露點濕度計的原理及測量中應(yīng)該注意的若干問題

　　露點法是一種古老的濕度測量方法，從經(jīng)典的Regnault露點儀算起，它也有一百多年的歷史了。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，露點技術(shù)臻于完善。現(xiàn)代的光電露點儀采用熱電制冷，并且可以自動補(bǔ)償零點和連續(xù)跟蹤測量露點。帶有微處理器的露點儀還可以把露點溫度同時轉(zhuǎn)換為相對濕度等測量單位。高精度露點儀在一般濕度范圍的測量準(zhǔn)確度可達(dá)±1℃露點溫度。

　　露點儀建立在可靠的理論基礎(chǔ)之上，具有準(zhǔn)確度高，測量范圍寬的特點，其準(zhǔn)確度僅次于重量法濕度計，因此，它不僅是一種工作儀器，而且也是長期以來普遍采用的標(biāo)準(zhǔn)儀器。露點儀廣泛用于工業(yè)過程和實驗室的濕度測量與控制，以及氣象學(xué)中的探空測量等，在現(xiàn)代濕度測量技術(shù)中占有相當(dāng)重要的位置。

　　一、露點濕度計的原理

　　露點濕度計的原理可以通過一個簡單的實驗來說明。若將一個光潔的金屬表面放到相對濕度低于100%的空氣中并使之冷卻，當(dāng)溫度降到某一數(shù)值時，靠近該表面的相對濕度達(dá)到100%，這時將有露在表面上形成。因為在這個溫度下空氣中的水汽達(dá)到了飽和，冷表面附著的水膜和空氣中的水份處于動態(tài)平衡，也就是說，在單位時間內(nèi)離開和返回到表面上的水分子數(shù)相同，這就是Regnault原理。該原理可以敘述為：當(dāng)一定體積的濕空氣在恒定的總壓力下被均勻降溫，直到空氣中的水汽達(dá)到飽和狀態(tài)，該狀態(tài)叫做露點;在冷卻的過程中，氣體和水汽兩者的分壓力保持不變。如果空氣的溫度是Ta，露生成的溫度為Td，則濕空氣的相對濕度可以通過下式算出，

　　U=[(在露點溫度Td時的飽和水氣壓) /(在原來溫度Ta時的飽和水氣壓)]*100%式中飽和水汽壓的數(shù)值可以通過查表得到。在0℃以下，水汽達(dá)到飽和時，

　　水在鏡面上結(jié)冰，此時的溫度又叫做霜點。

　　二、露點測量中應(yīng)該注意的若干問題

　　(一)鏡面污染對露點測量的影響

　　在露點測量中，鏡面污染是一個突出的問題，其影響主要表現(xiàn)在兩個方面;一是拉烏爾效應(yīng)，二是改變鏡面本底放射水平。拉烏爾效應(yīng)是由水溶性物質(zhì)造成的。如果被測氣體中攜帶這種物質(zhì)(一般是可溶性鹽類)則鏡面提前結(jié)露，使測量結(jié)果產(chǎn)生正偏差。若污染物是不溶于水的微粒，如灰塵等，則會增加本底的散射水平，從而使光電露點儀發(fā)生零點漂移。此外，一些沸點比水低的容易冷凝的物質(zhì)(例如有機(jī)物)的蒸氣，不言而喻將對露點的測量產(chǎn)生干擾。因此，無論任何一種類型的露點儀都應(yīng)防止污染鏡面。一般說來，工業(yè)流程氣體分析污染的影響是比較嚴(yán)重的。但即使是在純氣的測量中鏡面的污染亦會隨時間增加而積累。

　　(二)露點儀測量條件的選擇

　　在露點儀的設(shè)計中要著重考慮直接影響結(jié)露過程熱質(zhì)交換的各種因素，這個原則同樣適用于自動化程度不太高的露點儀器操作條件的選擇。這里主要討論鏡面降溫速度和樣氣流速問題。

　　被測氣體的溫度通常都是室溫。因此當(dāng)氣流通過露點室時必然要影響體系的傳熱和傳質(zhì)過程。當(dāng)其它條件固定時，加大流速將有利于氣流和鏡面之間的傳質(zhì)。特別是在進(jìn)行低霜點測量時，流速應(yīng)適當(dāng)提高，以加快露層形成速度，但是流速不能太大，否則會造成過熱問題。這對制冷功率比較小的熱電制冷露點儀尤為明顯。流速太大還會導(dǎo)致露點室壓力降低而流速的改變又將影響體系的熱平衡。所以在露點測量中選擇適當(dāng)?shù)牧魉偈潜匾?，流速的選擇應(yīng)視制冷方法和露點室的結(jié)構(gòu)而定。一般的流速范圍在0.4~0.7L﹒min-1之間。為了減小傳熱的影響，可考慮在被測氣體進(jìn)入露點室之前進(jìn)行預(yù)冷處理。

　　在露點測量中鏡面降溫速度的控制是一個重要問題，對于自動光電露點儀是由設(shè)計決定的，而對于手控制冷量的露點儀則是操作中的問題。因為冷源的冷卻點、測溫點和鏡面間的熱傳導(dǎo)有一個過程并存在一定的溫度梯度。所以熱慣性將影響結(jié)露(霜)的過程和速度，給測量結(jié)果帶來誤差。這種情況又隨使用的測溫元件不同而異，例如由于結(jié)構(gòu)關(guān)系，鉑電阻感溫元件的測量點與鏡面之間的溫度梯度比較大，熱傳導(dǎo)速度也比較慢，從而使測溫和結(jié)露不能同步進(jìn)行。而且導(dǎo)致露層的厚度無法控制。這對目視檢露來說將產(chǎn)生負(fù)誤差。

　　另一個問題是降溫速度太快可能造成“過冷”。我們知道，在一定條件下，水汽達(dá)到飽和狀態(tài)時，液相仍然不出現(xiàn)，或者水在零度以下時仍不結(jié)冰，這種現(xiàn)象稱為過飽和或“過冷”。對于結(jié)露 (或霜)過程來說，這種現(xiàn)象往往是由于被測氣體和鏡面非常干凈，乃至缺少足夠數(shù)量的凝結(jié)核心而引起的。Suomi在實驗中發(fā)現(xiàn)，如果一個高度拋光的鏡面并且其干凈程度合乎化學(xué)要求，則露的形成溫度要比真實的露點溫度低幾度。

　　過冷現(xiàn)象是短暫的，共時間長短和露點或霜點溫度有關(guān)。這種現(xiàn)象可以通過顯微鏡觀察出來。解決的辦法之一是重復(fù)加熱和冷卻鏡面的操作，直到這種現(xiàn)象消除為止。另一個解決辦法是直接利用過冷水的水汽壓數(shù)據(jù)。并且這樣作恰恰與氣象系統(tǒng)低于零度時的相對濕度定義相吻合。

　　露點儀無論是從熱慣性或過冷現(xiàn)象來考慮，降溫速度都不宜太快，如果超過合理范圍，則降溫速度愈快，熱慣性也愈大，露點測量的誤差就愈大，也越容易出現(xiàn)過冷。降溫速度一般通過實驗來確定。