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SF6气体检测相关的10类产品之三SF6露点仪

SF6露点仪
    SF6露点仪又称SF6微水仪。即丈量SF6气体中含水量的几。
    SF6露点仪从原理上可分为冷镜式、完整吸收电解式、Al2O3电容式、薄膜电容式、电阻式、干湿球、机械式。其中完整吸收电解式微水仪、Al2O3电容式露点仪普通用于低湿范围的丈量,而电阻式、干湿球、机械式湿度计只能用于相对湿度的丈量,冷镜式、薄膜电容式湿度计则不只能用于低湿的丈量,还能用于中高湿,即相对湿度的丈量。
    上述各种原理的仪器各有其优缺陷。其中冷镜式SF6露点仪是最精确、最牢靠、最根本的丈量办法,被普遍地用于规范传送,但其缺陷是价钱比拟昂贵,并需求有经历的人操作及颐养。相关于冷镜式SF6露点仪,芬兰维萨拉的阻容式露点仪是性价比最好的一个;
    阻容法SF6露点仪根本上是采用芬兰维萨拉(vaisala)DRYCAP的传感器
DRYCAP 传感器由两局部组成:电容型聚合物薄膜测湿传感器及电阻型测湿传感器,测湿传感器丈量被测气体中的水分子,从而测出相对湿度;测温传感器丈量测湿传感器的外表湿度,仪器内置的微处置从这两个参数计算出露点。测湿、测温传感器经过金属膜背靠背严密靠近,这样一方面使得测温传感器可以精确测得湿度传感器所处温度,另一方面经过金属膜的作用大大减小了由于外部电场作用产生的感应电容,从而进步了丈量精度,在低湿状况下, DRYCAP 的反响时间为 40-240 秒,取决于湿度变化方向和大小,丈量高湿时反响时间较短。 DRYCAP 的耐温范围为 -40-+180 度,承压范围为 0-20bar. 其自身耐腐蚀性也极为突出,关于碱性和弱酸性气体有较好的顺应,通常在低湿的状况下,相对薄膜湿敏传感器要得到 +2 度的露点精度所能测得的最低露点为 -9 度,应用 Vaisal 的    DRYCAP 传感器及自动校准专利技术,在保证 +2 度露点温度精度的同时可测得的最低露点为 -60 度,在精度稍低的状况下可到达 -80 度的露点,这是由于自校准技术使得精确的相对湿度丈量成为可能。
优点:响应快,温度及湿度丈量范围宽,线性好,简直没有滞后,稳定性及反复性较好,温度系数低,本钱低。
缺陷:根本无。
代表产品:芬兰维萨拉DMT242  英国Alpha公司   爱尔兰PANAMETRICS


冷镜式SF6露点仪
1.丈量原理
    被测湿气进入露点丈量室时擦过冷镜面,当镜面温度高于湿气的露点温度时,镜面呈枯燥状态,此光阴电检露安装中光源发出的光照在镜面上,简直完整反射,由光电传感器感应到并输出光电信号,经控制回路比拟、放大、驱动热电泵,对镜面致冷。当镜面温度降至湿气露点温度时,镜面上开端结露(霜),光照在镜面上呈现漫反射,光电传感器感应到的反射信号随之削弱,此变化经控制回路比拟、放大后调理热电泵鼓励,使其制冷功率恰当减小,最后,镜面温度坚持在样气露点温度上。镜面温度由一紧贴在冷镜面下方的铂电阻温度传感器感应,并显现在显现窗上。
    目前世界上消费冷镜式露点仪的公司,例如英国MICHELL、芬兰VAISALA、美国Edgetech、瑞士MBW等公司均是采用这一原理,英国的MICHELL则是采用双光路检测系统(专利产品),即同时对反射光及散射光停止检测,芬兰Vaisala则是应用声波作检测系统。
    在丈量过程中,随着温度的降低,被测气体中的水汽接近饱和状态,由于引力作用,水分子吸附在镜面上构成一层薄薄的水膜。这是构成露的第一阶段。当镜面温度继续降落时,水膜的厚度逐步增加,这是构成露的第二阶段。在这一阶段内,自在外表对水分子的引力与水膜的外表张力之间的力气比照开端发作变化,后者的影响逐步起支配作用。此时冷却外表上的任何不稳定的要素,例如镜面上的微小伤痕等,都会使水膜缩聚成液滴。随着镜面温度的进一步降落,露滴开端呈现,经过显微镜能够看到孤立生长而且散布不规则的露滴,然后露层以很快的速度在外表上扩散,此时能够以为液-汽均衡开端,即到达露点。
2 构造
2.1 镜面
  镜面应憎水,具有良好的导热性,还要耐磨、耐腐蚀,光学性能好。在过去曾运用金做镜面,目前则主要运用铑做镜面。
2.2 镜面致冷
  在过去曾运用过乙醚蒸发、机械致冷、液化气体或干冰致冷、紧缩空气致冷,目前最常用的则是热电致冷或热电与机械致冷相分离(露点低于-60℃)。在本文中着重引见热电致冷。
  热电致冷又称半导体致冷,帕尔贴致冷(来自其英文称号Peltier)。其原理是当有一股直流电经过由两种不同的金属组成的NP元件时,热量会从一种金属传送到另一种金属,正好与热电偶测温相反。因而当将帕尔帖的冷端与镜面相连,其另一端作为散热端时,便可将镜面致冷。为了取得不同水平的低温可采用多级叠加的方法。由美国GE公司给出的材料显现,普通说来,假设室温为25℃时,一级致冷时,冷热端温差可达55℃,二级致冷时冷热端温差可达75℃,四级致冷时冷热端温差可达105℃,五级致冷时冷热端温差可达120℃。不同公司的产品其致冷量也会有稍许的不同。热端温度越高,致冷效率越高,冷热端温差越大。为了降低冷端的温度,通常会采用风冷、水冷及机械致冷来降低热端的温度。但也不是能够无限制地降低。需求留意的是其致冷才能并不能代流露点仪的丈量范围。露点仪的丈量范围的定义是镜面上能够取得稳定的,具有一定厚度的露或霜层时镜面的温度,因而在普通的露/霜点下,其丈量范围普通比其致冷才能高5℃,在低霜点的状况下,普通高10℃~12℃。例如瑞士MBW公司消费的DP19露点仪,当室温为10℃时,其最低丈量范围为-60℃,当室温为20℃时,其最低丈量范围为-55℃,当室温为35℃时,其最低丈量范围为-45℃。由于氢气及氦气的热导率较高,因而其丈量范围会减少几度。当被测气体的压力增大,其丈量范围也会减少,关于空气和氮气来说,在高于常压的状况下,每增加1个大气压,其丈量范围降低0.67℃左右。
2.3 测温安装
  目前绝大局部采用四线制铂电阻测温。铂电阻感温元件在相当宽的温度范围内阻值 和温度近于线性关系,精度高,稳定性好,输出信号较强,便于数字显现。
2.4 检测系统
  目前除芬兰Vaisala公司最近研制消费的冷镜式露点仪是采用声波原理来丈量外,其它均是采用光电检测器来丈量及控制。光电检测技术已有几十年的历史,比拟成熟,但其缺陷是不能辨别过冷水和霜。
3运用留意事项
3.1过冷水与霜
  在0~-20℃这一范围内,镜面上极易构成过冷水,由于冰面和水面上的饱和水汽压不同,因而假设在镜面上构成过冷水,测得的数值要低于霜点,温度不同,差异也不同。例如霜点为-10℃时,对应的过冷水的温度为-11.23℃。因而在这一温度段要十分当心。若仪器配有内窥镜,可经过内窥镜停止察看辨别。目前大局部仪器都有test的功用,即测试其最低致冷才能,此时可先运用test功用,使镜面温度低于-20℃,确保镜面上构成霜,然后再停止正式丈量。
3.2 开尔文效应
  曲面上的饱和水汽压与平面上的状况是不同的。当露在金属外表上构成时,由于外表张力的作用,使均衡水汽压,即弯曲水面的饱和水汽压升高,这种影响称为开尔文效应。由于开尔文效应使得到的露点温度低于真正的被测气体的露点温度。
3.2拉乌尔效应
  是指镜面上存在水溶性物质时,体系的均衡水汽压低于纯水时的饱和水汽压。这些水溶性物质可能是镜面上固有的,或者是被测气体中含有的。依据拉乌尔定律,溶液均衡水汽压的降低与溶液浓度成正比,这也是为什么在到达被测气体的露点温度之前会有早期冷凝现象发作的缘由。
  开尔文效应与拉乌尔效应作用刚好相反,因而会抵消一些。但是在露点丈量中,拉乌尔效应的影响较开尔文效应更为显著,由于水溶性物质不可防止地或多或少存在于镜面和被测气体中,而且气体中的杂质有时还可能与镜面上的不溶于水的物质发作化学反响或光化学反响,转化为可溶性物质。这种状况在工业流程气体的水分丈量中更为明显。因而要采用恰当的过滤安装除去气体中的固体微粒,并且经过重复停止结露和消露的操作,进一步肃清镜面上残留的可溶性物质,这种办法为人们普遍运用。
  在实践工作中,我们常常会发现,镜面上开端结露时并不是平均的,露层总是首先在镜面某个区域上呈现,其缘由常常是由于镜面上的划痕惹起的,由于在这些有缺陷的中央,一方面残留的物质不易肃清,另一方面缺陷的棱角起“露核\"的作用,加速结露过程。因而,在露点仪的运用中,特别是在清洁镜面时,一定要当心,防止使镜面遭到机械损伤。
3.3 镜面污染
  一是拉乌尔效应,二是改动镜面本底散射程度。拉乌尔效应主要是由水溶性物质形成的。假如被测气体中这种物质(普通是可溶性盐类),则镜面提早结露,使丈量结果产生正偏向。若污染物是不溶于水的微粒,如灰尘等,则会增加本底的散射程度,从而使光电露点仪发作零点漂移。
3.4 取样管路
  由于大气中的水含量都很高,并且水分子为极性分子,极易吸咐在管路内壁或透过管路。因而在丈量时气路系统一定要密封好,管壁厚度至少为1mm,以避免外界环境水分侵入引入渗漏。假设丈量环境温度变化较大时,应再次检查管路的密封。
  假如被测气体直接排放入大气,应思索大气中的水分向丈量系统内部扩散的问题。最常用的方法是在排气口接上一段恰当长度的管子,其长度和管径以不影响丈量腔的压力为准绳。
取样管路要尽量短,尽可能减少接头的数量和防止“死空间\",以减少本底水分的干扰。
  取样管路和丈量腔内壁力图洁净,光亮度要好,选用憎水性强的资料。图2-2是各种资料在饱和吸附状态下通以干气时的解吸-时间曲线。从实验结果我们能够得到如下选材次第:不锈钢、PTFE、铜、聚乙烯,最差的是尼龙和橡胶管,在低霜点丈量中不应运用。另外在低霜点丈量时,虽然运用内抛光的不锈钢管,管子外径普通为6mm或1/4英寸。
  停止高露点的丈量时,一定要留意被测露点低于四周环境温度3℃以下,以防止水蒸气在管路中呈现冷凝。
  露点仪丈量湿度时,流量范围普通为0.25L/min~1L/min。在这一范围内,流速的改动不会影响丈量结果。
  取样时普通可分为两种状况,一种是带压取样,此时依据取样方式的不同,可分为带压丈量和常压丈量。另一种是在常压下丈量,即用泵抽取样品。在这种状况下,经常会由于取样方式的不同,而带来人为的正压和负压,SF6露点仪是在带压的状况下丈量,会给丈量结果带来正误差,若将泵与流量计互换位置,SF6露点仪则是在负压的状态下,此时会给丈量带来负误差。
4 应用范围
    SF6露点仪的丈量范围较广,目前英国MICHELL及瑞士MBW公司开发的一系列露点仪的丈量范围已到达-95℃~70℃,能够满足绝大多数的丈量请求。
5 优缺陷
优点:属根本丈量,丈量精确,并且仪器比拟稳定无漂移,目前精确度最高的仪器可达±0.1℃。
缺陷:价钱较高,对操作人员的请求较高,并需停止维护。对污染物敏感。在-20℃~0℃范围内有时会有过冷水存在,因而要特别当心辨别过冷水和霜。


 

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