精密光电露点仪的研制

　　1　引　言

　　露点仪是一种测量气体中含水量即湿度的仪器,目前测量湿度的仪器品种繁多,但作为湿度的通用仪器,一种是普通的湿度指示仪,即利用湿敏元件作为传感器的湿度仪或利用电解法来进行湿度测量等,另一种就是光电露点仪。前一种方法为相对测量法,光电露点仪则为绝对测量方法。

　　前一种湿度仪测量精度低、稳定性差,主要用于高湿气体湿度或对测量精度要求不太高的场合,但是它们具有结构简单、成本低廉的优点;光电露点仪是一种高精度湿度测量仪器,在国内主要用来作为湿度计量的标准器来使用。

　　2　工作原理

　　气体露点温度是一种常用的气体湿度表示方法。采用光电露点仪测试气体露点的基本原理是根据气体露点温度的定义。其定义为:用等压冷却的方法使气体中的水蒸汽冷却至凝聚相出现,或通过控制冷面的温度,使气体中的水蒸汽与水的平展表面呈热力学平衡状态,准确测出此时的温度,即为该气体的露点温度。本露点仪是采用热电制冷技术光电检测镜面冷凝式露点仪,其组成原理图如图1。

　　当气体以一定的流速进入露点室并掠过镜面时。此时由于镜面温度高于被测气体的露点温度,镜面上是干燥的,此时,二极管发出的光照在镜面上,几乎为全反射,由光敏三极管感应到并输出光电信号给控制回路,控制回路驱动热电制冷器对镜面制冷;当镜面温度降至被测气体的露点温度时,镜面上开始结露,此时光照在镜面上后会出现漫反射,光敏三极管感应到反射光信号减弱,经过控制回路调节热电制冷器的电源,减小其制冷功率,最后使镜面温度平衡在被测气体露点温度上。

   　3　系统组成

　　精密露点仪主要由传感器、温度测量电路、光桥电路、光桥信号放大、数据采集、半导体制冷器驱动电路、显示电路、单片机电路等部分组成,其组成框图如图2。yh

　　3·1　传感器

　　传感器是精密光电露点仪的重要部件,它主要由气室、镜面、制冷半导体、冷却装置、过热保护电路、温度传感器、光桥电路等组成。

　　考虑到传感器能测量低湿度的多种气体,其气室采用了铝合金材料氧化后(黑化处理)加工而成,使其具有一定的抗腐蚀能力。为提高光桥电路的信噪比,露点室内腔需喷涂一层10μm左右的黑色氟塑料,减少光的二次反射。顶盖、气室、镜面都能拆卸,方便擦拭镜面或更换镜面,它们之间都要用密封垫进行密封,使样气免受环境空气的干扰。镜面需采用导热性能良好的紫铜材料,和焊接在制冷电堆上面铜块是靠螺纹结合的,其表面镀铑使其具有一定的反射系数并能抗样气的腐蚀。镜面的下部紫铜块要保证和制冷半导体之间的良好的导热性,使铂热电阻与镜面的温度梯度减小到最小。