露點(diǎn)儀是用來丈量氣體濕度的儀器,氣體濕度是指氣體中水蒸汽的含量。氣體露點(diǎn)溫度是氣體常用的濕度表明辦法之一。其界說為,用等壓冷卻的辦法使氣體中的水蒸汽冷卻至凝集相呈現(xiàn),或經(jīng)過控制冷鏡面的溫度,使氣體中的水蒸汽與(凝集相)鏡面露層的平展外表呈熱力學(xué)平衡狀況,準(zhǔn)確的測(cè)出此刻的溫度即為該氣體的露點(diǎn)溫度。露點(diǎn)法是一種絕對(duì)的丈量辦法,露點(diǎn)儀是丈量氣體露點(diǎn)溫度的儀器。由于冷卻方式、露點(diǎn)檢測(cè)辦法各不相同,露點(diǎn)儀的種類繁多,現(xiàn)在國(guó)際上的精密露點(diǎn)儀首要采用光電檢測(cè)且熱電制冷的鏡面冷凝式露點(diǎn)儀。影響冷鏡式露點(diǎn)儀丈量準(zhǔn)確度的首要因素有:過冷水的發(fā)生;相界面的開爾文效應(yīng);鏡面上有雜質(zhì)。
1過冷水發(fā)生的影響及處理辦法
當(dāng)溫度高于0℃時(shí),水只能以一種安穩(wěn)的熱力學(xué)狀況存在,它可以是氣體,即水蒸氣;同時(shí)水蒸氣也可冷凝成水,即結(jié)露。
當(dāng)溫度不超過0℃時(shí),水除了可以呈氣態(tài)和固態(tài)外,還存在第三種熱力學(xué)狀況一過冷水。而在 0~-40℃范圍內(nèi),過冷水現(xiàn)象普通存在。鏡面狀況、露層性質(zhì)及結(jié)構(gòu)對(duì)提高丈量準(zhǔn)確度十分重要。露滴構(gòu)成的基本條件是有一個(gè)憎水的拋光外表和必定數(shù)量的露核(外表上的細(xì)小固體粒子) 及外表上的細(xì)小裂痕等。
當(dāng)氣體中水蒸氣接近飽滿時(shí),露滴開始構(gòu)成并在外表孤立地生長(zhǎng);在此進(jìn)程中,相鄰露滴逐步縮小距離,直至相互觸摸而結(jié)合。跟著溫度的下降,被測(cè)氣體中的水蒸氣接近飽滿狀況,水分子由于引力被吸附在鏡面上,構(gòu)成一層薄水膜,這是構(gòu)成露的第一階段。當(dāng)溫度逐步下降時(shí),水膜的厚度逐步添加,這是構(gòu)成露的第二階段。此刻冷卻外表的任何不安穩(wěn)因素都會(huì)使水膜聚成液滴(如鏡面上的細(xì)小傷痕)。跟著鏡面溫度的進(jìn)一步下降,不斷生長(zhǎng)且分布不規(guī)則的露滴構(gòu)成露層并很快在外表上擴(kuò)散,此刻液 -氣或固-氣平衡,即到達(dá)露點(diǎn)。
必定條件下,水蒸氣到達(dá)飽滿時(shí)液相仍不呈現(xiàn),或是水在零度以下仍不結(jié)冰,這種現(xiàn)象稱為“過飽滿”或“過冷”。關(guān)于結(jié)露(或霜) 進(jìn)程來說,呈現(xiàn)此現(xiàn)象往往是由于被測(cè)氣體和鏡面很潔凈,以致缺少足夠數(shù)量的露核而引起的;別的,在低溫丈量時(shí),由于冰的結(jié)晶進(jìn)程比較慢,往往到達(dá)箱點(diǎn)溫度時(shí)箱層還未呈現(xiàn)。當(dāng)溫度持續(xù)下降時(shí),水開始結(jié)露,在過冷水狀況下很快構(gòu)成露層,但此刻的蒸汽壓不是冰的飽滿蒸汽壓而是過冷水的飽滿蒸汽壓。當(dāng)露點(diǎn)儀鏡面溫度低于0 ℃而鏡面上凝聚的是露而不是箱時(shí),盡管此刻實(shí)測(cè)到的是露點(diǎn)溫度,但露點(diǎn)儀仍把它當(dāng)作箱點(diǎn)溫度來處理,因而這時(shí)測(cè)得的濕度值不正確。因而可對(duì)鏡面進(jìn)行反復(fù)加熱和冷卻,當(dāng)鏡面逐步升溫時(shí),水層會(huì)逐步蒸騰。同時(shí)可在傳感器上加裝顯微鏡來判別此進(jìn)程,或利用過冷水的蒸汽壓數(shù)據(jù)進(jìn)行核算。
2開爾文效應(yīng)的影響及處理辦法
空氣中的水汽不可能無限添加,在必定溫度和壓力條件下有一個(gè)極限值??諝庵械乃竭_(dá)極限值時(shí),水汽與純潔水平面(或冰面)到達(dá)氣液(或固液)兩相動(dòng)態(tài)平衡狀況,稱為水汽飽滿。由于結(jié)露時(shí)水的外表為曲面,和露滴外表平衡的水汽壓與純水平面的飽滿水汽壓不同。所謂結(jié)露溫度是指空氣相關(guān)于曲折水面到達(dá)飽滿時(shí)的溫度。同溫度下,露滴飽滿水汽壓高于
純水平面的飽滿水汽壓,從而引起結(jié)露溫度低于真實(shí)露點(diǎn)溫度,這便是“開爾文效應(yīng)”。
液體外表的分子及其內(nèi)部分子所處情況不同。內(nèi)部分子被同種分子所包圈,而外表分子只來自內(nèi)部分子的引力。由于從式(2)中可以看出在低溫條件、純水平面飽滿水汽壓 p必定情況下,跟著T的下降,液滴的飽滿水汽壓 pa會(huì)逐步升高,漸漸大于此刻p.而使結(jié)露溫度小于實(shí)踐露點(diǎn)溫度,依據(jù)文獻(xiàn) [1],它們兩者之差為0.1℃左右,即開爾文效應(yīng)影響蒸汽壓后發(fā)生的不確定度。要減小此類因素的影響:
(1)鏡面選材上要選取光潔度較好,不易老化,導(dǎo)熱性能杰出的資料,這樣在液滴的飽滿水汽壓 p必定情況下,會(huì)適當(dāng)增大液滴的曲率半徑,可以提高結(jié)露質(zhì)量;
(2)堅(jiān)持對(duì)被測(cè)氣體進(jìn)行過濾清潔,以削減其中的油蒸汽,以縮小測(cè)得值與約定真值的距離。
鏡面表層由于清洗不凈或使用時(shí)環(huán)境的污染,常有一些可溶性雜質(zhì)。而只有當(dāng)鏡面上露層與氣體中水蒸氣到達(dá)平衡時(shí)測(cè)出的溫度才是露點(diǎn)溫度。而這種氣、液的兩相平衡是一種動(dòng)態(tài)平衡,即單位時(shí)刻內(nèi)從液相蒸騰到氣相的分子數(shù)等于從氣相凝聚到液相的分子數(shù)。當(dāng)溶劑(水)中溶解了難蒸發(fā)的溶質(zhì)時(shí),其外表不均勻地被溶質(zhì)的粒子占據(jù),所以單位時(shí)刻從鏡面上的溶液中蒸騰出的分子數(shù)則比純水中蒸騰出的分子數(shù)要少,此種情況下若到達(dá)相平衡,鏡面上溶液的蒸汽壓低于純水的蒸汽壓,而此刻露點(diǎn)溫度與蒸汽壓是一一對(duì)應(yīng)的,依據(jù)拉烏爾定律,溶液的露點(diǎn)溫度比實(shí)踐 (純水)要高,且升高量與溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)成正比;據(jù)參考文獻(xiàn) [2],若要使這種影響小于0.1℃,則要求可溶性雜質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)小于 0.62%。而這在污染較重或雜質(zhì)較少的情況下難以確保。在0℃以下鏡面上結(jié)霜時(shí),由于雜質(zhì)與箱不能互溶,此刻影響可疏忽 .
處理的辦法:
(1)由于鏡面上不同厚度的露層對(duì)光的反射或散射的程度不同,可利用光路來檢測(cè)露層厚度,由于露層厚度適其時(shí)雜質(zhì)濃度便會(huì)下降,可削減雜質(zhì)影響;
(2)可經(jīng)過溶液冰點(diǎn)下降的值,求出溶質(zhì)濃度(摩爾分?jǐn)?shù)),從而求出露點(diǎn)升高量的辦法來補(bǔ)償,且冰點(diǎn)下降比露點(diǎn)升高顯著得多,對(duì)冰點(diǎn)的丈量精度要求不高。
此外,鏡面也常會(huì)有一些不溶于水的微粒(如灰塵等)會(huì)添加鏡面本底散射水平,使露點(diǎn)儀發(fā)生零點(diǎn)漂移。處理這種影響的辦法:在丈量前,光給鏡面深度制冷,然后升溫,再降溫,直至到達(dá)露點(diǎn)。
分析的3種因素有一一起特征,便是都會(huì)影響鏡面上液體的燕汽壓,從而影響露點(diǎn)溫度的丈量,導(dǎo)致成果發(fā)生偏差。值得注意的是:導(dǎo)線發(fā)生的熱傳導(dǎo)、鉑電阻本身的發(fā)熱與校準(zhǔn)等都會(huì)對(duì)丈量成果發(fā)生影響,有待進(jìn)一步探討。
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