露點是指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下,冷卻到飽和時的溫度。形象地說,就是空氣中的水蒸氣變?yōu)槁吨闀r候的溫度叫露點。露點本是個溫度值,可為什么用它來表示濕度呢?這是因為,當(dāng)空氣中水汽已達到飽和時,氣溫與露點相同;當(dāng)水汽未達到飽和時,氣溫一定高于露點溫度。所以露點與氣溫的差值可以表示空氣中的水汽距離飽和的程度。在100%的相對濕度時,周圍環(huán)境的溫度就是露點。露點越小于周圍環(huán)境的溫度,結(jié)露的可能性就越小,也就意味著空氣越干燥,露點不受溫度影響,但受壓力影響。
1.電介法露點儀的測量原理
利用五氧化二磷等材料吸濕后分解成極性分子,從而在電極上積累電荷的特性,設(shè)計出建立在絕對含濕量單位制上的電解法微水份儀。目前國際上最高精度達到±1.0℃(露點溫度),一般精度可達到±3℃以內(nèi)。
2.電式露點儀的測量原理
采用親水性材料或憎水性材料作為介質(zhì),構(gòu)成露點儀電容或電阻,在含水份的氣體流經(jīng)后,介電常數(shù)或電導(dǎo)率發(fā)生相應(yīng)變化,測出當(dāng)時的電容值或電阻值,就能知道當(dāng)時的氣體水份含量。建立在露點單位制上設(shè)計的該類傳感器,構(gòu)成了電傳感器式露點儀。目前國際上最高精度達到±1.0℃(露點溫度),一般精度可達到±3℃以內(nèi)。
3. 鏡面式露點儀測量原理
不同水份含量的氣體在不同溫度下的鏡面上會結(jié)露。采用光電檢測技術(shù),檢測出露層并測量結(jié)露時的溫度,直接顯示露點。鏡面露點儀制冷的方法有:半導(dǎo)體制冷、液氮制冷和高壓空氣制冷。鏡面式露點儀采用的是直接測量方法,在保證檢露準(zhǔn)確、鏡面制冷高效率和精密測量結(jié)露溫度前提下,該種露點儀可作為標(biāo)準(zhǔn)露點儀使用。目前國際上最高精度達到±0.1℃(露點溫度),一般精度可達到±0.5℃以內(nèi)。
4.晶體振蕩式露點儀的測量原理
利用晶體沾濕后振蕩頻率改變的特性,可以設(shè)計晶體振蕩式露點儀。這是一項較新的技術(shù),目前尚處于不十分成熟的階段。國外有相關(guān)產(chǎn)品,但精度較差且成本很高。
5.半導(dǎo)體傳感器露點儀的測量原理
每個水分子都具有其自然振動頻率,當(dāng)它進入半導(dǎo)體晶格的空隙時,就和受到充電激勵的晶格產(chǎn)生共振,其共振頻率與水的摩爾數(shù)成正比。水分子的共振能使半導(dǎo)體結(jié)放出自由電子,從而使晶格的導(dǎo)電率增大,阻抗減小。利用這一特性設(shè)計的半導(dǎo)體露點儀可測到-100℃露點的微量水份。
6.紅外露點儀 的測量原理
利用氣體中的水份對紅外光譜吸收的特性,可以設(shè)計紅外式露點儀。目前該儀器很難測到低露點,主要是紅外探測器的峰值探測率還不能達到微量水吸收的量級,還有氣體中其他成份含量對紅外光譜吸收的干擾。但這是一項很新的技術(shù),對于環(huán)境氣體水份含量的非接觸式在線監(jiān)測具有重要的意義。
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們紛紛把光電技術(shù)、新材料技術(shù)、紅外技術(shù)、微波技術(shù)、微電子技術(shù)、光纖技術(shù)、聲波技術(shù)甚至納米技術(shù)應(yīng)用到氣體中水份的測量,使水份測量這一古老領(lǐng)域煥發(fā)出青春。
在測量原理上,技術(shù)人員認定鏡面結(jié)露的方法是最直接且精度最高的方法。鏡面露點儀在技術(shù)上將引進近代技術(shù)成份。如我們研制的冷鏡式激光露點儀首次采用了激光準(zhǔn)直技術(shù)和CCD技術(shù),在露層判別、露霜圖像識別技術(shù)上走到了世界前沿。專業(yè)人員在傳統(tǒng)的傳感器材料研究(如氧化鋁材料、氯化鋰材料、高分子材料和陶瓷材料)基礎(chǔ)上,用完全不同的技術(shù)手段,陸續(xù)發(fā)展出許多間接測量氣體中微量水份的方式方法,解決了不同領(lǐng)域和不同環(huán)境中的微水份測量問題。