維薩拉作為氣象、環(huán)境和工業(yè)測(cè)量設(shè)備制造商,其露點(diǎn)儀的測(cè)量核心技術(shù)是其的Vaisala DRYCAP®或HUMICAP®傳感器。這些傳感器都基于電容式聚合物薄膜原理,但針對(duì)不同應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。
核心測(cè)量原理:電容式聚合物薄膜傳感器
維薩拉露點(diǎn)儀的核心是一個(gè)精密的薄膜電容傳感器,其基本工作原理如下:
1.傳感器結(jié)構(gòu):
1)傳感器由兩層電極(通常為多孔金屬層)和中間的一層高分子聚合物薄膜構(gòu)成,形成一個(gè)微型電容器。
2)這種聚合物薄膜具有獨(dú)特的特性:它對(duì)水分子具有高度的選擇性吸附能力,并且其介電常數(shù)會(huì)隨著吸附水分子數(shù)量的變化而線性變化。
2.工作過(guò)程:
1)當(dāng)被測(cè)氣體接觸到傳感器時(shí),氣體中的水蒸氣分子會(huì)擴(kuò)散進(jìn)入聚合物薄膜。
2)聚合物薄膜吸附水分子后,其介電常數(shù)(電容率)會(huì)增加。
3)電容器的電容值(C)與其介電材料的介電常數(shù)(ε)成正比。因此,吸附的水分越多,電容值就越大。
3.信號(hào)轉(zhuǎn)換與計(jì)算:
1)儀器內(nèi)部的電路精確測(cè)量這個(gè)微小電容器的電容值變化。
2)通過(guò)預(yù)先存儲(chǔ)在儀器內(nèi)的、經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)標(biāo)定的數(shù)學(xué)模型和標(biāo)定曲線,將電容值的變化直接轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度、相對(duì)濕度、絕隊(duì)濕度或水分體積分?jǐn)?shù)(ppm)等參數(shù)。
維薩露點(diǎn)儀的關(guān)鍵技術(shù)與優(yōu)勢(shì):
僅僅依靠上述基礎(chǔ)原理還不夠,維薩拉的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于如何確保該原理在實(shí)際復(fù)雜環(huán)境中長(zhǎng)期穩(wěn)定、精確地工作:
1.自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)(Auto-Calibration):
1)這是維薩拉的核心技術(shù)。隨著時(shí)間的推移,傳感器可能發(fā)生極其緩慢的漂移。
2)維薩拉儀表的內(nèi)部集成了一個(gè)特殊參考裝置。儀器會(huì)定期(例如每隔幾小時(shí)或幾天)自動(dòng)執(zhí)行一個(gè)校準(zhǔn)循環(huán):將傳感器加熱到一個(gè)特定高溫,此時(shí)聚合物薄膜會(huì)全干燥,其電容值對(duì)應(yīng)于一個(gè)已知的“零點(diǎn)"(即露點(diǎn)極低的狀態(tài))。
3)通過(guò)不斷更新這個(gè)參考點(diǎn),儀器可以自動(dòng)補(bǔ)償傳感器的長(zhǎng)期漂移,無(wú)需人工干預(yù)或頻繁送回標(biāo)定,實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
2.溫度補(bǔ)償與精確測(cè)量:
1)傳感器的特性也受溫度影響。維薩拉儀表內(nèi)部有高精度的溫度傳感器(通常也是鉑電阻PT100),實(shí)時(shí)測(cè)量傳感器自身的溫度,并在計(jì)算中進(jìn)行補(bǔ)償,確保全量程范圍內(nèi)的準(zhǔn)確性。
3.耐冷凝與抗污染設(shè)計(jì):
1)對(duì)于露點(diǎn)儀,大的挑戰(zhàn)之一是應(yīng)對(duì)高濕度甚至結(jié)露的環(huán)境。維薩拉的傳感器和探頭設(shè)計(jì)能夠耐受短時(shí)間的冷凝。
2)維薩拉DRYCAP®傳感器專門針對(duì)低露點(diǎn)(干燥氣體)測(cè)量?jī)?yōu)化,具有更強(qiáng)的抗冷凝和抗大多數(shù)化學(xué)污染物能力。
3)維薩拉HUMICAP®傳感器則覆蓋更寬的濕度范圍,同樣具有優(yōu)良的穩(wěn)定性。