露點儀的概念及測量注意
露點儀是能直接測出露點溫度的儀器。使一個鏡面處在樣品濕空氣中降溫,直到鏡面上隱現(xiàn)露滴(或冰晶)的瞬間,測出鏡面平均溫度,即為露點(霜)溫度。它測濕精度高,但需光潔度很高的鏡面,精度很高的溫控系統(tǒng),以及靈敏度很高的露滴(冰晶)的光學(xué)探測系統(tǒng)。使用時必須使吸入樣本空氣的管道保持清潔,否則管道內(nèi)的雜質(zhì)將吸收或放出水分造成測量誤差。
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。
1.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入露點室之前進行預(yù)冷處理。
2.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)生負誤差。
3.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。