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用露点法测量SF6气体湿度的测试方法详解

世界杯买球网站 - 技术部    2017-07-17    浏览:    二维码

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摘要:使被测气体在恒定压力下,以一定流量流经露点仪测量室中的抛光金属镜面,该镜面的温度可人为地降低并可精确地测量。露点仪可以用不同的方法设计,主要的不同在于金属镜面的性质、冷却镜面的方法、控制镜面温度的方法、测定温度的方法以及...
测试原理

使被测气体在恒定压力下,以一定流量流经露点仪测量室中的抛光金属镜面,该镜面的温度可人为地降低并可精确地测量。当气体中的水蒸气随着镜面温度的逐渐降低而达到饱和时,镜面上开始出现露(或霜),此时所测得的镜面温度即为露点。用相应的换算式或查表即可得到用体积比表示的湿度。

露点仪可以用不同的方法设计,主要的不同在于金属镜面的性质、冷却镜面的方法、控制镜面温度的方法、测定温度的方法以及检测出露的方法。常见的露点仪可以分为两大类,即目视露点仪和光电露点仪。

露点仪产品示意图

目视露点仪通常以金属镜作为冷镜,通过溶剂蒸发手动制冷,利用与冷镜背面相接触的溶剂中的水银温度计或热电偶以测量镜面温度。当温度逐渐下降时,镜面出露,温度上升时又消露,目视观察上述现象,以出露和完全消露时镜面温度的平均值作为露点。该法凭经验操作,人为误差较大,且需要使用制冷剂, 不便于现场测量,目前已基本不采用。

光电露点仪通常采用热电效应制冷(也就是半导体制冷,采用多级Peltier)元件串联以获得不同的低温),由光电传感器检测露的生成与消失,并控制热电泵的制冷功率,用紧贴在冷镜下方的铂电阻温度传感器测量温度。在测量室内,由光源照射到冷镜表面的光经反射后,被光电传感器接受并输出电信号到控制回路,驱动热电泵对冷镜制冷。当镜面出露时,由于漫反射而使光电传感器接受的光强减弱,输出的电信号也相应减弱,此变化经控制回路比较、放大后调节热电泵激励,使其制冷功率减小,镜面温度将上升而消露。

如此反复,最终使镜面温度保持在气体的露点温度上。通过镜面冷凝状态观察镜,可以判断镜面上的冷凝物是液态的露(呈圆或椭圆形)还是固态的霜(呈晶形)。光电露点仪有相当高的准确度和精密度,操作简单方便,获得了广泛的应用。

一般操作步骤

1)连接好待测设备的取样口和仪器进气口之间的管路,确保所有接头处均无泄漏。

2)调节待测气体流量至规定范围内。由于气体露点与其流量没有直接关系,所以流量不作严格要求,按说明书要求控制在一定范围内即可。

3)对光电露点仪,打开测量开关,仪器即开始自动测量。待观察到镜面上的冷凝物或出露指示器指示已出露;且露点示值稳定后,即可读数。

对目视露点仪,需手动制冷,同时目视观察冷镜表面。当镜面出露时,记下出露温度,同时停止制冷;当温度回升,露完全消失时,记下消露温度。出露温度和消露温度之平均值即为露点。需要注意的是,当镜面温度离露点约5℃时,降温速度应不超过5℃/min。对不知道露点范围的气体,可先进行一次粗测。

注意事项

1)干扰物质

a同体杂质及油污。绝对不溶于水的固体杂质不会改变气体的露点,但会妨碍对出露的观测。在自动仪器中,对镜面污染如果没有采用补偿装置,在低露点测量时,有时会因镜面上附着固体杂质使测得的露点值偏高,这时需用适当溶剂对镜面人工清洗。为了防止固体杂质的干扰,最好在仪器入口设置不吸附水分的过滤器。

如果被测气体中有油污,应在气体进入测量室前除去。

b以蒸气形式存在的杂质。如果气体中以蒸气形式存在的杂质(如烃类)会先于水蒸气而结露,或者气体中含有能与水共同在镜面上凝结的物质(如甲醇),则必须先采取措施除掉。如果烃类的露点低于水蒸气的露点,则不会影响测定。通常在SF6的测定中,不需考虑蒸气杂质的干扰。

2)冷壁效应
除冷镜外,仪器其余部分和管道的温度应高于气体露点至少2℃,否则水蒸气将在最冷点凝结,从而改变气体样品中的水分含量。

3)流量控制
由于气体露点和流量无关,一般露点仪不要求准确调节流量,但通常仍有一定范围的限制。流量太小则响应时间过长,太大既易引起制冷元件功率不足而影响镜面降温,又会在管线上产生压力降,改变测量室内的压力,从而改变气体的露点。

4)降温速度

如果气体湿度很低,冷却镜面时降温速度应尽可能慢。因为这时冰的结晶过程比较缓慢,若以不适当的速度降温,在冰层生长和达到稳定之前,还没有观测到出露,温度却已大大低于露点,这就是过冷现象。

光电露点仪通常不能人工控制降温速度,所以在低露点测量时,仪器示值往往呈阻尼振荡趋势变化,需经过较长时间才能稳定。这就是露的凝结和消失滞后于温度的变化而引起的。

5)带压测量

露点测量通常是在常压下进行的,即先将待测气体减压至常压后再送入测量室,但如气体湿度很低,有可能出现气体露点低于仪器测量下限的情况。特别是在炎热的夏季,高温环境影响了仪器制冷系统能够达到的最低温。在这种情况下,可进行带压测量,提高测量室内气体的压力,从而提高气体的露点使其在仪器的测量范围内,最后再通过计算得到常压下的露点。

通常露点仪测量室的进出口各有一个流量阀,常压测量时,出口阀全开,用进口阀控制流量并超减压的作用,使测量室内的压力与大气压相等。带压测量时,则进口阀全开,用出口阀控制流量,此时流量室内的压力与取样管道内的压力相等。要进行带压测量,首先必须确定仪器允许在带压下工作,另外还需要比较准确的知道管道内气体的压力(如果仪器测量室内不带压力传感器)。

6)露点与霜点的区分

镜面温度在0- 20℃时,镜面上的冷凝物可能是露(过冷水),也可能是霜(冰),此时必须通过镜面冷凝状态观察镜仔细区别,因为相同温度下的过冷水和冰的饱和蒸气压并不相同。一些适合现场使用的露点仪没有观察镜,无法区分露和霜,在这种情况下一般当作霜点处理。

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