Анализ преимуществ и недостатков различных методов измерения точки росы при разнице температур.
принцип проверки
Приборы для измерения влажности можно разделить на приборы с холодным зеркалом, полностью абсорбционные электролитические, емкостные Al2O3, тонкопленочные емкостные, резистивные, сухо-влажно-шариковые и механические. Среди них полностью абсорбционные электролитические микроводомеры и емкостные Al2O3-измерители точки росы обычно используются для измерения низкой влажности, в то время как резистивные, сухо-влажно-шариковые и механические измерители влажности могут использоваться только для измерения относительной влажности, а приборы с холодным зеркалом и тонкопленочные емкостные (патент Вайсалы) могут использоваться не только для измерения низкой влажности, но и для измерения средней и высокой влажности, то есть относительной влажности. Указанные приборы имеют свои преимущества и недостатки. Среди них прибор с холодным зеркалом является наиболее точным, надежным и простым методом измерения, широко используемым в стандартной трансмиссии, но его недостатком является относительно высокая цена, а также необходимость опытного оператора и специалиста по техническому обслуживанию.
1.1
Измеритель точки росы на холодном зеркале
1.1.1
Принцип измерения
Когда измеряемая влажность поступает в камеру измерения точки росы, холодная зеркальная поверхность обрабатывается; когда температура зеркальной поверхности превышает температуру точки росы влажности, зеркальная поверхность находится в сухом состоянии; в это время свет, излучаемый источником света в фотоэлектрическом экспонирующем устройстве, почти полностью отражается от зеркальной поверхности, фотоэлектрический датчик регистрирует и выдает фотоэлектрический сигнал, а схема управления сравнивает, усиливает и приводит в действие термоэлектрический насос для охлаждения зеркальной поверхности. Когда температура зеркальной поверхности падает до температуры точки росы влажности, поверхность начинает покрываться росой (инеем), на зеркальной поверхности появляется диффузное отражение, сигнал отражения, создаваемый фотоэлектрическим датчиком, ослабляется, изменение сравнивается контуром управления, усиливается, термоэлектрический насос регулируется для соответствующего снижения мощности охлаждения, и, наконец, температура зеркальной поверхности поддерживается на уровне температуры точки росы исследуемого газа. Температура зеркала определяется платиновым резистивным датчиком температуры, расположенным вблизи нижней части холодной поверхности зеркала, и отображается на дисплее.
В настоящее время все мировые компании, производящие измерители точки росы с холодным зеркалом, такие как GE, Edgetech, швейцарская MBW и другие, используют этот принцип. Британская компания MICHELL применяет систему обнаружения с двойным оптическим путем, то есть отраженный и рассеянный свет регистрируются одновременно. Финская компания Vaisala использует акустическую волну в качестве системы обнаружения.
В процессе измерения водяной пар в измеряемом газе приближается к состоянию насыщения при понижении температуры. Под действием гравитации молекулы воды адсорбируются на поверхности зеркала, образуя тонкую водяную пленку. Это первый этап образования росы. При дальнейшем понижении температуры зеркала толщина водяной пленки постепенно увеличивается, что соответствует второму этапу образования росы. На этом этапе изменяется контраст сил между гравитационной силой молекул воды и поверхностным натяжением водяной пленки, и влияние последнего постепенно начинает преобладать. В это время любые нестабильные факторы на охлаждающей поверхности, такие как мелкие дефекты на поверхности зеркала, вызывают конденсацию водяной пленки в капли. При дальнейшем понижении температуры зеркала начинают появляться капли росы. Под микроскопом можно наблюдать изолированный рост и неравномерное распределение капель росы, а затем слой росы очень быстро диффундирует по поверхности. В этот момент можно считать, что начинается равновесие жидкость-пар, то есть достигается точка росы.
1.1.2
Структура
1.1.2.1
Зеркало
Зеркало должно быть гидрофобным, обладать хорошей теплопроводностью, износостойкостью, коррозионной стойкостью и хорошими оптическими характеристиками. Раньше в качестве зеркала использовалось золото, теперь же используется родий.
1.1.2.2
Охлаждение зеркал
В прошлом использовались испарение этиленового эфира, механическое охлаждение, охлаждение сжиженным газом или сухим льдом, а также охлаждение сжатым воздухом. Наиболее распространенным является термоэлектрическое охлаждение или термоэлектрическое охлаждение в сочетании с механическим охлаждением (точка росы ниже -60°C). В данной работе основное внимание уделяется термоэлектрическому охлаждению.
Термоэлектрическое охлаждение, также известное как полупроводниковое охлаждение, — это охлаждение Пельтье (от английского названия Peltier). Принцип действия заключается в том, что когда постоянный ток проходит через элемент Пельтье, состоящий из двух разных металлов, тепло передается от одного металла к другому, что прямо противоположно измерению температуры термопарой. Таким образом, когда холодный конец элемента Пельтье соединен с зеркалом, а другой конец используется в качестве теплоотводящего, зеркало охлаждается. Для получения различных низких температур можно использовать метод многоуровневого наложения. Данные, предоставленные американской компанией GE, показывают, что, как правило, при комнатной температуре 25°C разница температур между холодным и холодным концами может достигать 55°C, 75°C, 105°C и 120°C при пятом охлаждении. Холодопроизводительность различных производителей может незначительно отличаться. Чем выше температура на горячем конце, тем выше эффективность охлаждения и тем больше разница температур на горячем конце. Для снижения температуры холодного конца обычно используются воздушное, водяное и механическое охлаждение. Однако полного снижения температуры невозможно. Важно отметить, что холодопроизводительность не отражает диапазон измерения гигрометра точки росы. Диапазон измерения гигрометра точки росы определяется как температура поверхности зеркала, которую можно измерить при наличии слоя росы или инея определенной толщины. Поэтому при обычной точке росы/инея диапазон измерения гигрометра точки росы обычно на 5 °C выше его охлаждающей способности, а при низкой точке инея — на 10–12 °C выше. Например, у измерителя точки росы DP19 производства швейцарской компании MBW минимальный диапазон измерения составляет -60°C при комнатной температуре 10°C, -55°C при комнатной температуре 20°C и -45°C при комнатной температуре 35°C. Из-за высокой теплопроводности водорода и гелия диапазон измерения уменьшается на несколько градусов. При увеличении давления измеряемого газа диапазон измерения также уменьшается. Для воздуха и азота при давлении выше нормального диапазон измерения уменьшается примерно на 0,67°C на каждую дополнительную атмосферу.
1.1.2.3
Измерительное устройство температуры
В настоящее время для измерения температуры чаще всего используются четырехпроводные платиновые резисторы. Значения сопротивления и температуры платинового резисторного датчика температуры имеют близкую к линейной зависимость в достаточно широком диапазоне температур, отличаются высокой точностью, хорошей стабильностью, сильным выходным сигналом и удобством цифрового отображения.
1.1.2.4
система обнаружения
В настоящее время, за исключением недавно разработанного финской компанией Vaisala измерителя точки росы с помощью холодного зеркала, использующего принцип звуковых волн для измерения, все остальные приборы используют фотоэлектрические детекторы для измерения и контроля. Технология фотоэлектрического обнаружения используется уже несколько десятилетий и является зрелой. Однако ее недостаток заключается в том, что она не может отличить переохлажденную воду от инея.
1.1.3
Меры предосторожности при применении
1.1.3.1
Переохлажденная вода и иней
В диапазоне 0-20°C на поверхности зеркала легко образуется переохлажденная вода. Поскольку давление насыщенного пара на поверхности льда и поверхности воды различно, если на поверхности зеркала образуется переохлажденная вода, измеренное значение будет ниже точки замерзания, и температура будет отличаться. Например, при точке замерзания -10°C соответствующая температура переохлажденной воды составляет -11,23°C. Поэтому следует проявлять особую осторожность при таких температурах. Если прибор оснащен эндоскопом, то это можно наблюдать и различать с его помощью. В настоящее время большинство приборов имеют функцию проверки, то есть проверки минимальной охлаждающей способности. В этом случае мы можем использовать функцию проверки, чтобы температура зеркала была ниже -20°C, обеспечить образование инея на зеркале, а затем провести формальное измерение.
1.1.3.2
эффект Кельвина
Давление насыщенного водяного пара на поверхности отличается от давления на плоскости. При контакте с металлической поверхностью равновесное давление водяного пара, то есть давление насыщенного водяного пара на изогнутой поверхности воды, увеличивается из-за эффекта поверхностного натяжения, известного как эффект Кельвина. Из-за эффекта Кельвина полученная температура точки росы оказывается ниже температуры точки росы реального измеренного газа.
1.1.3.2
эффект Рауля
Это означает, что равновесное давление водяного пара в системе ниже, чем давление насыщенного водяного пара чистой воды, когда на зеркале присутствует водорастворимое вещество. Эти водорастворимые вещества могут быть присущи самому зеркалу или содержаться в измеряемом газе. Согласно закону Рауля, уменьшение равновесного давления водяного пара пропорционально концентрации раствора, поэтому конденсация происходит раньше, чем достигается температура точки росы измеряемого газа.
Эффект Кельвина является полной противоположностью эффекту Рауля, поэтому он частично компенсирует эффект Кельвина. Однако при измерении точки росы эффект Рауля более значителен, чем эффект Кельвина, поскольку водорастворимые вещества неизбежно в той или иной степени присутствуют в зеркале и измеряемом газе, а примеси в газе иногда могут вступать в химическую или фотохимическую реакцию с нерастворимыми в воде веществами на зеркале, превращаясь в растворимые вещества. Эта ситуация более очевидна при измерении влажности промышленных технологических газов. Поэтому необходимо удалять твердые частицы из газа с помощью соответствующего фильтрующего устройства, а также дополнительно удалять растворимые вещества, оставшиеся на поверхности зеркала, путем многократной конденсации росы и удаления конденсата. Этот метод широко используется.
В практической работе мы часто сталкиваемся с тем, что поверхность зеркала становится неоднородной в начале процесса экспонирования. Слой всегда появляется в определенных областях зеркала, что часто является причиной царапин на зеркале. В этих дефектных областях, с одной стороны, остатки материала трудно удалить, а с другой — дефекты углов играют роль «обнаженного ядра», ускоряя процесс экспонирования. Поэтому при использовании измерителя точки росы, особенно при очистке зеркала, необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать механических повреждений зеркала.
1.1.3.3
Загрязнение зеркал
Один из факторов — эффект Рауля, другой — изменение уровня зеркального фонового рассеяния. Эффект Рауля в основном обусловлен водорастворимыми веществами. Если в измеряемом газе присутствует вещество (обычно растворимые соли), зеркало преждевременно покроется конденсатом, что вызовет положительное отклонение результатов измерения. Если загрязняющие вещества нерастворимы в частицах воды, например, пыль и т. д., уровень фонового рассеяния увеличится, что приведет к дрейфу нуля фотоэлектрического измерителя точки росы.
1.1.3.4
Канал отбора проб
Поскольку содержание воды в атмосфере очень высокое, а молекулы воды являются полярными, они легко впитываются во внутренние стенки трубопровода или проникают сквозь него. Поэтому система газопровода должна быть хорошо герметизирована при измерениях, толщина стенки трубы должна составлять не менее 1 мм, чтобы предотвратить проникновение воды извне и утечку. Если температура в зоне измерения сильно меняется, следует повторно проверить герметичность трубопровода.
Если измеряемый газ выбрасывается непосредственно в атмосферу, следует учитывать проблему диффузии воды в измерительную систему. Наиболее распространенный метод заключается в подключении к выпускному отверстию трубы соответствующей длины. Длина и диаметр трубы определяются принципом невлияния на давление в измерительной камере.
Трубопровод для отбора проб должен быть как можно короче, количество соединений должно быть уменьшено, а «мертвое пространство» следует избегать, чтобы снизить влияние фоновой воды.
Трубопровод для отбора проб и стенка измерительной полости чистые, поверхность гладкая, выбран гидрофобный материал. На рисунке 2-2 показана кривая десорбции различных материалов во времени при воздействии на них сухого газа в состоянии насыщенной адсорбции. Из экспериментальных результатов можно сделать следующий вывод о выборе материалов: нержавеющая сталь, ПТФЭ, медь, полиэтилен и, в худшем случае, нейлоновые и резиновые трубки, которые не следует использовать при измерениях низкой температуры замерзания. Кроме того, внешний диаметр трубки составляет 6 мм или 1/4 дюйма, хотя при измерениях низкой температуры замерзания используется внутренняя полированная трубка из нержавеющей стали.
При измерении точки высокой росы необходимо следить за тем, чтобы она была ниже температуры окружающей среды (3 °C), чтобы избежать конденсации водяного пара в трубопроводе.
При измерении влажности гигрометром точки росы диапазон расхода составляет от 0,25 л/мин до 1 л/мин. В этом диапазоне изменение скорости потока не влияет на результаты измерения.
Отбор проб можно разделить на два вида: отбор проб под давлением. В зависимости от метода отбора проб, он может быть разделен на измерение давления и измерение атмосферного давления. См. рисунки 2-3 и 2-4 соответственно. Другой вид — измерение при атмосферном давлении, то есть отбор проб осуществляется насосом. В этом случае часто возникают искусственные положительные и отрицательные значения давления из-за различий в методах отбора проб. Если отбор проб осуществляется способом, показанным на рисунке 2-5, то измерение с помощью измерителя точки росы проводится в условиях давления, что приведет к положительной погрешности в результатах измерения. Если насос и расходомер поменяются местами, и измеритель точки росы окажется в условиях отрицательного давления, это приведет к отрицательной погрешности в измерениях. Правильный метод отбора проб показан на рисунках 2-6.
1.1.4
Приложение
Диапазон измерений гигрометра точки росы широк. В настоящее время диапазон измерений серии гигрометров точки росы, разработанных швейцарской компанией MBW, достигает -95°C~70°C, что удовлетворяет большинству требований к измерениям.
1.1.5
Плюсы и минусы
Преимущества: Это базовое и точное измерение, прибор стабилен и не подвержен дрейфу. Прибор обладает высочайшей точностью, достигающей ±0,1°C.
Недостатки: высокая цена, высокие требования к операторам и необходимость технического обслуживания. Чувствительность к загрязнениям. Иногда встречается переохлажденная вода в диапазоне -20°C~0°C, поэтому следует особенно тщательно отличать переохлажденную воду от инея.
1.2
Микроводомер для полного абсорбционного электролиза
1.2.1
Принцип измерения
Путем непрерывного отбора пробы газа, образец проходит через электролитическую ячейку специальной конструкции, влага которой поглощается слоем пентоксида фосфора в качестве гигроскопического агента и отводится электролизом на водород и кислород, при этом пентоксид фосфора регенерируется. Процесс реакции можно выразить следующим образом:
P2O5+H2O=2HPO3
2HPO3=H2+1/2O2+P2O5
В результате объединения (1) и (2) получим:
2H2O=2H2+O2
Когда процессы абсорбции и электролиза уравновешиваются, вода, поступающая в электролитическую ячейку, абсорбируется пленочным слоем пентоксида фосфора и подвергается электролизу. Если известны температура окружающей среды, давление окружающей среды и поток газа, то зависимость между электролитическим током воды и содержанием воды в газовом образце может быть выведена на основе закона электролиза Фарадея и газового закона:
В формуле:
Электролитический ток воды, мкА;
Содержание воды в газовой пробе, мкл/л (т.е. объемное соотношение)
Расход газа, мл/мин
Экологическое давление, Па;
Абсолютная температура окружающей среды, k;
Как видно из приведенной выше формулы, величина электролитического тока пропорциональна содержанию воды в газовой пробе, поэтому содержание воды в газовой пробе можно измерить, измеряя электролитический ток воды. При стандартном атмосферном давлении и температуре 20 °C идеальный газ протекает через электролитическую ячейку со скоростью потока 100 мл/мин. Когда содержание воды в газовой пробе составляет 1 мкл/л (ppmv), электролитический ток рассчитывается по формуле как 13,4 мкА. В таких приборах обычно используется единица измерения ppmv, и они могут напрямую считывать значение ppmv содержания влаги в газовой пробе.
Благодаря каталитическому эффекту платинового электрода, реакция электролиза воды является обратимым процессом. Поэтому, когда измеряемый газовый образец содержит водород, кислород или достаточное количество водорода и кислорода, баланс смещается влево, водород и кислород, образовавшиеся в результате электролиза, объединяются, образуя воду, после чего происходит вторичный электролиз, в результате чего значение общего тока электролиза увеличивается, то есть происходит «водородный эффект» и «кислородный эффект», или «композитный эффект». Эксперимент показывает, что показания для этого типа газа выше на несколько-десять ppmv при использовании прибора для измерения содержания воды в этом газе, но отклонение концентрации реакции происходит на фоновом значении, поэтому его можно вычесть.
1.2.2
Структура
Прибор состоит из двух частей: системы газопровода и контура; система газопровода в основном включает электролитическую ячейку и часть управления газопроводом.
1.2.2.1
Батарея
В стеклянной трубке два платиновых электрода намотаны в виде двойной спирали, а между электродами равномерно нанесена пленка пентоксида фосфора в качестве гигроскопического агента. При заданных условиях измерения внутренняя структура намотки обеспечивает поглощение и электролиз всей воды, поступающей в резервуар. Стеклянная стенка резервуара способствует равномерному нанесению покрытия из пентоксида фосфора. Поскольку платина обладает функцией генерации водорода и кислорода, особенно богатого водородом газа, для последующей реакции с образованием воды, некоторые компании используют родий вместо платины.
В случае сухого покрытия из пентоксида фосфора, при подаче «абсолютно сухого» образца газа и приложении соответствующего постоянного напряжения к электроду, в цепи генерируется небольшое фоновое значение тока. Значение фонового тока зависит только от структуры ячейки, состояния покрытия, температуры и типа образца, но не от содержания воды в образце. Поскольку фоновое значение всегда можно добавить к электролитическому току влаги, содержащейся в образце газа, при измерении следует вычитать из показаний прибора фактическое содержание влаги в среде.
1.2.2.2
Пневматическая система управления
Пневматическая система состоит из регулирующего клапана, электролитической ячейки, клапана регулирования расхода, расходомера и осушителя. Управление потоком воздуха осуществляется с помощью регулирующего клапана.
1.2.3
Меры предосторожности при применении
Из формулы следует, что результаты измерения, а именно влажность газа в мкл/л (ppmv), рассчитываются в соответствии с потоком газа и электролитическим током, поэтому поток газа должен точно контролироваться и измеряться. В таких приборах обычно используется поплавковый расходомер, калибровка которого производится при температуре 20 °C и давлении 1 атм с использованием воздуха. Если условия эксплуатации не являются стандартными, например, при другой температуре и давлении, или измеряемый газ не является воздухом, необходимо повторно откалибровать измеряемый газ или скорректировать его с помощью поправочного коэффициента.
1.2.4
Приложение
Диапазон измерений составляет от нескольких мкл/л (ppmV) до 2000 мкл/л (ppmV), а точность составляет 5% от показания или 1% от полного диапазона. Изобретение может быть использовано для множества инертных газов, некоторых органических и неорганических газов, которые не реагируют с P2O5. Примеры включают воздух, азот, водород, кислород, аргон, гелий, неон, оксид углерода, диоксид углерода, гексафторид серы, метан, этан, пропан, бутан, природный газ и некоторые фреоновые газы. Оно не может быть использовано для некоторых коррозионных газов и газов, которые могут реагировать с P2O5, таких как этанол, некоторые кислые газы, ненасыщенные углеводородные газы.
1.2.5
Плюсы и минусы
Преимущества: Абсолютное измерение, стабильность, отсутствие дрейфа.
Недостаток: Срок службы батареи ограничен, и её необходимо регенерировать. Высокая и низкая влажность (<1 ppmv) сокращают срок её службы. Медленная реакция при низкой влажности. Высокая потребность в скорости потока газа. Не может использоваться в некоторых коррозионных газах и газах, реагирующих с P2O5. Существуют фоновые данные.
1.3
Емкостной гигрометр на основе оксида алюминия
1.3.1
Принцип измерения, структура и область применения.
Прибор может иметь различные формы, например, портативный, работающий от батареи, с обработкой данных с помощью микропроцессора, с многопараметрическим дисплеем и т.д. Но его суть заключается в конденсаторе, в котором тонкий слой пористого оксида алюминия наносится на проводящую подложку, а затем на этот тонкий слой золота наносится слой золота. Проводящая подложка и тонкий слой золота образуют электрод конденсатора. Водяной пар поглощается пористым оксидом алюминия через тонкий слой золота, и импеданс конденсатора пропорционален количеству молекул воды, то есть давлению водяного пара. Парциальное давление влаги можно определить, измерив импеданс или емкость конденсатора, а значение точки росы можно получить путем преобразования.
Тонкий слой оксида алюминия, расположенный между алюминиевым и золотым электродами, реагирует на воду в диапазоне давлений насыщенного пара от 10⁻³ Па (приблизительно -110 °C точки росы). Благодаря сильному сродству к воде, а также большей диэлектрической постоянной воды, такие приборы обладают высокой селективностью к воде, но не реагируют на другие распространенные газы, органические газы и жидкости.
Точность измерения составляет ±1–±2°C в диапазоне средней и высокой влажности и ±2–±3°C в диапазоне низкой влажности, например, -100°C. Датчик не реагирует на углеводородные газы, CO, CO2 и газы, содержащие ГХФУ, но дрейф показаний в зависимости от газа различен. Некоторые коррозионные газы, такие как аммиак, SO3 и хлор, могут повредить датчик, поэтому их следует по возможности избегать.
1.3.2
Меры предосторожности при применении
Обычно диапазон измерений для таких приборов составляет от -110°C до +20°C. При более высокой точке росы прибор будет демонстрировать больший дрейф показаний. Также следует обратить внимание на температурный коэффициент. Поскольку он реагирует на парциальное давление водяного пара, необходимо учитывать изменение полного давления газа при измерении.
Это позволяет избежать загрязнения пылью и маслом, а также обеспечивает более высокую скорость потока газа, составляющую 3–5 л/мин или даже больше.
1.3.3
Плюсы и минусы
Преимущества: Изобретение обладает широким диапазоном отклика, от 1 мкл/л (ppmv) до 80% относительной влажности, может быть установлено дистанционно, может использоваться в полевых условиях, отличается относительной стабильностью, быстрым откликом, малым температурным коэффициентом, не зависит от изменения скорости потока, обладает высокой селективностью к воде, может использоваться в широком диапазоне температур и давлений, требует минимального ежедневного обслуживания и имеет малый объем.
Недостаток: Метод представляет собой косвенное измерение, работающее при более высоких температурах или в некоторых газах, вызывающих дрейф, подверженное воздействию коррозионных газов, и требует периодической калибровки для преодоления старения, гистерезиса и загрязнения. Поскольку значение отклика нелинейно, каждый датчик нуждается в калибровке и не может использоваться универсально.
1.4
Тонкопленочный емкостной гигрометр
1.4.1
Принцип измерения, структура и область применения.
Используется пленка из полиаминной соли или полимера ацетата целлюлозы, нанесенная на два проводящих электрода. Диэлектрическая постоянная между двумя электродами может изменяться при поглощении или потере воды пленкой. Существует также технология использования термореактивных полимеров, устойчивых к высоким температурам, что позволяет проводить непрерывные измерения с помощью таких датчиков при температурах выше 100°C. Сейчас я использую высокомолекулярные пленки, такие как Visala.
1. Основная функция заключается в поддержке других частей датчика.
2. Один из электродов изготовлен из проводящего материала.
3. Тонкопленочный слой. Он является сердцем датчика, количество воды, поглощаемой пленкой, зависит от относительной влажности окружающей среды. Толщина пленки составляет 1-10 мкм.
4. Верхний электрод также играет важную роль в работе датчика. Для быстрого отклика необходима более высокая водопроницаемость. Кроме того, это проводящий материал.
5. Контактная площадка для верхнего электрода. Поскольку существует множество ограничений на конструкцию верхнего электрода, для обеспечения хорошего контакта необходим отдельный металлический элемент.
Диапазон измерений широк, от -50°C до 100°C (точка росы). Датчик может использоваться в широком диапазоне температур, иногда без температурной компенсации. Термостойкие термореактивные смолы позволяют проводить непрерывные измерения таких емкостных датчиков влажности при температурах до 185°C, при этом максимальная используемая температура зависит от материала корпуса датчика. Еще одним преимуществом датчиков на основе термореактивных смол является малый температурный коэффициент в диапазоне температур от -50°C до 100°C, что позволяет легко проводить измерения в широком диапазоне.
Все датчики относительной влажности чувствительны к температуре и, если калибровка производится при одной температуре, при использовании при другой температуре будут возникать ошибки. Одним из преимуществ полимерных датчиков является меньшая зависимость от температуры, то есть меньшие температурные коэффициенты. Поэтому, если рабочая температура отличается от температуры калибровки, ошибка невелика. Электронная температурная компенсация необходима при использовании на предельной температуре или при высокой точности. При диапазоне температур менее 50 °C температурная компенсация легко осуществима. При более широком диапазоне температур компенсация становится затруднительной. Однако точность современных полимерных датчиков может достигать ±1% относительной влажности в узком диапазоне и ±3% относительной влажности в широком диапазоне температур и влажности. После некоторого периода использования или загрязнения требуется повторная калибровка.
1.4.2
Плюсы и минусы
Преимущества: Система обладает такими преимуществами, как быстрое реагирование, широкий диапазон измерения температуры и влажности, хорошая линейность, малый гистерезис, хорошая стабильность и воспроизводимость, низкий температурный коэффициент и низкая стоимость.
Недостаток: Практически отсутствует.
1.5
Гигрометр резистивного типа
1.5.1
Принцип измерения и структура
В качестве матрицы для чувствительного материала используется полимерный раствор четвертичной аммониевой соли, а функциональная группа реагирует с полимерной смолой, образуя термореактивную смолу с трехмерной структурой и хорошей стабильностью. Изменение относительной влажности может приводить к изменению сопротивления между катодом и анодом.
1.5.2
Плюсы и минусы
Он не обладает гистерезисом и старением, имеет низкий температурный коэффициент, низкую стоимость и низкое энергопотребление. Диапазон рабочих температур составляет от -10°C до 80°C, повторяемость лучше, чем 0,5% относительной влажности, точность выше, обычно ±2% относительной влажности, в очень узком диапазоне может достигать ±1% относительной влажности.
Недостаток: Это косвенный измерительный прибор, требующий периодической калибровки, и он не подходит для измерения уровня некоторых загрязняющих веществ. При использовании в широком диапазоне температур требуется температурная компенсация. Он более чувствителен к загрязняющим веществам, чем емкостной датчик. Он не подходит для низкой влажности, чувствительность снижается при относительной влажности менее 15%, но он сохраняет хорошие характеристики при относительной влажности, близкой к 100%, однако конденсация иногда повреждает датчик.
Некоторые загрязняющие вещества оказывают значительное влияние на резистивный датчик, а другие — на емкостной. Поэтому при выборе датчика основное внимание уделяется природе загрязняющих веществ.
1.6
Механический гигрометр
1.6.1
Принцип измерения и структура
Длина органических полимерных материалов, таких как волосы, кишечная мембрана, нейлон и полиимид, изменяется в зависимости от относительной влажности. Механический гигрометр использует это свойство для создания из указанного материала линейных полосообразных элементов, чувствительных к влажности, или нанесения покрытия на эластичный материал с последующим сворачиванием в свободный проволочный элемент, чувствительный к влажности. Затем, с помощью механического усилительного устройства, изменение геометрической величины, вызванное изменением влажности, отображается стрелкой или записывается регистрирующим пером, тем самым непосредственно указывая относительную влажность. Изобретение подходит для измерения температуры и влажности в помещениях, таких как лаборатории, компьютерные залы, склады и заводские здания.
1.6.2
Плюсы и минусы
Преимущества: низкая стоимость, нечувствительность к большинству загрязняющих веществ, отсутствие энергопотребления и постоянная запись.
Недостатки: дрейф показаний, потеря чувствительности при длительном использовании при определенной влажности, невозможно использование при температуре ниже 0°C, медленная реакция, транспортировка или вибрация ухудшают характеристики.
1.7
Влагомер с сухим и влажным шариком
1.7.1
Принцип
Сухой-влажный шаровой гигрометр состоит из двух термометров с одинаковыми характеристиками. Один называется сухим шаровым термометром, в котором температурный пузырек находится в измеряемом газе для измерения температуры окружающей среды, а показание обозначается как Ta (ta). Другой — влажный шаровой термометр, обернутый специальной марлевой оболочкой для поддержания влажности. Когда воздух вокруг влажного шара находится в ненасыщенном состоянии, влага на марлевой оболочке шара непрерывно испаряется, поскольку испаряющаяся влага поглощает тепло, поэтому температура влажного шара снижается, а его показание обозначается как Tw (tw). Скорость испарения влаги из влажного шара связана с содержанием влаги в окружающем газе. Чем ниже влажность газа, тем быстрее испарение влаги и тем ниже температура влажного шара, и наоборот. После получения точных значений температуры сухого и влажного шаров, значение влажности рассчитывается с помощью уравнения для влажных шаров.
Благодаря своей простоте и низкой стоимости, шаровые гигрометры сухого и влажного типа были наиболее распространенным типом в течение значительного периода времени в прошлом.
A humidity meter with good design and maintenance, in the temperature range of 5°C~80°C, if the temperature accuracy is ±0.2°C, the relative humidity accuracy is about ±3%RH. The accuracy of this principle is dependent on the accuracy of the thermometer. Platinum resistance thermometers are often used for some precise measurements. In general, the dry-wet ball hygrometer is a basic measurement method. If the calibrated thermometer is used and the operation is correct, such as the Assmann hygrometer, accurate, reliable and repeatable measurement results can be obtained. So in the past, this hygrometer was often used as a standard. However, many operators, especially in the industrial field, do not have enough energy and time, so the results are not accurate and unreliable. At present, the wet and dry spherical hygrometer is gradually replaced by modern instruments.
1.7.2
Pros and cons
Benefits: When the relative humidity is close to 100%RH, a higher accuracy can be obtained. Although there will be errors if the wet ball thermometer is polluted or used improperly, the maintenance cost is very low because of the simple device. The invention can be used in the situation that the room temperature is higher than 100°C, which is the basic measurement, the stability is good, the stability is simple, the cost is low.
Disadvantage: Some techniques are needed to obtain accurate measurements and calculations are needed to obtain the final results. A large number of gas samples are required, and the gas samples may be humidified by a wet gauze. When the relative humidity of the measured gas is lower than 15%RH, it is very difficult to reduce the temperature of the wet ball. When the temperature of wet ball is lower than 0°C, it is difficult to obtain reliable results. The volume cannot be too small because water is constantly supplied to the wet ball thermometer. Because dust, oil or other pollutants can pollute the gauze, or the water flow is insufficient, the temperature of the wet ball is higher, and the result of relative humidity is higher. In addition, the factors that affect the results are temperature measurement error, wind speed, radiation error and so on. When the temperature difference of dry and wet ball is 0.1°C at 20°C, the relative humidity error is 1%RH.
