Shaw露点仪的传感器

Shaw露点仪的传感器
庄慧华
【摘要】Shaw露点仪采用电容式传感器,是电池供电的便携式仪表,能在-100℃～+20℃的范围内快速准确地测量气体的含水量.本文介绍其传感器的原理与结构,稳定性,仪器的校准,电气功能的检验,响应时间,传感器的老化以及关于传感器的关注点.【期刊名称】《分析仪器》
【年(卷),期】2010(000)006
【总页数】2页(P97-98)
【关键词】露点仪;传感器;湿度;分子筛
【作者】庄慧华
【作者单位】中国石化上海石化股份有限公司化工研究所,上海,200540
【正文语种】中文
1 传感器
1.1 传感器的结构与类型
传感器由镀有吸湿层其末端涂有多孔黄金膜的高纯度铝线组成。

黄金膜和铝核心形成板式电容，由于具有极其小的孔隙，传感器周围大气层中的某些水蒸汽分子会进入绝缘层，并冷凝成水，在传感器外部的水蒸汽和孔隙中的冷凝水之间存在一个动态平衡。

传感器的类型与量程范围见表1。

表 1 传感器的量程范围与传感器类型类型简称量程范围Purple紫点-100℃～
0℃Silver银点-100℃～-20℃Red红点-80℃～-20℃Grey灰点-80℃～
0℃Yellow黄点-60℃～0℃Gold金点-50℃～+20℃Blue蓝点-80℃～+20℃1.2 校准线
目前，质检中心使用的是红点和灰点传感器，量程范围分别在-80℃～-20℃和-80℃～0℃，满量程为-20℃和0℃的可以用Automatic Calibration Line 校正，环境露点一般在0℃以上，因此传感器在环境中暴露1分钟后，仪器读数必须在自动校正线，如果读数调整，旋转仪器表壳前面的校正旋钮，用一字型改锥，顺时针旋转增加读数，反时针旋转减少读数。

2 稳定性
2.1
传感器制成之后，其湿敏性能随时间逐渐下降，这种现象称之为“老化”，是构成元件性能不稳定的因素之一，由于氧化层微孔数目的逐渐减少和微孔中导电离子的迁移，使元件的性能发生变化，元件长期存放，在外界条件作用下，孔基氧化层从无定形结构逐渐转化为晶形结构，也会改变元件的电性质。

为解决老化问题，可用各种大型离子的盐类饱和溶液对元件进行后处理，根据扩散过程动力学原理，这些大型离子渗入并保持在微孔壁的表层，抑制了离子的迁移，从而使元件的性能趋于稳定。

其次，是用热水浸煮，或再辅以超声波清洗，实践证明，清洗前后，传感器上的电容值基本不变。

2.2
造成元件性能不稳定的另外一个因素是零点漂移，传感器由于贮存条件或环境条件不同会引起校正曲线位移，即传感器的校正曲线随条件而变，会使测量结果重复性差。

3电气功能的检验
3.1
仪器关闭，移出仪器探头，拔出传感器的同轴插头，在传感器电缆插座接8.6kΩ
的电阻负载，调节VR1至满量程，此时测得表头50μA，114mV。

3.2
接上探头，因在环境条件，露点在-20℃以上，由于传感器的特殊关系(任何传感器，当其读数达到其设计的最大潮湿量时，湿度再大，读数不会增加)，水分在-20℃时已饱和，表头指示-20℃满量程。

3.3
测得表头50μA和120mV相比，偏高5%，指示偏高，证明探头已经污染，需要清洗，以-20℃饱和点来证明清洗是否合格。

3.4
增加电阻负载到18.6kΩ，读数应减少到量程的62%，误差为±1%。

3.5
增加电阻负载到62kΩ，读数应减少到量程的23.5%，误差为±1%。

3.6
重新装好探头，执行自动校准过程。

4 响应时间
传感器在从干燥到潮湿(即吸湿)和从潮湿到干燥(脱湿)的响应时间是不相同的，吸
湿比脱湿快得多。

当传感器在未测时，置入分子筛内干燥或置入干燥的氮气中保存(氮气的露点大约在-80℃左右)。

5 关注点
5.1 分子筛
当把探头置于分子筛内，即探头进入干燥，等待10分钟后，读数的探头湿度大于-70℃，可认为分子筛干燥，如小于-70℃，则分子筛要再生或更换。

5.2 探头污染
若有碳氢化合物和污物沉积污染传感器，可浸泡在试剂级的正己烷中10分钟，再在蒸馏水中浸泡10分钟，后放于50℃的低温烘箱中烘干，再经超声波清洗，清
洗前后的电容基本上不变。

5.3 通过实验可以判断传感器的好坏
表2为三种传感器的实验数据，从三种传感器的实验数据看，选取的饱和电容大，传感器电容值变化大，性能优。

表 2 三种传感器的实验数据传感器编号名称饱和点电容干燥室内电容电容相差值
无编号红点0.262μf0.021μf0.241μfA1004红点0.148μf0.017μf0.131μfAI2730红点0.207μf0.012μf0.195μf
6 结束语
目前，氧化铝传感器的优点是：体积非常小，灵敏度高(测量下限达-110℃露点)，响应速度快，测量信号直接以电参量的形式输出，但精度和准确度不够理想。

参考文献
1 杨一德.分析仪器电子技术.北京：北京理工大学出版社，1995：102-110
2 吴石增，黄鸿. 传感器与测控技术. 北京：中国电力出版社，2003：97。