芬兰VAISALA DMP248 精密露点仪的原理与应用

2015-01-08 09:49:15来源: knowsky
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)

  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轴的交点就是RH0。

  显示DMP248探头所安装的DRYCAP敏感元件,DRYCAP由高分子湿敏元件和温敏元件组成。由湿敏元件和Pt-100R的信号时,DRYCAP就可以精确地计算出水汽压,从而可确定出低湿露 点值。在自动校准周期间,Pt-100元件首先用来加热,然后来测量温度。整个自动校准周期需时60……70s,当自动周期被激活时,传感器的输出被锁定。

  注 意:自动校准仅当DMP248使用在相对湿度低于10%RH(露点在-12°C……20°C以下)和温度在0°C……+80°C才能有效。

三:面板说明

  1、液晶显示屏

  2、功能键

  3、电源开关(POWER)

  4、电源指示灯(LED)

  5、功能锁

  6、入气口 (调节阀)

  7、流量计

  8、充电口

  四:操作说明

  1、将气源通过四氟管接入气体入口的快速接头,将流量计向右旋转90°,使其垂直于面板。

  2、调节阀门,观察浮子起动,确保有气体输出,流量应控制 在0.75L/min左右(SF6流量计)或 2L/min左右(H2流量计)

  3、将安全锁置于红点位置,打开电源(按下POWER),观察数据显示,LED为绿色,表示电量充足,随着电量下降,LED指示灯逐渐变黄,LED为红色,表示电量已不足但仍可使用1小时。

  4、按▲▼键,可在液晶屏上分别显示出RH、T、Td、PPmv的参数值。  

  5、按下POWER时,无数据显示,或红灯已亮,应立即充  电。

  6、充电时,红灯亮表示电量不足,绿灯亮表示电量充足。

  7、充电具有保护功能,在10小时以上可以充足。

  8、电池无电时,可直接由充电器供电。

  9、在使用过程中,一般在10分钟以内仪表即可达到稳定,若有反应迟钝现象出现时,可参照第七章内容将仪表做强迫自动校准。
[1] [2]

关键字:VAISALA  DMP248  精密露点仪

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0108/article_10551.html
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