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露点仪校准时系统压力变化对测量结果的影响

添加时间:2017年02月28日 15:45   浏览:人次   文章来源:未知

 露点仪广泛应用于航空、航天、石化、电力等部门和领域,是现代湿度测量中普遍采用的仪器,在工业过程控制和实验室的湿度测量中起着相当重要的作用。
  本文所讨论的露点仪主要是镜面式原理的和阻容式原理的露点仪,这两种露点仪是气体湿度测量比较常用的仪器,为了保证其在实际工作中准确测量,需要定期送计量部门进行检定或校准。
  在计量部门实验室的日常检定/校准过程中,气路系统压力的变化是我们必需要考虑的一个重要因素,否则就会得出错误的测量结果。那么压力的变化是否会对测量结果有影响呢,下面就针对以上两种原理的露点仪就这一问题从理论上做一个简单说明。
  本文讨论的气体为二元混合体,湿空气与干空气或某一种气体,且视为理想气体。下面以空气二元混合体为例。
  1. 镜面式露点仪
  镜面式露点仪测量原理是:当一定体积的湿空气在恒定的总压力下被均匀降温时,在冷却过程中,气体和水汽两者的分压力保持不变,直到空气中的水汽达到饱和状态,该状态所对应的温度就是湿空气的露点温度。
  对于混合比为r的湿空气:

其中:m ——给定的湿空气样品中水汽质量
  m ——与质量为m 的水汽共存的干空气质量
  Mw ——水的分子量18.0153
  Ma ——空气的表观分子量28.9630
  P —— 空气的总压力
  e —— 湿空气的水蒸汽分压
  由(1)得(2)
由(2)式可知,当湿空气的混合比一定时,其水蒸汽分压e与空气总压力p成正比关系,即,压力p越高,则e越高,对应的水蒸汽饱和温度就高,即湿气的露点温度就高,反之亦然。举例说明如下:
  当混合比r = 0.001时,可由(2)式计算得出对应的常压下湿空气的水蒸汽分压:

 查“Wexler的0 ~ -100℃纯冰平面上的饱和水汽压”表得对应的常压露点值为:T = -15.3℃
  若气路系统的压力P 因某种原因变为2倍大气压,即:P' =2P则此时:
  e' =160.5×2=321Pa
  对应的压力露点值为:
由以上计算可以看出,当系统压力变化一倍时,混合比为0.001的湿气的露点变化7.7℃。
  因此,我们在日常检定/校准过程中,在被测露点仪气路系统连接时要特别注意连接方式,如果造成气阻,导致系统压力的变化,就会严重影响露点测量的结果。
 通常情况下,为提高工作效率,需要对多台露点仪同时进行检定/校准,一般我们采用并联方式将露点仪接入气路系统,在气体进入露点仪前用针阀进行流量控制。并且出气口用2米以上的管线通入大气,避免大气中水汽反渗透。
  另外,对于一些本身带流量控制阀的露点仪,在检定/校准过程中要使控制阀完全打开,避免因控制阀憋压导致该台仪器进气压力的变化,影响其测量结果。
  露点仪连接如下图:

 2. 阻容式露点仪
  阻容式露点仪的测量原理是根据湿敏元件对含湿物质中水的吸附导致其电阻或电容发生变化,根据电阻或电容的变化量计算物质的含水量。通常我们用体积比(或重量比)来表示其含水量。
  我们还是以空气二元混合体为例进行说明。
  体积比:

  其中 V v——湿空气的体积
  Va ——干空气的体积

  实际湿度测量中经常用水汽的体积和与之共存的干空气的体积之比,即:

 由(4)可知,当混合比r不变时,ppMy 的值是一定的,因此,在压力变化的情况下,ppMy 是不变的。由此可知,阻容式原理的露点仪是不受系统压力变化影响的。
  因此,对于阻容式露点仪,在校准过程中,我们可以不用过多考虑系统压力变化对测量结果的影响,为了提高工作效率,对于多台仪器同时校准时,一般我们可以采用串联的方式连接到气路系统中,并且出气口用2米以上的管线通入大气,避免空气倒流进入气路系统而影响测量结果。
  以上讨论只适用于实验室检定/校准过程中压力不太高的情况,在实际工业生产过程中,遇到超高压的湿度测量时,情况就大不相同了。


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