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什么类型的露点测量原理比较适用于压缩空气?

点击次数:38 发布时间:2020-09-16

水分一直是压缩空气系统中的一项难题。当露点传感器处于理想工作状态时,可以采取措施避免出现故障、操作效率低下或最终产品质量差等问题。但是,压缩空气系统中露点的测量可能存在多种困难,从而导致读数错误、稳定性差甚至传感器故障。

压缩空气系统中的露点仪经常出现的问题通常集中在以下方面:
• 响应时间
• 读数的可靠性
• 从水溅或冷凝中恢复
• 接触压缩机油

为了更好地理解这些挑战,我们有必要首先探讨一下传感器技术之间的性能差异。

冷镜传感器、金属氧化物传感器和聚合物传感器是三种不同类型测量原理类型。

A-温湿度、露点仪器仪表:
冷镜传感器、金属氧化物传感器和聚合物传感器是三种常见的露点传感器类型。

冷镜技术可以在广泛的露点范围内提供可靠精度。它的工作原理基于露点的基本定义—— 冷却一定量的空气直到形成冷凝。气体样本通过由冷却器进行冷却的金属镜面,然后将光导向镜面,以便光学传感器测量反射光量。当镜面冷却到在其表面开始产生冷凝(即已经达到露点)时,镜面反射的光量减少,这反过来又由光学传感器检测到。然后,镜面上的温度传感器将会细致地调节冷却速度。一旦在蒸发和冷凝的速率之间达到平衡状态,镜面温度就等于露点。由于冷镜的光学测量原理,该传感器对镜表面上存在的污垢、油污、灰尘和其他污染物高度敏感。类似地,准确的冷镜设备往往很昂贵,一般用于要求绝对精度且可以频繁进行维护和清洁的情况下。

A-温湿度、露点仪器仪表:
接下来是电容式金属氧化物传感器,它采用的是氧化铝技术,用于在工业过程中测量超低露点。虽然设计中使用的材料类型可能不同,但传感器的结构和工作原理通常保持不变。电容式传感器采用分层结构构建,依次是基板基础层、下部电极、吸湿性金属氧化物中间层和透水上部电极。上下电极之间的电容根据金属氧化物层(电容器的电介质)吸收的水蒸气量而变化,这就造就了露点测量功能。这种传感器在 -100°C 甚至更低的温度下具有出色的低露点测量精度,但对于露点在较高范围中变化不定的工艺(如制冷剂干燥系统),其长期稳定性往往较差。高湿和冷凝也容易损坏金属氧化物传感器。输出读数的漂移意味着传感器需要频繁校准,而校准工作通常只能在制造商的校准实验室中进行。

就传感器类型而言,电容式聚合物传感器除了具有出色的长期稳定性外,还可以在较大的湿度范围内准确地进行测量。自维萨拉于 1997 年 1 月推出首款用于测量露点的聚合物传感器以来,DRYCAP 技术已广泛用于各种工业和气象应用。自从有了新的创新技术,聚合物传感器也可用于低露点应用。尽管电容式聚合物传感器工作原理与金属氧化物传感器相似,但仍存在一些关键差异。除了在吸湿层中存在明显的材料差异(聚合物与金属氧化物)外,电容式聚合物传感器还与电阻式温度传感器关联在一起。聚合物传感器根据相对湿度 (RH) 测量湿度(被测气体中的水分子含量),而温度传感器则测量聚合物传感器的温度。根据这两个值,变送器电子装置中的微处理器就可以计算露点温度。维萨拉还发明了一种自动校准功能,旨在利用聚合物传感器在非常干燥的条件下测量准确的露点值。当相对湿度接近零时,湿度的微小变化将导致露点读数发生相当大的变化。例如,在室温下,露点 -40°C 和 -50°C 分别对应于 0.8% RH 和 0.3% RH 的相对湿度。利用聚合物传感器的典型 ±2% RH 精度指标,可以在低至 -9°C 的露点温度下实现 ±2°C 露点的精度。自动校准可将此精度从 ±2ºC 扩展到低至 -80°C 露点温度。

在自动校准期间,人们会对传感器进行加热并使其冷却,同时监测并绘制传感器的湿度和监测的读数。然后,该数据将在接受分析后用于调整湿度传感器的读数。

这一准确校准的关键在于传感器的输出等于相对湿度 (RH),而相对湿度随温度而变化。这种众所周知的物理依赖性使得自动校准可以评估在 0% RH 下的低湿度读数是否正确。然后,微处理器会自动纠正所有可能的漂移。这样,即使在低露点时,其精度也优于 ±2ºC。

聚合物技术是经多年测试和精心选材的成果,它与智能电子技术相结合,可为极少需要对露点变送器进行维护的应用提供高性能解决方案。

 

 

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