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如何改進(jìn)惡劣干燥環(huán)境中的濕度測量

更新時(shí)間:2024-04-19   點(diǎn)擊次數:260次

  流程工業(yè)高純氣體案例:

  純氣體生產(chǎn)或半導體制造等某些要求嚴苛的工業(yè)流程,需要非常精確地測量微量水分含量。

  通常認為,在實(shí)驗室環(huán)境中才能實(shí)現理想測量。但是,采樣時(shí)會(huì )引入某些不確定因素,如污染、平均值、管道等。在本文中,我們將展示與在線(xiàn)測量相比,實(shí)驗室環(huán)境中存在哪些會(huì )造成不確定性的采樣相關(guān)因素。

  人們通常認為,實(shí)現高準確度的理想方法是購買(mǎi)具有高規格的測量?jì)x表。對于濕度測量而言,這意味著(zhù)要購買(mǎi)分析儀類(lèi)型的儀表,因為這類(lèi)儀表理論上準確度高。然而,相較于更堅固耐用的工業(yè)儀表,分析儀價(jià)格昂貴,且對環(huán)境的影響異常敏感,因此需要特定且穩定的使用條件。

  通常,分析儀并不直接在流程中進(jìn)行測量,而是要先行采集氣體樣本,將其導入分析儀,然后將樣本遺棄。在所有測量中,氣體樣本通常都存在以下問(wèn)題:

  1.樣本可能無(wú)法代表實(shí)際的工藝條件。

  2.樣本還可能受到采樣和分析中外部因素的影響。

  3.樣本可能會(huì )受到泄漏的影響,甚至成為泄漏的源頭。

  舉例來(lái)說(shuō),想象要稱(chēng)量一些粉末。如果在采樣和稱(chēng)量之間的過(guò)程中,粉末被雨水打濕,樣本將無(wú)法反映粉末的真實(shí)重量和成分。同樣,水氣也能輕易改變氣體樣本的濕度,即使使用先進(jìn)的全新儀表,結果也會(huì )不準確。

  實(shí)驗:

  為了展示該問(wèn)題并研究其影響,我們構建了一個(gè)測試裝置(如圖1所示)。該裝置的基本思路是保持恒定的濕度,然后通過(guò)在20°C至27°C范圍內改變管道溫度來(lái)干擾濕度。理論上,這會(huì )導致吸附/解吸效應,從而影響排出加熱室的水氣總量。同樣,在從現場(chǎng)轉至測量實(shí)驗室的過(guò)程中,采樣管可能會(huì )暴露在室外天氣下,進(jìn)而受到溫度變化的影響。在較小的范圍內,不同的室內溫度也可能產(chǎn)生類(lèi)似的影響。實(shí)驗過(guò)程中,氣壓保持在1 bar(a)至2 bar(a)范圍內,流速始終小于1 l/min,與分析儀的流速一致。

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  該裝置由一臺濕度發(fā)生器、兩臺維薩拉DMT152露點(diǎn)儀表、一個(gè)帶有6.7 m電拋光鋼管的加熱室和一臺CRDS分析儀組成。兩臺DMT152露點(diǎn)儀表分別放置在加熱室之前和之后(圖1)。從第二臺DMT152到分析儀的管道盡可能短,以盡量降低DMT152和分析儀之間的環(huán)境影響。使用兩個(gè)溫度傳感器監測加熱室的溫度。

  結果:

  在不同的壓力、流速和濕度下進(jìn)行了多次測量。每次實(shí)驗中都以相同的方式控制加熱室。(見(jiàn)圖2)

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  在圖2中,隨著(zhù)溫度(黑色)的干擾增強,出口處的DMT152檢測到的噪聲濕度越來(lái)越多,而入口濕度在測量過(guò)程中保持恒定。測量結束后,溫度穩定至實(shí)驗室溫度,兩臺DMT152儀表再次穩定并指示相同的霜點(diǎn)溫度。該圖清晰展示了采樣管溫度的穩定性對輸出濕度的影響,因而會(huì )影響濕度的測量結果。

  圖3繪制了另一次測量的結果。該圖中,入口濕度不像圖2中那樣穩定,但DMT152儀表和CRDS分析儀都呈現出類(lèi)似的趨勢。然而,在圖3中,與CRDS分析儀或出口處的DMT152相比,入口濕度的噪聲要小得多。事實(shí)上,出口處的濕度變化過(guò)大,以至于DMT152和CRDS分析儀都無(wú)法正確指示入口濕度,并且二者的誤差實(shí)際都超出了其規格。然而,此處使用的儀表功能完好,并且性能符合其規格要求,問(wèn)題出在采樣管上。溫度的變化會(huì )引起吸附/解吸現象,從而導致采樣管出口的濕度發(fā)生變化。

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  該測量活動(dòng)的結果表明:

  1.吸附/解吸引起的最大霜點(diǎn)溫度變化超過(guò)4°C。

  2.流量的影響:流量越大,噪聲越大。

  3.溫度變化越大,管內的吸附/解吸效應越劇烈。

  4.濕度越低,相對影響越大。

  關(guān)鍵要點(diǎn):

  在本文中,我們測試了環(huán)境對采樣的影響。如果測量環(huán)境或采樣不理想,可能會(huì )對測量結果產(chǎn)生重大影響。如圖2和圖3所示,由于其在線(xiàn)過(guò)程測量的結果更具代表性,位于入口處的DMT152價(jià)格更加實(shí)惠,且表現優(yōu)于價(jià)格更高的分析儀。因此,建議直接在想要關(guān)注的位置進(jìn)行測量,并盡可能減少采樣管的使用。由于測量裝置和測量原理更加簡(jiǎn)單,這種方法也具有更為顯著(zhù)的成本效益。


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