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    如何改進惡劣干燥環境中的濕度測量?

    更新時間:2024-01-12   點擊次數:159次

      流程工業高純氣體案例:

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

      通常認為,在實驗室環境中才能實現理想測量。但是,采樣時會引入某些不確定因素,如污染、平均值、管道等。在本文中,我們將展示與在線測量相比,實驗室環境中存在哪些會造成不確定性的采樣相關因素。

      人們通常認為,實現高準確度的理想方法是購買具有高規格的測量儀表。對于濕度測量而言,這意味著要購買分析儀類型的儀表,因為這類儀表理論上準確度高。然而,相較于更堅固耐用的工業儀表,分析儀價格昂貴,且對環境的影響異常敏感,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題:

      樣本可能無法代表實際的工藝條件。

      •樣本還可能受到采樣和分析中外部因素的影響。

      •樣本可能會受到泄漏的影響,甚至成為泄漏的源頭。

      舉例來說,想象要稱量一些粉末。如果在采樣和稱量之間的過程中,粉末被雨水打濕,樣本將無法反映粉末的真實重量和成分。同樣,水氣也能輕易改變氣體樣本的濕度,即使使用先進的全新儀表,結果也會不準確。

      如何改進干燥環境中的濕度測量:

      實驗:為了展示該問題并研究其影響,我們構建了一個測試裝置(如圖1所示)。該裝置的基本思路是保持恒定的濕度,然后通過在20°C至27°C范圍內改變管道溫度來干擾濕度。理論上,這會導致吸附/解吸效應,從而影響排出加熱室的水氣總量。同樣,在從現場轉至測量實驗室的過程中,采樣管可能會暴露在室外天氣下,進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生類似的影響。實驗過程中,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生器、兩臺維薩拉DMT152露點儀表、一個帶有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和分析儀之間的環境影響。使用兩個溫度傳感器監測加熱室的溫度。

      結果:在不同的壓力、流速和濕度下進行了多次測量。每次實驗中都以相同的方式控制加熱室。(見圖2)

    微信截圖_20240111100618.jpg

      在圖2中,隨著溫度(黑色)的干擾增強,出口處的DMT152檢測到的噪聲濕度越來越多,而入口濕度在測量過程中保持恒定。測量結束后,溫度穩定至實驗室溫度,兩臺DMT152儀表再次穩定并指示相同的霜點溫度。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。事實上,出口處的濕度變化過大,以至于DMT152和CRDS分析儀都無法正確指示入口濕度,并且二者的誤差實際都超出了其規格。然而,此處使用的儀表功能完好,并且性能符合其規格要求,問題出在采樣管上。溫度的變化會引起吸附/解吸現象,從而導致采樣管出口的濕度發生變化。

      該測量活動的結果表明:

      •吸附/解吸引起的最大霜點溫度變化超過4°C。

      •流量的影響:流量越大,噪聲越大。

      •溫度變化越大,管內的吸附/解吸效應越劇烈。

      •濕度越低,相對影響越大。

    微信截圖_20240111161937.jpg

      關鍵要點:在本文中,我們測試了環境對采樣的影響。如果測量環境或采樣不理想,可能會對測量結果產生重大影響。如圖2和圖3所示,由于其在線過程測量的結果更具代表性,位于入口處的DMT152價格更加實惠,且表現優于價格更高的分析儀。因此,建議直接在想要關注的位置進行測量,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單,這種方法也具有更為顯著的成本效益。


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