便携式光电露点仪的研制

　　1　引言

　　相对湿度是表示在一定的温度、压强下,空气中含有的水蒸气是否接近饱和的一个物理量(水蒸气的温度始终与空气温度相同,而水蒸气压只是空气压力的分压),相对湿度越大,说明空气中的水蒸气越接近饱和,当空气中的水蒸气一旦呈饱和状态(此时的水蒸气又称饱和水蒸气压)而凝结成水时,就称之谓结露,这时的温度称为露点温度(或简称露点)。露点温度也就是用来表示气体的湿度。理论和实际表明,空气的露点温度和饱和水蒸气压是一一对应的。一定的温度下,空气中的水蒸气压一般都要低于该温度下的饱和水蒸气压,在保持压强不变的情况下,对空气进行降温,那么空气中相应的饱和水蒸气压必然会降低,一旦饱和水蒸气压降到与原来空气中的水蒸气压相同时,处于降

　　温过程的空气中的水蒸气必然要在此时达到饱和状态而结露,这个露点温度可以测量出。理论上,对于给定温度、压强的空气,它的相对湿度与露点温度是相互对应的,因此,只要在保持压强不变的情况下找到露点温度,通过换算或查表,就可以确定相对湿度,这就是用露点法来测量相对湿度的原理.

　　在精确测量湿度方面,露点法是一种相当准确的方法.实现露点的测量必须包括3个基本环节:降温、判断露点的形成和测量露点温度。一般的光电式精密露点仪由于价格昂贵,只是作为一级湿度标准计量器具。本文所叙述的便携式光学露点检测仪,具有精度高,传感器体积小,成本低,仪器操作使用方便等特点,可作为普通的工作计量器具推广使用。

　　2　露点仪工作原理

　　该仪器结构上分为传感器和机箱两部分,体积小,便于携带。传感器部分由光学系统(光的发射、反射和接收)、制冷系统、测温系统组成,结构如图1所示。

　　仪器的原理框图如图2所示。露点仪的工作原理:专门的采集空气的气道(气道内放置一个测温器件,在气道的尾部安装一个微型风扇)使样气通过气道后进入一体化结构(由光的发射、反射、接收、测温和制冷器件组成)。由测温传感器测出样气温度,制冷器使得光的反射面和测温模块一起降温,反射光的信号变化与参考电压比较产生一个误差信号,这个误差信号经过PID电路去驱动制冷器工作,使得镜面上始终保持结露状态(这时镜面上结露的水气与室温样气带走的水气相平衡),这时的镜面温度就是露点温度。在这种状态下,当样气的含湿量变化时,露点也随之跟踪变化。

　　3　设计特点

　　3.1　光学系统

　　光学系统是露点仪传感器中非常重要的一部分,包括光的发射和光的反射、接收。设计中采用LED发光二极管和光电二极管,光的单色性好,功耗小,驱动简单,性能稳定,不会在反射镜上产生明显的热效应。光的反射镜面,采用抛光的铂片,其性能稳定,耐腐蚀。反射光的光强变化反映反射镜面是否结露,所以要求光源是恒定不变的理想情况。在光学系统设计中,用一个参考二极管装在发光管的附近,参考光电二极管的信号放大后与一个基准电压比较,对各种因素引起的光强变化进行补偿。