan kandungan lembapan gas di sekelilingnya. Apabila kelembapan gas lebih rendah, penyejatan kelembapan lebih cepat, suhu sfera basah lebih rendah, dan sebaliknya. Selepas memperoleh suhu bola kering dan basah yang tepat, nilai kelembapan dikira melalui persamaan bola basah.
Disebabkan kesederhanaan dan kosnya yang rendah, higrometer bola kering-basah telah menjadi jenis yang paling banyak digunakan untuk tempoh masa yang agak lama pada 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.
