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密析尔传感器的设计原理与应用
发表时间:2019-04-17  |  点击率:102

一、冷凝层

影响冷凝层形成因素的主要原因是冰表面和水蒸气表面的平衡水汽压之间有很大的不同。当在0℃以下,冷却一个处于其露点温度之下的湿气体时,水蒸气是过冷却的。在该水蒸气中,冰晶和原始水滴不断地形成和分解。一份有根据的理论显示,冰晶可以在过冷却液态水中形成。因为这种现象的本质属性,所以在开始凝结前,我们通常先须在露点温度以下对镜面进行强冷却。

在我们的研究兴趣范围内,镜面上通常都是先生成水滴。在小水滴的生长时期,可以在镜面上观察到一层雾状的液态冷凝物。在一个干净的镜面上,这个过冷却水可以好几个小时都保持在稳定状态。但是,冰晶的自由能量相比于过冷却液态水的自由能量较低,这意味着一旦冰晶开始形成,它们就会趋向于消耗冰晶周围的小水滴来保持冰晶的增长,直到液态水耗尽。但是,冰和过冷却水可以共存好多个小时,在适合的条件下也不能确认它们的生长方向。

冷凝层由覆盖镜子表面的冰晶构成,这些冰晶可能是分离的,也可能是接触在一起。由于局部减少了自由能量,污染物的出现可能会导致单体大冰晶的形成。在适宜的条件下,镜面残留的污染物可能会促成镜面不同部位冰晶和小水滴的同时形成。如果镜面温度在0℃附近起伏较大,那么,可能会在大冰晶(或冰层)的下面或者上面形成液态水层。这会同时影响到冷凝层的平衡水汽压和热传导。

二、传感头设计

密析尔传感头的设计将会影响到露点仪的性能。例如,内壁的成分和表面积会影响到热传输和稳定时间,同时还对传感器水分子吸附和脱附的时间造成影响。传感器的体积会影响到镜面气体传输速率,其闲置空间的大小会影响到响应时间。在许多冷镜式露点仪中,珀尔帖冷却器的热端通常由外部冷却液体来冷却。因此,珀尔帖冷却器的冷却能力取决于液体的流速和温度。

三、实验研究

镜面清洁污染物是影响冷镜式露点仪使用的一个重要因素,可以进行定期的适当清洁来降它的影响,但并不能全消除。水溶性物质不可免地会出现在潮湿的气流中,因此就有可能集中出现在镜面。我们通过下面的方法来进行清洁:水滴棉头法(WDCT):1)用棉头清洁;2)用一大水滴覆盖整个镜面;3)用棉头将水排掉。水滴气流法(WDGF):1)用棉头清洁镜面;2)用一大水滴覆盖整个镜面;3)用一干净的干气流将水滴吹离镜面。水滴抽气法(WDS):1)1)用棉头清洁镜面;2)用一大水滴覆盖整个镜面;3)用抽气机将水滴抽离镜面。l水棉头法(WCT):直接用棉头清理。

WCT是用蒸馏水和酒精来进行的。其他的方法只使用蒸馏水(有时在WCT后用酒精)。令人有些惊讶的是,虽然在使用WDCT和WCT这两种方法进行清洁后形成的冷凝物状态的复现性较差,方法都可以获得结果。通常情况下,使用WDCT方法很难获得令人满意的清洁效果。当使用WDGF或WDS时,须注意将样品管中的残留水清理干净。尽管通常需要多的尝试,小心地使用这些方法进行清理还是会使镜面明显的干净起来。

无锡徽科特测控技术有限公司由实验总结出,如果清洁后的镜面上没有明显的污染物,那么无论使用哪种方法,露点仪读数的差别都小(一般小于0.02℃)。但是,简便的方法还是取决于露点仪的设计。WDGF和WDS这两种方法的一个优点是,重新形成的冷凝层上的水滴或冰晶分布得均匀。这种分布可以防相当少的大水滴或冰晶占据整个镜面。

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