冷镜式露点仪测量中的若干问题

　　1　引言

　　气象领域中湿度的表示方法有多种,如水汽压、绝对湿度、相对湿度、露点温度、比湿和热力学湿球温度等。露点法是一种绝对的湿度测量方法。露点仪是测量气体露点温度的仪器。冷镜式露点仪因其性能稳定,并且是目前唯一一种全温度范围内的测湿仪器,成为国防气象领域湿度量值传递和国际比对通用的传递标准。

　　2　冷镜式露点仪的工作原理

　　冷镜式露点仪是利用半导体制冷原理冷却露点传感器的镜面,使气体中的水蒸气在镜面上冷凝为露或霜,光电或声表面波检测系统自动控制平衡,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,即气体的露(霜)点温度。露点仪直接给出的量值是露点温度,确切地说应为“热力学露点温度”。世界气象组织采用的定义是“压力为P,混合比为r的湿空气的热力学露点温度Td,是指在给定的压力下,湿空气被水饱和时的温度。在这个温度下,湿空气的饱和混合比rw等于给定的混合比r″。如图1所示。

　　3　冷镜式露点仪测量中注意的若干问题

　　3·1　镜面污染对露点测量的影响

　　拉乌尔效应是由水溶性物质造成的。如果被测气体中携带这种物质(一般是可溶性盐类)则镜面提前结露,使测量结果产生正偏差。当镜面上露层与气体中水蒸气达到平衡时测出的温度才是露点温度。而这种气、液的两相平衡是一种动态平衡,即单位时间内从液相蒸发到气相的分子数等于从气相凝结到液相的分子数。当溶剂(水)中溶解了难挥发的溶质时,其表面不均匀地被溶质的粒子占据,所以单位时间从镜面上的溶液中蒸发出的分子数则比纯水中蒸发出的分子数要少,此种情况下若达到相平衡,镜面上溶液的蒸汽压低于纯水的蒸汽压,而此时露点温度与蒸汽压是一一对应的,根据拉乌尔定律,溶液的露点温度比实际(纯水)要高,且升高量与溶质的摩尔分数成正比。解决的方法:

　　(1)由于镜面上不同厚度的露层对光的反射或散射的程度不同,可利用光路来检测露层厚度,因为露层厚度适当时杂质浓度便会降低,可减少杂质影响;

　　(2)可通过溶液冰点降低的值,求出溶质浓度(摩尔分数),进而求出露点升高量的方法来补偿,且冰点降低比露点升高明显得多,对冰点的测量精度要求不高。

　　若污染物是不溶于水的微粒,如灰尘等,则会增加本底的散射水平,从而使光电露点仪发生零点漂移。解决这种影响的方法:在测量前,先给镜面深度制冷,然后升温,再降温,直至达到露点。

　　此外,我们可以采取如下方法对镜面进行定期清洁,从而降低镜面污染对测量结果的影响。水滴气流法:首先用棉头清洁镜面;再用一大水滴覆盖整个镜面;最后用干净的干气流将水滴吹离镜面。使用此方法时要特别注意将样品管中的所有残留水清理干净。水滴气流法优点之一是重新形成的冷凝层上的水滴或冰晶分布得非常均匀,这种分布可以防止相当少的大水滴或冰晶占据整个镜面。