芬蘭VAISALA DMP248 精密露點(diǎn)儀的原理與應(yīng)用
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時(shí)間：2017-02-27
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對(duì)于露點(diǎn)溫度-60°C的濕度測(cè)量長(zhǎng)期以來(lái)只依靠鏡面的方法,該方法從原理上講只要有足夠的制冷措施,就能測(cè)量任意露點(diǎn)溫度。這種方法的最大問(wèn)題就是對(duì)氣體要求很高，任何雜質(zhì)和污染都會(huì)導(dǎo)致極大的測(cè)量誤差。因此它幾乎不能在線(xiàn)使用。另一個(gè)低濕度的傳感器就是氧化鋁傳感器。它最低可測(cè)到（-100°C）露點(diǎn)，但是這類(lèi)傳感器在保護(hù)狀態(tài)下每年也會(huì)漂移±6°C……±10°C。因此就不能保證其工作的穩(wěn)定性。另外以上兩種類(lèi)型儀表，校準(zhǔn)也非常困難，這是因?yàn)樗枰獙?zhuān)門(mén)的露點(diǎn)發(fā)生器。由Vaisala公司發(fā)明的高分子薄膜電容具有很高的穩(wěn)定性和抗污染能力。但長(zhǎng)期以來(lái)只能用于露點(diǎn)-40°C以上濕度測(cè)量，-40°C……-60°C的測(cè)量非敏感元件達(dá)不到，而是存在著很大的誤差。這主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的計(jì)算方法和校準(zhǔn)方法的問(wèn)題。
Vaisala公司針對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行了長(zhǎng)期研究，利用在線(xiàn)狀態(tài)下自動(dòng)修正零點(diǎn)偏移這一行之有效的方法，徹底地解決了低露點(diǎn)測(cè)量的精度問(wèn)題。從而為低濕度測(cè)量提供了一種既穩(wěn)定又精密的方法。
DMP248系列精密露點(diǎn)儀是Vaisala公司推出的專(zhuān)門(mén)用于測(cè)量低濕露點(diǎn)點(diǎn)的精密儀表，它內(nèi)含在線(xiàn)自動(dòng)修正零點(diǎn)偏移這一專(zhuān)利軟件，它的探頭是由高分子薄膜式濕敏電容和Pt100鉑電阻組成的復(fù)合敏感元件。DRYCAP和DRYCAP.J高分子濕敏電容C的變化和測(cè)量氣體的相對(duì)濕度（RH）成正比，而Pt100可直接測(cè)量氣體的溫度（T）。由此可分別計(jì)算出露點(diǎn)溫度（Td），體積濃度比（PPMV）。因此DMP248儀表雖然是精密露點(diǎn)儀，但其校準(zhǔn)參數(shù) 仍然是相對(duì)濕度RH和溫度Ｔ。通常情況下兩點(diǎn)校準(zhǔn)就可以滿(mǎn)足其精度了，因?yàn)橄鄬?duì)濕度RH和濕敏電容的電參數(shù)成線(xiàn)性關(guān)系。這是其它類(lèi)型的露點(diǎn)儀無(wú)法比擬的。
Vaisala公司的濕敏電容是世界上最穩(wěn)定的濕敏元件，其自動(dòng)修正零點(diǎn)偏移軟件具有專(zhuān)利保護(hù)。它的DMP248系列精密露點(diǎn)儀擁有以上兩項(xiàng)技術(shù)。它低濕，穩(wěn)定性具有世界領(lǐng)先水平，該儀表既可在線(xiàn)使用，亦可離線(xiàn)使用。其精度及量程范圍特別適合開(kāi)關(guān)SF6氣體、氫站H2氣體、空氣中的N2、CO2等氣體的微量水分測(cè)量。
二：DMP248測(cè)量原理
DMP248系列采用了Vaisala公司自發(fā)明的DRYCAP敏感元件，該元件是專(zhuān)門(mén)用在低濕環(huán)境的溫濕度測(cè)量并具有極強(qiáng)的抗結(jié)露能力。它包含了一個(gè)高分子濕敏薄膜電容和熱敏電阻。電容值和相對(duì)濕度（RH%）成正比。加入溫度信號(hào)后就可以由DRYCAP元件直接反映出Pw（水汽壓）或露點(diǎn)值了，其推導(dǎo)如下： 由溫度傳感器的Pt-100可以測(cè)出氣體的溫度值T0，根據(jù)Go-ff-Gratch和Wexler修正公式可求出溫度T下的飽和水汽壓Pws（T）：
log（Pws（T））=（C1T-C2）/（T-C3）（T＞0） （1）
或者
log（Pws（T））= C4-C5/T （T＜0） （2）
又因?yàn)椋篟H=Pw/Pws（T） 所以氣體的水汽壓Pw為：Pw=RH×Pws
此時(shí)由Pw求出露點(diǎn)溫度值Td0、Td值可以分別由（1）、（2）式求出。但在（1）、（2）中應(yīng)將Pws（T）由Pw更換，T由Td更換。對(duì)于0°C以下的低濕露點(diǎn)值當(dāng)然也可由上述方法直接求出。但是其精度卻很難保證，因?yàn)橄鄬?duì)濕度越接近于零，其露點(diǎn)精度就越隨著零點(diǎn)漂移量的變化而快速下降。由于其零點(diǎn)漂移使得誤差就越大，所以為了提高其測(cè)量精度必須在測(cè)量過(guò)程中設(shè)法減少其0%RH零點(diǎn)漂移。
例如：當(dāng)露點(diǎn)為-40°C，溫度為20°C時(shí)，其相對(duì)濕度為0.55%RH０偏移量為0.2%RH時(shí)（對(duì)于一般的RH傳感器來(lái)說(shuō)，這要比其技術(shù)指標(biāo)好的多了），使得實(shí)際測(cè)量的RH變?yōu)?.35%了。此時(shí)計(jì)算得出的露點(diǎn)為-44°C，所以一個(gè)看起來(lái)較小的偏移量誤差（該誤差可由偏移或校準(zhǔn)失誤產(chǎn)生）對(duì)于低RH值來(lái)說(shuō)將產(chǎn)生一個(gè)不能接受的露點(diǎn)誤差。為解決這一精度問(wèn)題，DMP248系列精密露點(diǎn)儀使用新的專(zhuān)利計(jì)算方法，即儀表在在線(xiàn)工作時(shí)自動(dòng)計(jì)算偏移量變化并調(diào)整這一偏移量，這一過(guò)程可由以下公式 來(lái)表達(dá)：
RHout=RH０+Gain×Pw/Pws（T） （3）
RH０=完全干狀態(tài)下的輸出
Pw=水汽壓
Pws(T)=溫度T的飽和水汽壓
函數(shù)Pws(T)很容易求解，所以在同一水汽壓（Pw）下測(cè)量?jī)蓚€(gè)溫度T值即兩個(gè)Pws(T)就可以計(jì)算出漂移量RH0值了。 （假定Pw在這一過(guò)程中保持不變）
其漂移量誤差為-0.2%RH，測(cè)量溫度范圍20°C……30°C，其露點(diǎn)溫度為-40°C，Gain為100%，隨著溫度的升高RH%降低，因?yàn)榍绊憫?yīng)是線(xiàn)性的，此時(shí)RH０=0.2%。由讀出的數(shù)值（0.35%RH）減去這一數(shù)據(jù),就得到了正確數(shù)值為0.55%RH.由兩點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)劃一條直線(xiàn),該直線(xiàn)和Y軸的交點(diǎn)就是RH0。
顯示DMP248探頭所安裝的DRYCAP敏感元件，DRYCAP由高分子濕敏元件和溫敏元件組成。由濕敏元件和Pt-100R的信號(hào)時(shí)，DRYCAP就可以精確地計(jì)算出水汽壓，從而可確定出低濕露 點(diǎn)值。在自動(dòng)校準(zhǔn)周期間，Pt-100元件首先用來(lái)加熱，然后來(lái)測(cè)量溫度。整個(gè)自動(dòng)校準(zhǔn)周期需時(shí)60……70s，當(dāng)自動(dòng)周期被激活時(shí)，傳感器的輸出被鎖定。
注 意：自動(dòng)校準(zhǔn)僅當(dāng)DMP248使用在相對(duì)濕度低于10%RH（露點(diǎn)在-12°C……20°C以下）和溫度在0°C……+80°C才能有效。
三：面板說(shuō)明
1、液晶顯示屏
2、功能鍵
3、電源開(kāi)關(guān)（POWER）
4、電源指示燈（LED）
5、功能鎖
6、入氣口 （調(diào)節(jié)閥）
7、流量計(jì)
8、充電口
四：操作說(shuō)明
1、將氣源通過(guò)四氟管接入氣體入口的快速接頭，將流量計(jì)向右旋轉(zhuǎn)90°，使其垂直于面板。
2、調(diào)節(jié)閥門(mén)，觀(guān)察浮子起動(dòng)，確保有氣體輸出，流量應(yīng)控制 在0.75L/min左右(SF6流量計(jì))或 2L/min左右(H2流量計(jì))
3、將安全鎖置于紅點(diǎn)位置，打開(kāi)電源（按下POWER），觀(guān)察數(shù)據(jù)顯示，LED為綠色，表示電量充足，隨著電量下降，LED指示燈逐漸變黃，LED為紅色，表示電量已不足但仍可使用1小時(shí)。
4、按▲▼鍵，可在液晶屏上分別顯示出RH、T、Td、PPmv的參數(shù)值。
5、按下POWER時(shí)，無(wú)數(shù)據(jù)顯示，或紅燈已亮，應(yīng)立即充 電。
6、充電時(shí)，紅燈亮表示電量不足，綠燈亮表示電量充足。
7、充電具有保護(hù)功能，在10小時(shí)以上可以充足。
8、電池?zé)o電時(shí)，可直接由充電器供電。
9、在使用過(guò)程中，一般在10分鐘以?xún)?nèi)儀表即可達(dá)到穩(wěn)定，若有反應(yīng)遲鈍現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，可參照第七章內(nèi)容將儀表做強(qiáng)迫自動(dòng)校準(zhǔn)。
評(píng)論