简谈国外电容式湿度仪的应用领域

　　水分是地球上最丰富的化合物之一。水分与人类的生存、生产、科学研究等都是息息相关的。因此,随着科学技术的发展和生产技术的进步,越来越广泛地提出了水分分析课题,要求测定各种形式样品中的水分浓度,从工业生产的连续控制分析到实验室中仅有的数微升的气态样品分析,从常量水分分析到百万分之一(ppm)以下的微量水分分析等。近些年来,随着生产及科研的需要,国内外已研制出并应用着众多检测原理方法的仪器,例如电解法、电容法、冷镜法、压电吸附法、卡尔菲休化学法等等。但是,其中以电容法湿度仪应用最为广泛。其原因是由于电容式湿度仪器具有优良的检测性能,灵敏度高,线性范围宽,适用范围广,而价格相对较低,故而受到越来越多课题的选用。本文仅就在国外的应用领域做一简单介绍,供参考。

　　1　电容式湿度仪工作原理及仪器型式

　　1·1　工作原理

　　电容式湿度仪的传感器为一独特的氧化铝薄膜形成的电容器。该湿敏元件传感器是用特殊的加工方法制成的。通常是将铝片放在酸性介质中通过交流电氧化,即形成厚度一定、孔径均匀一致的无定型氧化铝层。再在沸水中煮沸,使其转变成硬水合型薄土铝。用真空蒸发法在此氧化铝上镀上一层金膜,铝片基底和金层形成电容器的两个电极,用引线接出即构成一湿敏元件。

　　在测量时,由于金层很薄,水蒸气分子可迅速透过,然后在孔壁上达到平衡(其它分子不能透过)。氧化铝层所吸收水分子数决定了孔壁的电导率,每一孔壁电阻都有一具体数值,它就是水蒸气的直接量度。

　　氧化铝湿敏元件反应非常迅速,当水蒸气浓度从10000μg/L降至10μg/L时, 5 s内输出信号变化达到总含水量的63%。

　　氧化铝湿度计测量水蒸气含量的范围是从露点/霜点+20℃到-110℃,相当于从20000μg水/L到0·001μg水/L。此仪器测量湿度的下限灵敏度比其它湿度计至少高两个数量级。对高湿度的测量有专用湿敏元件,可测范围20℃~60℃露点。测量有机液体中的含水量范围可从饱和状态到低达5×10-6。

　　仪器敏感元件尺寸很小,且不需要管路连接,也不需要调压器等,可直接放在容器及工艺管路内进行无滞后测量,使用非常方便。信号还可以通过电缆远传,进行多点集中操作测量。敏感元件能够在真空或高压下进行湿度测量,总压范围可由几个μmHg到5000 psi/in2。对于静止气流或流速高达1000 cm/s气流均可进行正常的湿度测量。湿度测量的精度,在露点高于-66℃时为±2℃露点,低于-66℃时为±3℃露点。

　　1·2　仪器型式