水分儀那點事

水分儀建立在可靠的理論基礎之上，具有準確度高，測量范圍寬的特點，其準確度僅次于重量法濕度計，因此，它不僅是一種工作儀器，而且也是長期以來普遍采用的標準儀器。水分儀用于工業過程和實驗室的濕度測量與控制，以及氣象學中的探空測量等，在現代濕度測量技術中占有相當重要的位置。 

一、露點濕度計的原理 

       露點濕度計的原理可以通過一個簡單的實驗來說明。若將一個光潔的金屬表面放到相對濕度低于100％的空氣中并使之冷卻，當溫度降到某一數值時，靠近該表面的相對濕度達到100％，這時將有露在表面上形成。因為在這個溫度下空氣中的水汽達到了飽和，冷表面附著的水膜和空氣中的水份處于動態平衡，也就是說，在單位時間內離開和返回到表面上的水分子數相同，這就是Regnault原理。該原理可以敘述為：當一定體積的濕空氣在恒定的總壓力下被均勻降溫，直到空氣中的水汽達到飽和狀態，該狀態叫做露點；在冷卻的過程中，氣體和水汽兩者的分壓力保持不變。如果空氣的溫度是Ta，露生成的溫度為Td，則濕空氣的相對濕度可以通過下式算出，U=[(在露點溫度Td時的飽和水氣壓) /(在原來溫度Ta時的飽和水氣壓)] *100％式中飽和水汽壓的數值可以通過查表得到。在0℃以下，水汽達到飽和時，水在鏡面上結冰，此時的溫度又叫做霜點。 

二、露點測量中應該注意的若干問題 

（一）鏡面污染對露點測量的影響 

       在露點測量中，鏡面污染是一個突出的問題，其影響主要表現在兩個方面；一是拉烏爾效應，二是改變鏡面本底放射水平。拉烏爾效應是由水溶性物質造成的。如果被測氣體中攜帶這種物質(一般是可溶性鹽類)則鏡面提前結露，使測量結果產生正偏差。若污染物是不溶于水的微粒，如灰塵等，則會增加本底的散射水平，從而使光電水分儀發生零點漂移。此外，一些沸點比水低的容易冷凝的物質(例如有機物)的蒸氣，不言而喻將對露點的測量產生干擾。因此，無論任何一種類型的水分儀都應防止污染鏡面。一般說來，工業流程氣體分析污染的影響是比較嚴重的。但即使是在純氣的測量中鏡面的污染亦會隨時間增加而積累。 

（二）水分儀測量條件的選擇 

      在水分儀的設計中要著重考慮直接影響結露過程熱質交換的各種因素，這個原則同樣適用于自動化程度不太高的水分儀器操作條件的選擇。這里主要討論鏡面降溫速度和樣氣流速問題。 

被測氣體的溫度通常都是室溫。因此當氣流通過露點室時必然要影響體系的傳熱和傳質過程。當其它條件固定時，加大流速將有利于氣流和鏡面之間的傳質。特別是在進行低霜點測量時，流速應適當提高，以加快露層形成速度，但是流速不能太大，否則會造成過熱問題。這對制冷功率比較小的熱電制冷水分儀尤為明顯。流速太大 還會導致露點室壓力降低而流速的改變又將影響體系的熱平衡。所以在露點測量中選擇適當的流速是必要的，流速的選擇應視制冷方法和露點室的結構而定。一般的流速范圍在0.4~0.7L﹒min-1之間。為了減小傳熱的影響，可考慮在被測氣體進入露點室之前進行預冷處理。 

       在露點測量中鏡面降溫速度的控制是一個重要問題，對于自動光電水分儀是由設計決定的，而對于手控制冷量的水分儀則是操作中的問題。因為冷源的冷卻點、測溫點和鏡面間的熱傳導有一個過程并存在一定的溫度梯度。所以熱慣性將影響結露(霜)的過程和速度，給測量結果帶來誤差。這種情況又隨使用的測溫元件不同而異，例如由于結構關系，鉑電阻感溫元件的測量點與鏡面之間的溫度梯度比較大，熱傳導速度也比較慢，從而使測溫和結露不能同步進行。而且導致露層的厚度無法控制。這對目視檢露來說將產生負誤差。 

        另一個問題是降溫速度太快可能造成“過冷”。我們知道，在一定條件下，水汽達到飽和狀態時，液相仍然不出現，或者水在零度以下時仍不結冰，這種現象稱為過飽和或“過冷”。對于結露 (或霜)過程來說，這種現象往往是由于被測氣體和鏡面非常干凈，乃至缺少足夠數量的凝結核心而引起的。Suomi在實驗中發現，如果一個高度拋光的鏡面并且其干凈程度合乎化學要求，則露的形成溫度要比真實的露點溫度低幾度。 

       過冷現象是短暫的，共時間長短和露點或霜點溫度有關。這種現象可以通過顯微鏡觀察出來。解決的辦法之一是重復加熱和冷卻鏡面的操作，直到這種現象消除為止。另一個解決辦法是直接利用過冷水的水汽壓數據。并且這樣作恰恰與氣象系統低于零度時的相對濕度定義相吻合。 

       由上可見，無論是從熱慣性或過冷現象來考慮，降溫速度都不宜太快，如果超過合理范圍，則降溫速度愈快，熱慣性也愈大，露點測量的誤差就愈大，也越容易出現過冷。因此降溫速度一般通過實驗來確定。