Çeşitli nem çiğ noktası ölçüm yöntemlerinin avantaj ve dezavantajlarının analizi
test prensibi
Nem ölçüm cihazları soğuk ayna tipi, tam emici elektroliz tipi, Al2O3 kapasitif tipi, ince film kapasitif tipi, direnç tipi, kuru ıslak top tipi ve mekanik tip olmak üzere çeşitli tiplere ayrılabilir. Bunlardan tam emici elektrolitik mikro su ölçer ve Al2O3 kapasitif çiğ noktası ölçer genellikle düşük nem aralığının ölçümü için kullanılırken, direnç tipi, kuru ıslak top ve mekanik nem ölçer sadece bağıl nemin ölçümü için kullanılabilir. Soğuk ayna tipi ve ince film kapasitif tipi (Vaisala'nın patentli) nem ölçer ise sadece düşük nemin değil, orta ve yüksek nemin, yani bağıl nemin ölçümü için de kullanılabilir. Yukarıda belirtilen cihazların kendi avantaj ve dezavantajları vardır. Bunlardan soğuk ayna çiğ noktası ölçer en doğru, en güvenilir ve en temel ölçüm yöntemidir ve standart iletimde yaygın olarak kullanılır, ancak dezavantajı nispeten pahalı olması ve deneyimli operatör ve bakım gerektirmesidir.
1.1
Soğuk ayna çiğ noktası ölçer
1.1.1
Ölçü ilkesi
Ölçülen nem, çiğ noktası ölçüm odasına girdiğinde, soğuk ayna yüzeyi üzerinden geçer; ayna yüzeyinin sıcaklığı nemin çiğ noktası sıcaklığından yüksek olduğunda, ayna yüzeyi kuru haldedir; bu sırada, fotoelektrik pozlama cihazındaki ışık kaynağından yayılan ışık neredeyse ayna yüzeyinden yansır, fotoelektrik sensör bunu algılar ve fotoelektrik sinyali üretir ve kontrol devresi bunu karşılaştırır, yükseltir ve ayna yüzeyini soğutmak için termoelektrik pompayı çalıştırır. Ayna yüzeyinin sıcaklığı nemin çiğ noktası sıcaklığına düştüğünde, yüzeyde çiğ (donma) oluşmaya başlar, ışık ayna yüzeyinde dağınık bir yansıma gösterir, fotoelektrik sensör tarafından indüklenen yansıma sinyali zayıflar, değişim kontrol döngüsü tarafından karşılaştırılır, yükseltilir, soğutma gücünü uygun şekilde azaltmak için termoelektrik pompa ayarlanır ve son olarak, ayna yüzeyinin sıcaklığı numune gazının çiğ noktası sıcaklığında tutulur. Ayna sıcaklığı, soğuk ayna yüzeyinin alt kısmına yakın bir platin dirençli sıcaklık sensörü tarafından ölçülür ve gösterge penceresinde görüntülenir.
Şu anda, GE, Edgetech, İsviçreli MBW gibi soğuk aynalı çiğ noktası ölçer üreten dünya şirketlerinin tamamı bu prensibi benimsemektedir. İngiliz MICHELL çift optik yol algılama sistemini kullanmaktadır, yani yansıma ışığı ve saçılma ışığı aynı anda algılanmaktadır. Finlandiyalı Vaisala ise algılama sistemi olarak akustik dalga kullanmaktadır.
Ölçüm işlemi sırasında, ölçülen gazdaki su buharı, sıcaklığın düşmesiyle doyma durumuna yaklaşır. Yerçekimi etkisiyle, su molekülleri ayna yüzeyine yapışarak ince bir su filmi oluşturur. Bu, çiğ oluşumunun ilk aşamasıdır. Ayna sıcaklığı düşmeye devam ettikçe, su filminin kalınlığı kademeli olarak artar; bu da çiğ oluşumunun ikinci aşamasıdır. Bu aşamada, su moleküllerinin yerçekimi kuvveti ile su filminin yüzey gerilimi arasındaki kuvvet zıtlığı değişir ve ikincisinin etkisi giderek baskın hale gelir. Bu sırada, ayna yüzeyindeki küçük çizikler gibi soğutma yüzeyindeki herhangi bir kararsız faktör, su filminin damlacıklara yoğunlaşmasına neden olur. Ayna sıcaklığının daha da düşmesiyle, çiğ damlaları görünmeye başlar. Mikroskop aracılığıyla, çiğ damlalarının izole büyümesini ve düzensiz dağılımını görebiliriz ve ardından çiğ tabakası yüzeyde çok hızlı bir şekilde yayılır. Bu sırada, sıvı-buhar dengesinin başladığını, yani çiğ noktasına ulaşıldığını düşünebiliriz.
1.1.2
Yapı
1.1.2.1
Ayna
Aynanın hidrofobik, iyi ısı iletkenliğine, aşınma direncine, korozyon direncine ve iyi optik performansa sahip olması gerekir. Geçmişte ayna olarak altın kullanılırken, şimdi rodyum kullanılmaktadır.
1.1.2.2
Ayna soğutma
Geçmişte etilen eter buharlaştırma, mekanik soğutma, sıvılaştırılmış gaz veya kuru buz soğutma, basınçlı hava soğutma yöntemleri kullanılmıştır. En yaygın kullanılanı ise termoelektrik soğutma veya termoelektrik ile mekanik soğutmanın birleşimidir (çiğlenme noktası -60°C'nin altında). Bu çalışmada termoelektrik soğutma yöntemine ağırlık verilmiştir.
Termoelektrik soğutma, yarı iletken soğutma olarak da bilinir ve Peltier soğutma olarak adlandırılır. Prensip, iki farklı metalden oluşan bir nanoparçacık (NP) elemanından doğru akım (DC) geçtiğinde, ısı bir metalden diğerine aktarılır; bu da termokupl sıcaklık ölçümünün tam tersidir. Bu nedenle, Peltier'in soğuk ucu aynaya bağlanırken diğer ucu ısı dağıtım ucu olarak kullanıldığında, ayna soğutulabilir. Farklı düşük sıcaklıklar elde etmek için çok seviyeli bir süperpozisyon yöntemi benimsenebilir. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki GE şirketinin verdiği verilere göre, genel olarak, oda sıcaklığı 25°C ise, soğuk ve soğuk uç arasındaki sıcaklık farkı 55°C'ye, 75°C'ye, 105°C'ye ve beşinci soğutma seviyesinde 120°C'ye ulaşabilir. Farklı şirketlerin soğutma kapasiteleri biraz farklılık gösterebilir. Sıcak uçtaki sıcaklık ne kadar yüksekse, soğutma verimliliği de o kadar yüksek olur ve sıcak uçtaki sıcaklık farkı da o kadar büyük olur. Soğuk uçtaki sıcaklığı düşürmek için genellikle hava soğutma, su soğutma ve mekanik soğutma kullanılır. Ancak sınırsız bir düşüş mümkün değildir. Çiğ noktası higrometresinin soğutma kapasitesinin ölçüm aralığını temsil etmediğini belirtmek önemlidir. Çiğ noktası higrometresinin ölçüm aralığının tanımı, ayna yüzeyindeki sıcaklığın elde edilebildiği ve çiğ veya don tabakasının belirli bir kalınlığa sahip olduğu durumlarda ayna yüzeyindeki sıcaklığın elde edilebildiği aralıktır. Bu nedenle, genel çiğ/don noktası altında, çiğ noktası higrometresinin ölçüm aralığı genellikle soğutma kapasitesinden 5°C daha yüksektir ve düşük don noktası altında ise genellikle 10°C~12°C daha yüksektir. Örneğin, İsviçre'deki MBW Şirketi tarafından üretilen DP19 çiğ noktası ölçüm cihazının, oda sıcaklığı 10°C olduğunda en düşük ölçüm aralığı -60°C, oda sıcaklığı 20°C olduğunda en düşük ölçüm aralığı -55°C, oda sıcaklığı 35°C olduğunda ise en düşük ölçüm aralığı -45°C'dir. Hidrojen ve helyumun yüksek ısı iletkenliği nedeniyle, ölçüm aralığı birkaç derece azalacaktır. Ölçülen gazın basıncı arttığında, ölçüm aralığı da azalacaktır. Hava ve azot için, normalden yüksek basınç koşullarında, her ek atmosferik basınç için ölçüm aralığı yaklaşık 0,67°C azalacaktır.
1.1.2.3
Sıcaklık ölçüm cihazı
Günümüzde sıcaklık ölçümünde çoğunlukla dört telli platin dirençler kullanılmaktadır. Platin dirençli sıcaklık algılama elemanının direnç değeri ve sıcaklığı, oldukça geniş bir sıcaklık aralığında doğrusal bir ilişkiye yakındır, hassasiyeti yüksektir, kararlılığı iyidir, çıkış sinyali güçlüdür ve dijital ekranı kullanışlıdır.
1.1.2.4
Algılama sistemi
Şu anda, Finlandiya'daki Vaisala Şirketi tarafından yakın zamanda geliştirilen ve ölçüm için ses dalgası prensibini kullanan soğuk aynalı çiğ noktası ölçer dışında, diğerlerinin tamamı ölçüm ve kontrol için fotoelektrik dedektör kullanmaktadır. Fotoelektrik algılama teknolojisi birkaç on yıldır kullanılmaktadır ve olgunlaşmıştır. Ancak dezavantajı, aşırı soğutulmuş suyu donmuş sudan ayırt edememesidir.
1.1.3
Kullanım önlemleri
1.1.3.1
Aşırı soğutulmuş su ve don
0-20°C aralığında, ayna yüzeyinde kolayca aşırı soğutulmuş su oluşur. Buz yüzeyindeki ve su yüzeyindeki doymuş buhar basıncı farklı olduğundan, ayna yüzeyinde aşırı soğutulmuş su oluşursa, ölçülen değer donma noktasından daha düşük olur ve sıcaklık farklıdır. Örneğin, donma noktası -10°C olduğunda, karşılık gelen aşırı soğutulmuş su sıcaklığı -11,23°C'dir. Bu nedenle bu sıcaklıkta çok dikkatli olunmalıdır. Cihazda endoskop varsa, endoskop ile gözlem ve ayrım yapılabilir. Şu anda çoğu cihazda test fonksiyonu, yani minimum soğutma kapasitesini test etme fonksiyonu bulunmaktadır. Bu durumda, aynanın sıcaklığını -20°C'nin altına düşürmek, aynada buzlanmayı sağlamak ve ardından resmi bir ölçüm yapmak için test fonksiyonunu kullanabiliriz.
1.1.3.2
Kelvin etkisi
Yüzeydeki doymuş su buharı basıncı, düzlemdekinden farklıdır. Metal yüzeye maruz kaldığında, yüzey gerilimi etkisi nedeniyle denge su buharı basıncı, yani kavisli su yüzeyindeki doymuş su buharı basıncı artar; bu etki Kelvin etkisi olarak bilinir. Kelvin etkisi nedeniyle, elde edilen çiğ noktası sıcaklığı, gerçekte ölçülen gazın çiğ noktası sıcaklığından daha düşüktür.
1.1.3.2
Raoul etkisi
Bu, aynada suda çözünebilen madde bulunduğunda sistemin denge su buharı basıncının saf suyun doymuş su buharı basıncından daha düşük olduğu anlamına gelir. Bu suda çözünebilen maddeler aynaya özgü olabilir veya ölçülen gazda bulunabilir. Raoul yasasına göre, denge su buharı basıncındaki azalma çözelti konsantrasyonuyla orantılıdır; bu nedenle ölçülen gazın çiğlenme noktası sıcaklığına ulaşmadan önce erken yoğunlaşma meydana gelir.
Kelvin etkisi, Raoul etkisinin tam tersidir, bu nedenle bir miktar telafi edici etkiye sahiptir. Bununla birlikte, çiğ noktası ölçümünde, Raoul etkisi Kelvin etkisinden daha önemlidir, çünkü suda çözünen maddeler aynada ve ölçülen gazda kaçınılmaz olarak az ya da çok bulunur ve gazdaki safsızlıklar bazen aynadaki suda çözünmeyen maddelerle kimyasal veya fotokimyasal reaksiyona girerek çözünebilir maddelere dönüşebilir. Bu durum, endüstriyel proses gazlarının nem ölçümünde daha belirgindir. Bu nedenle, uygun bir filtre cihazı kullanılarak gazdaki katı parçacıkların uzaklaştırılması ve ayna yüzeyinde kalan çözünebilir maddelerin tekrarlanan çiğ yoğunlaştırma ve çiğ giderme işlemleriyle daha da uzaklaştırılması gereklidir; bu yöntem yaygın olarak kullanılmaktadır.
Pratik çalışmalarda, yüzeyin açığa çıkmaya başladığı zamanlarda aynanın yüzeyinin düzgün olmadığını, aynanın belirli bir bölgesinde her zaman bir tabaka oluştuğunu sıklıkla görüyoruz. Bunun nedeni genellikle aynadaki çiziklerdir; çünkü bu kusurlu bölgelerde, bir yandan artık malzemeyi çıkarmak zor olurken, diğer yandan köşe kusurları "açığa çıkan çekirdek" görevi görerek açığa çıkma sürecini hızlandırır. Bu nedenle, özellikle ayna temizliği sırasında, aynaya mekanik hasar vermemek için dikkatli olmak gerekir.
1.1.3.3
Ayna kirliliği
Bunlardan biri Raoul etkisi, diğeri ise aynasal arka plan saçılım seviyesinin değişmesidir. Raoul etkisi esas olarak suda çözünebilen maddelerden kaynaklanır. Ölçülen gazdaki madde (genellikle çözünebilen tuzlar) önceden yoğuşmaya neden olursa, aynada bu durum ölçüm sonuçlarında pozitif sapmaya yol açar. Toz gibi suda çözünmeyen parçacıklar söz konusu olduğunda ise arka plan saçılım seviyesi artar ve fotoelektrik yoğuşma noktası ölçüm cihazının sıfır kayması meydana gelir.
1.1.3.4
Örnekleme kanalı
Atmosferdeki su içeriği çok yüksek olduğundan ve su molekülü polar bir molekül olduğundan, boru hattının iç duvarına veya boru hattından kolayca emilir. Bu nedenle, ölçüm sırasında gaz yolu sistemi iyi bir şekilde sızdırmaz hale getirilmelidir; boru duvarının kalınlığı en az 1 mm olmalıdır, böylece dış ortamdan su sızması önlenir. Ölçüm ortamının sıcaklığı büyük ölçüde değişirse, boru hattının sızdırmazlığı tekrar kontrol edilmelidir.
Ölçülen gaz doğrudan atmosfere boşaltılıyorsa, suyun ölçüm sistemine difüzyonu sorunu dikkate alınmalıdır. En yaygın kullanılan yöntem, egzoz portuna uygun uzunlukta bir boru bağlamaktır. Borunun uzunluğu ve çapı, ölçüm odasının basıncını etkilememesi prensibine dayanmaktadır.
Örnekleme boru hattı mümkün olduğunca kısa olmalı, bağlantı noktası sayısı azaltılmalı ve arka plandaki suyun etkisini en aza indirmek için "ölü alan"dan kaçınılmalıdır.
Örnekleme boru hattı ve ölçüm boşluğu duvarı temiz, pürüzsüz ve hidrofobik malzeme seçilmiştir. Şekil 2-2, doygun adsorpsiyon durumunda kuru gaza maruz kaldıklarında çeşitli malzemelerin desorpsiyon-zaman eğrisini göstermektedir. Deneysel sonuçlardan, malzeme seçiminde şu sırayı elde edebiliriz: paslanmaz çelik, PTFE, bakır, polietilen ve en kötüsü naylon ve kauçuk borular, düşük donma noktası ölçümlerinde kullanılmamalıdır. Ayrıca, düşük donma noktası ölçümünde iç kısmı cilalı paslanmaz çelik boru kullanılsa da, borunun dış çapı 6 mm veya 1/4 inç olmalıdır.
Yüksek çiğlenme noktasını ölçerken, boru hattında su buharının yoğunlaşmasını önlemek için çiğlenme noktasının ortam sıcaklığı olan 3°C'den düşük olmasına dikkat etmeliyiz.
Çiğ noktası higrometresi nemi ölçerken, akış aralığı 0,25 L/dak ile 1 L/dak arasındadır. Bu aralıkta, akış hızındaki değişiklik ölçüm sonuçlarını etkilemez.
Örnekleme ikiye ayrılabilir: Birincisi basınçlı örnekleme; farklı örnekleme yöntemlerine göre basınç ölçümü ve atmosferik basınç ölçümü olarak ikiye ayrılır. Sırasıyla Şekil 2-3 ve 2-4'e bakınız. Diğeri ise atmosferik basınçta ölçümdür, yani örnek pompa ile alınır. Bu durumda, farklı örnekleme yöntemleri nedeniyle genellikle yapay pozitif ve negatif basınç oluşur. Şekil 2-5'te gösterilen şekilde örnekleme yapılırsa, çiğ noktası ölçer basınç altında ölçülürse, ölçüm sonuçlarına pozitif hata gelir. Pompa ve debimetre yer değiştirirse, çiğ noktası ölçer negatif basınç altında ölçülürse, ölçüme negatif hata gelir. Doğru örnekleme yöntemi Şekil 2-6'da gösterilmiştir.
1.1.4
Başvuru
Çiğ noktası higrometresinin ölçüm aralığı geniştir. Şu anda, İsviçre'nin MBW Şirketi tarafından geliştirilen bir dizi çiğ noktası higrometresinin ölçüm aralığı -95°C~70°C'ye ulaşmıştır ve bu da ölçüm gereksinimlerinin çoğunu karşılayabilmektedir.
1.1.5
Artıları ve eksileri
Avantajları: Temel bir ölçüm yöntemidir, doğru ölçüm yapar ve cihaz stabildir, sapma göstermez. En yüksek doğruluk oranına sahip cihaz ±0,1°C'ye ulaşabilir.
Dezavantajları: Yüksek fiyat, yüksek operatör gereksinimleri ve bakım ihtiyacı. Kirleticilere karşı hassas. Bazen -20°C~0°C aralığında aşırı soğutulmuş su bulunur, bu nedenle aşırı soğutulmuş suyu donmuş sudan ayırt etmeye özellikle dikkat edilmelidir.
1.2
Tam absorbsiyon elektrolizi için mikro su sayacı
1.2.1
Ölçü ilkesi
Sürekli örnekleme yöntemiyle, gaz örneği özel bir yapıya sahip elektrolitik hücreden geçirilir; bu hücredeki nem, higroskopik bir madde olarak fosfor pentoksit tabakası tarafından emilir ve elektroliz yoluyla hidrojen ve oksijene dönüştürülür, böylece fosfor pentoksit yeniden üretilir. Reaksiyon süreci şu şekilde ifade edilebilir:
P2O5+H2O=2HPO3
2HPO3=H2+1/2O2+P2O5
(1), (2) birleştirildiğinde şunları elde edecektir:
2H2O=2H2+O2
Emilim ve elektroliz dengelendiğinde, elektroliz hücresine giren su, fosfor pentoksit film tabakası tarafından emilir ve elektrolize edilir. Ortam sıcaklığı, ortam basıncı ve gaz akışı biliniyorsa, Faraday'ın elektroliz yasası ve gaz yasasına göre suyun elektroliz akımı ile gaz numunesinin su içeriği arasındaki ilişki çıkarılabilir:
Formül olarak:
Suyun elektrolitik akımı, μA;
Gaz numunesinin su içeriği, μL/L (yani hacim oranı)
Gaz akışı, ml/dak.
Çevresel baskı, Pa;
Ortamın mutlak sıcaklığı, k;
Yukarıdaki formülden de görülebileceği gibi, elektrolitik akımın büyüklüğü gaz numunesindeki su içeriğiyle orantılıdır; bu nedenle gaz numunesindeki su içeriği, suyun elektrolitik akımı ölçülerek belirlenebilir. Standart atmosfer basıncı ve 20 °C koşullarında, ideal bir gaz, elektrolitik hücreden 100 ml/dakika akış hızında akar. Gaz numunesinin su içeriği 1 μL/L (ppmv) olduğunda, elektrolitik akım formülden 13,4 μA olarak hesaplanır. Bu tür cihazlar genellikle ppmv birimini kullanır ve gaz numunesindeki nem içeriğinin ppmv değerini doğrudan okuyabilir.
Platin elektrotun katalitik etkisi nedeniyle, su elektroliz reaksiyonu tersinir bir süreçtir; bu nedenle ölçülen gaz numunesi hidrojen, oksijen veya yeterli miktarda hidrojen ve oksijen içeriyorsa, denge sola kayar, elektrolizle üretilen hidrojen ve oksijen birleşerek su oluşturur ve ardından ikincil elektroliz gerçekleştirilir, böylece toplam elektroliz akım değeri daha yüksek olur, yani "hidrojen etkisi" ve "oksijen etkisi" veya "bileşik etki". Deney, bu tür gazların su içeriğini ölçmek için cihaz kullanıldığında, bu tür gazların okumasının birkaç ila on ppmv daha yüksek olduğunu, ancak sapma konsantrasyon reaksiyonunun arka plan değerinde olduğunu ve bu nedenle çıkarılabileceğini göstermektedir.
1.2.2
Yapı
Cihaz, gaz yolu sistemi ve devre olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır; gaz yolu sistemi esas olarak bir elektrolitik hücre ve bir gaz yolu kontrol parçasını içermektedir.
1.2.2.1
Pil
Cam tüpün içinde, iki platin elektrot çift sarmal şeklinde sarılır ve elektrotlar arasına higroskopik madde olarak fosfor pentoksit filmi homojen bir şekilde kaplanır. Belirtilen ölçüm koşulları altında, iç sarmal yapı, havuza giren tüm suyun emilimini ve elektrolizini sağlar. Cam havuz duvarı, homojen fosfor pentoksit kaplaması için elverişlidir. Platinin hidrojen ve oksijen, özellikle hidrojen açısından zengin gaz üretme ve tekrar reaksiyona girerek su üretme işlevi olduğundan, bazı şirketler platin yerine rodyum kullanmayı tercih etmiştir.
Kuru fosfor pentoksit kaplama için, "tamamen kuru" bir gaz numunesi verildiğinde ve elektroda uygun bir DC voltaj uygulandığında, devrede küçük bir akım-arka plan değeri oluşur. Arka plan değeri yalnızca hücrenin yapısı, kaplamanın durumu, sıcaklık ve numune türü ile ilgilidir, numunenin su içeriği ile ilgili değildir. Arka plan değeri her zaman gaz numunesinde bulunan nemin elektrolitik akımına eklenebileceğinden, ölçüm yapılırken ortamın gerçek nem içeriği cihaz okumasından çıkarılmalıdır.
1.2.2.2
Pnömatik kontrol sistemi
Pnömatik sistem, kontrol vanası, elektrolitik hücre, akış düzenleme vanası, akış ölçer ve kurutucudan oluşmaktadır. Hava akış yolunun kontrolü, kontrol vanası tarafından yapılır.
1.2.3
Kullanım önlemleri
Formülden de anlaşılacağı üzere, ölçüm sonuçları, yani gazın nemi μL/L (ppmv), gaz akışı ve elektrolitik akıma göre hesaplanır; bu nedenle gaz akışının doğru bir şekilde kontrol edilmesi ve ölçülmesi gerekir. Bu tür cihazlar genellikle 20°C ve 1 atm basınç altında, kalibrasyon için hava kullanılarak çalışan şamandıralı akış ölçerler kullanır. Kullanım koşulları standart koşullar değilse, örneğin farklı bir sıcaklık ve basınçta veya ölçülen gaz hava değilse, ölçülen gazın yeniden kalibre edilmesi veya bir düzeltme faktörüne göre düzeltilmesi gerekir.
1.2.4
Başvuru
Ölçüm aralığı birkaç μL/L(ppmV) ile 2000 μL/L(ppmV) arasındadır ve doğruluk, okumanın %5'i veya tam aralığın %1'idir. Buluş, P2O5 ile reaksiyona girmeyen bazı organik ve inorganik gazlar da dahil olmak üzere çok sayıda inert gaz için kullanılabilir. Örnekler arasında hava, azot, hidrojen, oksijen, argon, helyum, neon, karbonmonoksit, karbondioksit, kükürt heksaflorür, metan, etan, propan, bütan, doğal gaz ve bazı freon gazları yer almaktadır. Bazı aşındırıcı gazlar ve P2O5 ile reaksiyona girebilen gazlar, örneğin etanol, bazı asidik gazlar, doymamış hidrokarbon gazları için kullanılamaz.
1.2.5
Artıları ve eksileri
Avantajları: Kesin ölçüm, kararlı, sapma yok.
Dezavantajları: Pilin ömrü sınırlıdır ve yenilenmesi gerekir. Hem yüksek hem de düşük nem (<1 ppmv) ömrünü kısaltır. Düşük nemde tepki süresi yavaştır. Gaz akış hızı gereksinimi yüksektir. Bazı aşındırıcı gazlarda ve P2O5 ile reaksiyona giren gazlarda kullanılamaz. Arka plan bilgisi de mevcuttur.
1.3
Alüminyum oksit kapasitif nem ölçer
1.3.1
Ölçme prensibi, yapısı ve uygulama alanı
Bu cihazın taşınabilir, pille çalışan, mikroişlemcili veri işleme, çok parametreli ekran vb. gibi çeşitli biçimleri vardır. Ancak özünde bir kapasitör bulunur; iletken bir alt tabaka üzerine ince bir gözenekli alümina tabakası kaplanır ve ardından bu ince alümina tabakasına ince bir altın tabakası uygulanır. İletken alt tabaka ve ince altın tabakası, kapasitörün elektrotunu oluşturur. Su buharı, ince altın tabakası aracılığıyla gözenekli alümina tarafından emilir ve kapasitörün empedansı, su molekülü sayısıyla, yani su buharı basıncıyla orantılıdır. Kapasitörün empedansını veya kapasitansını ölçerek nem kısmi basıncı elde edilebilir ve bu değer dönüştürülerek çiğ noktası değeri elde edilebilir.
Alüminyum ve altın elektrotlar arasında yer alan ince alüminyum oksit tabakası, 10⁻³ Pa'dan (yaklaşık -110 °C çiğ noktası) itibaren doymuş buhar basıncı aralığı boyunca suya karşı duyarlıdır. Suya olan güçlü afinitesi ve suyun daha büyük dielektrik sabiti nedeniyle, bu tür cihazlar suya karşı oldukça seçicidir, ancak diğer yaygın gazlara, organik gazlara ve sıvılara karşı duyarlı değildir.
Orta ve yüksek nem aralığında doğruluk ±1~±2°C, düşük nem aralığında ise (örneğin -100°C) ±2~±3°C'dir. Sensör, hidrokarbon gazı, CO, CO2 ve HCFC içeren gazlarla reaksiyona girmez, ancak farklı gazlara karşı sapmaları farklıdır. Amonyak, SO3 ve klor gibi bazı aşındırıcı gazlar sensöre zarar verebilir ve mümkün olduğunca kaçınılmalıdır.
1.3.2
Kullanım önlemleri
Bu tür cihazların olağan ölçüm aralığı -110°C~+20°C'dir. Çiğ noktası daha yüksek olduğunda, cihaz daha büyük bir sapma gösterecektir. Sıcaklık katsayısına da dikkat edilmelidir. Su buharının kısmi basıncına tepkisi nedeniyle, ölçüm sırasında toplam gaz basıncındaki değişime dikkat edilmelidir.
Toz ve yağ kirliliğini önleyebilir ve gaz akış hızı daha yüksektir, 3~5 (L/dak) veya daha da yüksek olabilir.
1.3.3
Artıları ve eksileri
Avantajları: Buluş, 1 μL/L (ppmv) ile %80 RH arasında geniş bir tepki aralığına sahiptir, uzaktan kurulabilir, sahada kullanılabilir, nispeten kararlı, hızlı tepki verir, küçük sıcaklık katsayısına sahiptir, akış hızı değişiminden bağımsızdır, suya karşı yüksek seçiciliğe sahiptir, geniş bir sıcaklık ve basınç aralığında kullanılabilir, günlük bakım miktarı ve hacmi azdır.
Dezavantaj: Bu yöntem dolaylı bir ölçüm yöntemidir, yüksek sıcaklıklarda veya bazı gazların etkisiyle sapmaya neden olur, aşındırıcı gazlardan etkilenir ve eskime, histerezis ve kirlenmeyi önlemek için periyodik olarak kalibre edilmesi gerekir. Tepki değeri doğrusal olmadığından, her sensörün kalibre edilmesi gerekir ve evrensel olarak kullanılamaz.
1.4
İnce film kapasitif nem ölçer
1.4.1
Ölçme prensibi, yapısı ve uygulama alanı
İki iletken elektrot üzerine kaplanmış bir poliamin tuzu veya selüloz asetat polimer film kullanılır. Film su emdiğinde veya su kaybettiğinde iki elektrot arasındaki dielektrik sabiti değiştirilebilir. Ayrıca, yüksek sıcaklıklara dayanıklı termoset polimerler kullanma tekniği de vardır; bu da bu tür sensörlerin 100°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda sürekli olarak ölçülmesine olanak tanır. Şimdi Visala gibi yüksek moleküler ağırlıklı filmler kullanıyorum.
1. Ana işlevi sensörün diğer parçalarını desteklemektir.
2. Elektrotlardan biri iletken malzemeden yapılmıştır.
3. İnce film tabakası. Sensörün kalbidir; filmin su emme miktarı, çevredeki ortamın bağıl nemiyle ilişkilidir. Filmin kalınlığı 1-10 (μm) arasındadır.
4. Üst elektrot da sensörün performansında önemli bir rol oynar. Hızlı yanıt almak için daha yüksek su geçirgenliğine sahip olması gerekir. Ayrıca iletken bir malzeme olmalıdır.
5. Üst elektrot için bir temas pedi. Üst elektrotun tasarımında birçok kısıtlama olduğundan, iyi bir temas sağlamak için ayrı bir metal gereklidir.
Ölçüm aralığı geniştir, -50°C~100°C çiğ noktası aralığındadır. Geniş bir sıcaklık aralığında, bazen sıcaklık kompanzasyonuna gerek kalmadan kullanılabilir. Yüksek sıcaklığa dayanıklı termoset reçineler, bu tür kapasitif nem sensörlerinin 185°C'ye kadar sürekli ölçüm yapmasına olanak tanır; kullanılan en yüksek sıcaklık, sensörün ambalaj malzemesine bağlıdır. Termoset reçine sensörlerinin bir diğer avantajı ise, -50°C~100°C sıcaklık aralığında sıcaklık katsayısının küçük olmasıdır, bu nedenle geniş bir aralıkta kolayca ölçülebilir.
Tüm bağıl nem sensörleri sıcaklığa duyarlıdır ve bir sıcaklıkta kalibre edildiklerinde, başka bir sıcaklıkta kullanıldıklarında hatalara neden olurlar. Polimer sensörlerin bir avantajı, daha az sıcaklık bağımlılığına, yani daha küçük sıcaklık katsayılarına sahip olmalarıdır. Bu nedenle, kullanım sıcaklığı kalibrasyon sıcaklığından farklı olduğunda hata küçüktür. Limit sıcaklıkta kullanıldığında veya doğruluk yüksek olduğunda elektronik sıcaklık kompanzasyonu gereklidir. Sıcaklık aralığı 50°C'den az olduğunda, sıcaklığı kompanze etmek kolaydır. Sıcaklık aralığı daha geniş olduğunda, sıcaklığı kompanze etmek zordur. Bununla birlikte, modern polimer sensörlerin doğruluğu dar bir aralıkta ±%1 RH'ye ve geniş bir sıcaklık ve nem aralığında ±%3 RH'ye ulaşabilir. Bir süre kullanımdan sonra veya kirlenmeden sonra yeniden kalibrasyon gereklidir.
1.4.2
Artıları ve eksileri
Avantajlar: Sistem, hızlı tepki süresi, geniş sıcaklık ve nem ölçüm aralığı, iyi doğrusallık, düşük histerezis, iyi kararlılık ve tekrarlanabilirlik, düşük sıcaklık katsayısı ve düşük maliyet gibi avantajlara sahiptir.
Dezavantajı: Neredeyse hiç yok.
1.5
Direnç tipi nem ölçer
1.5.1
Ölçme prensibi ve yapısı
Hassas malzeme, matris olarak dördüncü dereceden amonyum tuzunun polimer çözeltisini kullanır ve fonksiyonel grup, reçine polimeri ile reaksiyona girerek üç boyutlu ve üç boyutlu, iyi bir stabiliteye sahip termoset bir reçine üretir. Bağıl nemdeki değişim, katot ve anot arasındaki direncin değişmesine yol açabilir.
1.5.2
Artıları ve eksileri
Histerezis ve yaşlanma özelliği yoktur, düşük sıcaklık katsayısına, düşük maliyete ve düşük enerji tüketimine sahiptir. Sıcaklık aralığı -10°C~80°C'dir, tekrarlanabilirliği %0,5 RH'den daha iyidir, doğruluğu daha yüksektir, genellikle ±%2 RH, çok dar bir aralıkta ±%1 RH'ye ulaşabilir.
Dezavantajları: Dolaylı bir ölçüm cihazıdır, periyodik olarak kalibre edilmesi gerekir ve bazı kirleticiler için uygun değildir. Geniş bir sıcaklık aralığında kullanılıyorsa, sıcaklık kompanzasyonuna ihtiyaç duyar. Kapasitif sensöre göre kirleticilere karşı daha hassastır. Düşük nem için uygun değildir, bağıl nem %15'in altına düştüğünde hassasiyet kaybı yaşanır, ancak bağıl nem %100'e yakın olduğunda yine de iyi performans gösterir, ancak yoğuşma bazen sensöre zarar verir.
Bazı kirleticiler direnç sensörünü, bazıları ise kapasitans sensörünü büyük ölçüde etkiler. Bu nedenle, sensör seçimi esas olarak kirleticilerin niteliğine bağlıdır.
1.6
Mekanik nem ölçer
1.6.1
Ölçme prensibi ve yapısı
Saç, bağırsak zarı, naylon ve poliimid gibi organik polimer malzemelerin uzunluğu, bağıl nemle değişir. Mekanik nem ölçer, bu özelliği kullanarak yukarıdaki malzemeden doğrusal, şerit şeklinde nem algılama elemanı yapar veya elastik bir malzeme üzerine kaplama yaparak gevşek tel şeklinde nem algılama elemanı oluşturur ve daha sonra mekanik yükseltme cihazı aracılığıyla, nemdeki değişimin neden olduğu geometrik miktardaki değişim bir gösterge ile gösterilir veya bir kayıt kalemi ile kaydedilir, böylece bağıl nem doğrudan belirtilir. Bu buluş, laboratuvar, bilgisayar odası, depo ve fabrika binası gibi iç mekan ortamlarının sıcaklık ve nem ölçümü için uygundur.
1.6.2
Artıları ve eksileri
Avantajları: Ucuz, çoğu kirletici maddeye karşı hassas değil, elektrik gerektirmez ve kalıcı kayıt sağlar.
Dezavantajları: uzun süre belirli bir nem seviyesinde kullanılırsa hassasiyetini kaybeder, 0°C'nin altında kullanılamaz, tepki süresi yavaştır, taşıma veya titreşimden kaynaklanan salınımlar performansını olumsuz etkiler.
1.7
Kuru-ıslak top nem ölçer
1.7.1
Prensip
Kuru-ıslak küre higrometresi, aynı özelliklere sahip iki termometreden oluşur; bunlardan biri kuru küre termometresi olup, ölçülen gazın içine yerleştirilen sıcaklık kabarcığı ortam sıcaklığını ölçer ve gösterge değeri Ta (ta) ile ifade edilir. Diğeri ise ıslak küre termometresidir ve nemli kalması için özel olarak yapılmış bir gazlı bez örtüyle sarılmıştır. Islak kürenin etrafındaki hava doymamış haldeyken, ıslak kürenin gazlı bez örtüsündeki nem sürekli olarak buharlaşır, çünkü buharlaşan nemin ısıyı emmesi gerekir, bu nedenle ıslak kürenin sıcaklığı düşer ve gösterge değeri Tw (tw) ile ifade edilir. Islak kürenin nem buharlaşma hızı, çevredeki gazın nem içeriğiyle ilişkilidir. Gazın nemi düşük olduğunda, nem buharlaşması daha hızlı olur, ıslak kürenin sıcaklığı daha düşük olur ve bunun tersi de geçerlidir. Kuru ve ıslak kürelerin doğru sıcaklıkları elde edildikten sonra, nem değeri ıslak küre denklemi kullanılarak hesaplanır.
Basitliği ve düşük maliyeti nedeniyle, kuru-ıslak top higrometreleri geçmişte uzun bir süre en çok kullanılan higrometre türü olmuştur.
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
Artıları ve eksileri
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.
