一、什么是露點(diǎn)?
露點(diǎn)溫度用于衡量氣體中的水氣含量。水具備這樣一種特性:能夠在多種條件下以液體、固體或氣體的形式存在。為了解水蒸氣的性質(zhì),首先要知道氣體的一般性質(zhì)。
對于任何氣體混合物而言,總壓等于所有組分氣體的分壓之和。這就是道爾頓定律,其表示如下:
P總和=P1+P2+P3…
混合物中任何氣體的量都可以用壓力來表示??諝獾闹饕煞质堑?dú)?、氧氣和水氣,因此大氣總壓由這三種氣體的分壓組成。雖然氮?dú)夂脱鯕獾臐舛容^為穩(wěn)定,但水氣的濃度變化很大,必須通過測量來確定。
水氣的最大分壓隨溫度變化而變化。例如,溫度為20°C時(shí),水氣的最大分壓為23.5 mbar。23.5 mbar被稱為20°C時(shí)的“飽和水氣壓力"。在20°C的“飽和"環(huán)境下,添加更多水氣會(huì)發(fā)生冷凝。這種冷凝現(xiàn)象可用來測量水氣含量。
水氣濃度未知的氣體經(jīng)過一個(gè)溫度受控的表面。將表面冷卻,直至形成冷凝。冷凝形成時(shí)的溫度稱為“露點(diǎn)溫度"。因?yàn)闇囟扰c飽和水氣壓力之間存在*的相關(guān)性(請注意,水氣的最大分壓,又稱“飽和水氣壓力",隨溫度變化而變化),所以測量氣體的露點(diǎn)溫度就可以直接測量水氣的分壓。知道露點(diǎn)溫度,就可以計(jì)算出或查到對應(yīng)的飽和水氣壓力。下表顯示了一些溫度值及其對應(yīng)的飽和水氣壓力值:
二、露點(diǎn)與霜點(diǎn)有何區(qū)別?
露點(diǎn)(Td)是含水氣的氣體在恒壓下達(dá)到飽和時(shí)的溫度。這是相對于冰點(diǎn)以上的溫度而言的,此時(shí)表面冷凝物是液態(tài)水。霜點(diǎn)(Td/f)指低于冰點(diǎn)時(shí)的飽和溫度,對應(yīng)的表面為冰。實(shí)際上,在冷凍條件下,霜往往比露珠更早形成。
這種差異是由于水氣在水面或冰面上方時(shí),其分壓發(fā)生輕微變化造成的。這種變化被用來計(jì)算代表高于和低于冰點(diǎn)溫度的飽和點(diǎn)的值。低于冰點(diǎn)溫度時(shí)的飽和點(diǎn)越低,Td與Td/f之間的差異就越大(請參見圖表)。
理解這種差異的一個(gè)簡單方法是,當(dāng)露點(diǎn)低于0°C時(shí),霜點(diǎn)將被用來表達(dá)此時(shí)的狀態(tài)。維薩拉儀表默認(rèn)使用相應(yīng)的Td/f,并且可以計(jì)算和輸出您的應(yīng)用所需的任一變量。
三、露點(diǎn)與“壓力露點(diǎn)"有何區(qū)別?
在高于大氣壓的壓力條件下測量氣體的露點(diǎn)溫度時(shí),我們會(huì)用到“壓力露點(diǎn)"這一術(shù)語。它是指氣體在壓力環(huán)境下的露點(diǎn)溫度。這一點(diǎn)非常重要,因?yàn)楦淖儦怏w壓力會(huì)改變該氣體的露點(diǎn)溫度。
四、壓力對露點(diǎn)有什么影響?
增大氣體壓力會(huì)使該氣體的露點(diǎn)溫度升高。例如,大氣壓力為1013.3 mbar,此時(shí)露點(diǎn)溫度為-10°C。由上表可知,水氣的分壓(用符號(hào)“e"表示)為2.8 mbar。如果將空氣壓縮,使總壓力加倍到2026.6 mbar,那么根據(jù)道爾頓定律,水氣的分壓e也將加倍到5.6 mbar。5.6 mbar對應(yīng)的露點(diǎn)溫度約為-1°C,因此很明顯,增大空氣壓力也會(huì)使空氣的露點(diǎn)溫度升高。相反,將壓縮空氣膨脹到大氣壓力會(huì)降低所有氣體組分(包括水氣)的分壓,從而降低氣體的露點(diǎn)溫度。總壓力與水氣分壓e的關(guān)系可表示為:P1/P2=e1/e2。
通過將露點(diǎn)溫度換算為對應(yīng)的飽和水氣壓力,可以輕松地計(jì)算出總壓力變化對飽和水氣壓力的影響。然后可以將新的飽和水氣壓力值轉(zhuǎn)換回對應(yīng)的露點(diǎn)溫度。這些計(jì)算可以使用表格手動(dòng)完成,也可以借助各種軟件進(jìn)行。提供多種采樣單元硬件(包括快速斷路器、冷卻線圈和焊接的壓縮配件),使露點(diǎn)傳感器可以在任何工藝過程中輕松安裝。
五、為什么了解壓縮空氣中的露點(diǎn)很重要?
壓縮空氣中露點(diǎn)溫度的重要性取決于空氣的預(yù)期用途。在很多情況下,露點(diǎn)并非關(guān)鍵(氣動(dòng)工具的便攜式壓縮機(jī)、加氣站輪胎充氣系統(tǒng)等)。
有些情況下,露點(diǎn)很重要,因?yàn)檩斔涂諝獾墓苈繁┞对诒鶅鰷囟认?,高露點(diǎn)可能導(dǎo)致管路凍結(jié)和堵塞。許多現(xiàn)代工廠利用壓縮空氣來操作各種設(shè)備,如果內(nèi)部部件上發(fā)生冷凝,有些設(shè)備可能會(huì)出現(xiàn)故障。有些需要壓縮空氣的水敏工藝(例如噴漆)可能有特定的干燥規(guī)范。另外,醫(yī)療和制藥工藝可能會(huì)將水氣和其他氣體視為污染物,要求達(dá)到非常高的純度。
六、壓縮空氣中露點(diǎn)溫度通常的范圍是多少?
壓縮空氣中的露點(diǎn)溫度范圍上限為環(huán)境溫度,低可達(dá)-80°C,有時(shí)在特殊情況下會(huì)更低。沒有空氣干燥能力的壓縮機(jī)系統(tǒng)往往會(huì)產(chǎn)生在環(huán)境溫度下飽和的壓縮空氣。裝有冷干機(jī)的系統(tǒng)中的壓縮空氣會(huì)流經(jīng)某種冷卻式熱交換器,從而使氣流中的水冷凝析出。這些系統(tǒng)通常會(huì)產(chǎn)生露點(diǎn)不低于5°C的空氣。吸干機(jī)系統(tǒng)中的干燥劑吸收氣流中的水氣,可產(chǎn)生露點(diǎn)為-40°C的空氣,必要時(shí)可進(jìn)一步干燥。適用于儀表空氣的ANSI/ISA-7.0.01-1996。
七、壓縮空氣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是什么?
ISO8573.1是具體說明壓縮空氣質(zhì)量的國際標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了三類空氣質(zhì)量的限值:
1、任何殘余顆粒物的最大顆粒尺寸
2、允許的最高露點(diǎn)溫度
3、最大殘余油含
下表中每個(gè)類別都具有一個(gè)介于1到6之間的質(zhì)量等級編號(hào),其依據(jù)為表中所示的參考值。例如,如果某個(gè)系統(tǒng)符合ISO8573.1標(biāo)準(zhǔn),且等級被評定為1.1.1,則它能提供露點(diǎn)不高于-70°C的空氣??諝庵兴袣堄囝w粒物尺寸不超過0.1μm,最大油含量為0.01 mg/m3。另有其他壓縮空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),例如適用于儀表空氣的ANSI/ISA-7.0.01-1996。
八、如何可靠地測量壓縮空氣中的露點(diǎn)?
露點(diǎn)測量的一些原則適用于所有類型的儀表,無論制造商是誰:
1、選擇具有正確測量范圍的儀表:有些儀表適合測量高露點(diǎn),但不適合測量低露點(diǎn)。同樣,有些儀表適測量非常低的露點(diǎn),但在暴露于高露點(diǎn)時(shí),性能會(huì)受到影響。
2、了解露點(diǎn)儀表的壓力特征:有些儀表不適合在加工壓力下使用。可以安裝這些儀表來測量膨脹到大氣壓力后的壓縮空氣,但如果壓力露點(diǎn)是所需的測量參數(shù),則測量的露點(diǎn)值必須進(jìn)行壓力補(bǔ)償校正。
3、正確安裝傳感器:遵循制造商的說明。不要在短管末端或其他無氣流的管道的“死區(qū)"部分安裝露點(diǎn)傳感器。
維薩拉生產(chǎn)的露點(diǎn)系列儀表,是測量壓縮空氣露點(diǎn)溫度的理想之選。DRYCAP®傳感器技術(shù)可在低至-80°C的環(huán)境溫度下快速測量露點(diǎn),且在整個(gè)范圍內(nèi)都能保持±2°C的準(zhǔn)確度。
除上述一般原則,在選擇和安裝維薩拉露點(diǎn)儀表時(shí)還應(yīng)考慮以下事項(xiàng):
A.露點(diǎn)傳感器的最佳安裝方式是將傳感器與壓縮空氣管路隔離開來??蓪鞲衅靼惭b在“采樣單元"中,然后將該單元采用T型方式連接到壓縮空氣管路。會(huì)有少量壓縮空氣排出并流經(jīng)傳感器。采樣單元應(yīng)由不銹鋼制成,并用導(dǎo)管(1/4"或6 mm)連接到T形接頭。在采樣單元和空氣管路之間安裝一個(gè)隔離閥將會(huì)非常實(shí)用,便于輕松地安裝和拆卸傳感器。
B.流量調(diào)節(jié)裝置對于控制流經(jīng)傳感器的氣流不可少的。所需的流速僅為1 slpm。調(diào)節(jié)裝置可以是泄露螺釘或閥門。為了測量壓力露點(diǎn),應(yīng)將調(diào)節(jié)裝置安裝在傳感器的下游,以便當(dāng)隔離閥打開時(shí),傳感器處于工藝過程壓力之中。要在大氣壓力下測量露點(diǎn),應(yīng)將調(diào)節(jié)裝置安裝在露點(diǎn)傳感器的上游。
C.請勿在超過推薦流速的空氣中采樣。測量壓力露點(diǎn)時(shí),流速過高會(huì)在傳感器處產(chǎn)生局部壓降。因?yàn)槁饵c(diǎn)溫度對壓力很敏感,這會(huì)導(dǎo)致測量出錯(cuò)。
D.最佳的氣流導(dǎo)管材質(zhì)是不銹鋼(SS)。非金屬管能吸收和解吸水氣,導(dǎo)致測量響應(yīng)滯后。如果沒有不銹鋼管,請考慮使用PTFE或其他不吸水的材料。不要使用透明塑料管或黃色橡膠管。
E.通過將傳感器直接安裝在壓縮空氣管路中,可以降低露點(diǎn)儀表的安裝成本。在這些情況下,應(yīng)選擇一個(gè)傳感器有足夠氣流且壓縮空氣溫度等于或接近環(huán)境溫度的位置,這一點(diǎn)非常重要。
九、露點(diǎn)傳感器出現(xiàn)故障的警示信號(hào)是什么?
儀表總是顯示一個(gè)值,仿佛輸出或顯示被鎖定了。
儀表“觸底",其讀數(shù)始終為可能的低值。
儀表讀數(shù)不穩(wěn)定,在很寬的數(shù)值范圍內(nèi)快速或隨機(jī)變化。
儀表顯示不可能的干/濕露點(diǎn)值。
十、應(yīng)該多久檢查或校準(zhǔn)一次露點(diǎn)傳感器?
最好遵循制造商的建議。維薩拉建議校準(zhǔn)間隔為一年或兩年,視儀表具體型號(hào)而定。有時(shí),對照經(jīng)過校準(zhǔn)的便攜式儀表進(jìn)行簡單的現(xiàn)場檢查就足以驗(yàn)證其他儀表的運(yùn)行是否正常。維薩拉在每種儀表的對應(yīng)用戶指南中提供了詳細(xì)的校準(zhǔn)信息。如果您對露點(diǎn)儀表的性能有任何疑問,請隨時(shí)檢查其校準(zhǔn)情況。