冷镜式露点仪简介

　　冷镜式精密露点仪，利用热电制冷器冷却露点传感器的镜面或声表面波器件，使气体中的水蒸气在露点传感器的镜面上冷凝为露或霜，光电系统自动控制平衡，使镜面上的露或霜与气体中的水蒸气呈相平衡状态，用铂电阻温度计准确测量镜面上露层或霜层的温度，从而获得气体的露点温度。

　　测量原理

　　被测湿气进入露点测量室时掠过冷镜面，当镜面温度高于湿气的露点温度时，镜面呈干燥状态，此时光电检露装置中光源发出的光照在镜面上，几乎完全反射，由光电传感器感应到并输出光电信号，经控制回路比较、放大、驱动热电泵，对镜面致冷。当镜面温度降至湿气露点温度时，镜面上开始结露（霜），光照在镜面上出现漫反射，光电传感器感应到的反射信号随之减弱，此变化经控制回路比较、放大后调节热电泵激励，使其制冷功率适当减小，最后，镜面温度保持在样气露点温度上。镜面温度由一紧贴在冷镜面下方的铂电阻温度传感器感应，并显示在显示窗上。

　　目前世界上生产冷镜式露点仪的公司，例如美国的GE、Edgetech、瑞士的MBW等公司均是采用这一原理，英国的MICHELL则是采用双光路检测系统，即同时对反射光及散射光进行检测，芬兰Vaisala则是利用声波作检测系统。

　　在测量过程中，随着温度的降低，被测气体中的水汽接近饱和状态，由于引力作用，水分子吸附在镜面上形成一层薄薄的水膜。这是形成露的第一阶段。当镜面温度继续下降时，水膜的厚度逐渐增加，这是形成露的第二阶段。在这一阶段内，自由表面对水分子的引力与水膜的表面张力之间的力量对比开始发生变化，后者的影响逐渐起支配作用。此时冷却表面上的任何不稳定的因素，例如镜面上的微小伤痕等，都会使水膜缩聚成液滴。随着镜面温度的进一步下降，露滴开始出现，通过显微镜可以看到孤立生长而且分布不规则的露滴，然后露层以很快的速度在表面上扩散，此时可以认为液-汽平衡开始，即达到露点。

　　结构

　　1、镜面

　　镜面应憎水，具有良好的导热性，还要耐磨、耐腐蚀，光学性能好。在过去曾使用金做镜面，目前则主要使用铑做镜面。

　　2、镜面致冷

　　在过去曾使用过乙醚蒸发、机械致冷、液化气体或干冰致冷、压缩空气致冷，目前最常用的则是热电致冷或热电与机械致冷相结合（露点低于-60℃）。在本文中着重介绍热电致冷。

　　热电致冷又称半导体致冷，帕尔贴致冷（来自其英文名称Peltier）。其原理是当有一股直流电通过由两种不同的金属组成的NP元件时，热量会从一种金属传递到另一种金属，正好与热电偶测温相反。因此当将帕尔帖的冷端与镜面相连，其另一端作为散热端时，便可将镜面致冷。

　　为了获得不同程度的低温可采用多级叠加的办法。由美国GE公司给出的资料显示，一般说来，假如室温为25℃时，一级致冷时，冷热端温差可达55℃，二级致冷时冷热端温差可达75℃，四级致冷时冷热端温差可达105℃，五级致冷时冷热端温差可达120℃。不同公司的产品其致冷量也会有稍许的不同。热端温度越高，致冷效率越高，冷热端温差越大。

　　为了降低冷端的温度，通常会采用风冷、水冷及机械致冷来降低热端的温度。但也不是可以无限制地降低。需要注意的是其致冷能力并不能代表露点仪的测量范围。露点仪的测量范围的定义是镜面上可以获得稳定的，具有一定厚度的露或霜层时镜面的温度，因此在一般的露/霜点下，其测量范围一般比其致冷能力高5℃，在低霜点的情况下，一般高10℃~12℃。例如瑞士MBW公司生产的DP19露点仪，当室温为10℃时，其最低测量范围为-60℃，当室温为20℃时，其最低测量范围为-55℃，当室温为35℃时，其最低测量范围为-45℃。由于氢气及氦气的热导率较高，因此其测量范围会缩小几度。当被测气体的压力增大，其测量范围也会缩小，对于空气和氮气来说，在高于常压的情况下，每增加1个大气压，其测量范围降低0.67℃左右。

　　3、测温装置

　　目前绝大部分采用四线制铂电阻测温。铂电阻感温元件在相当宽的温度范围内阻值和温度近于线性关系，精度高，稳定性好，输出信号较强，便于数字显示。

　　4、检测系统

　　目前除芬兰Vaisala公司最近研制生产的冷镜式露点仪是采用声波原理来测量外，其它均是采用光电检测器来测量及控制。光电检测技术已有几十年的历史，比较成熟，但其缺点是不能区分过冷水和霜。