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一文看懂煙氣的濕度監測技術及應用選擇
閱讀：5650 發布時間：2021-4-16
煙氣濕度是重要的煙氣參數之一，對于煙氣處理影響很大，但其監測手段受環境溫度、壓力、介質吸附及其他多干擾因素影響大且校準困難，如何準確地對其進行監測得到了相關部門越來越多的關注。
一、關于濕度的定義
水分，是指固體或液體物質中水的含量；濕度，則是指氣體中水蒸氣的含量；當氣體中水蒸氣的含量低于-20?C露點時(在標準大氣壓為1020×10-6)，工業中習慣稱為微量水分。
對濕度的表示方法有濕度、相對濕度、露點溫度、濕氣與干氣的比值(重量或體積)、水蒸氣分壓等。
其中，濕度(單位：g/m3或mg/m3)是指在一定溫度和壓力條件下，每單位體積混合氣體中所含的水蒸氣質量；
日常生活中所指的濕度為相對濕度(單位：RH%)，即在一定的溫度、壓力下，濕空氣中水蒸氣的摩爾分數與同一溫度和壓力下飽和水蒸氣的摩爾分數比；
露點溫度(單位：?C或?F)，是指在一個大氣壓下氣體中的水蒸氣含量達到飽和時的溫度，簡稱露點。同時，相對濕度又是溫度的函數，溫度嚴重地影響著空間內的相對濕度。
二、主流濕度測量方法及對比分析
主流濕度測量方法可參見《GB/T11605-2005濕度測量方法》，常用濕度測量方法包括伸縮法、干濕球法、冷凝露點法、氯化鏗露點法、電阻電容法、電解法和重量法等。
1.機械式濕度計
①
測量原理：利用毛發等材料的長度隨濕度而變化的特性直接指示相對濕度值。
②
適用范圍：適用于實驗室、機房、倉庫、廠房等室內環境溫濕度的測量。
③
優點：便宜，對大多數污染物不敏感，不需要電源，可以做記錄。
缺點：易漂移，如果在某一濕度下使用較長的時間會喪失其靈敏度；響應慢，運輸或振動搖擺會破壞其性能；且不能用于0℃以下。
2.干濕球濕度計
①
測量原理：利用兩支型式和尺寸均相同的溫度計，其中一支作為干球溫度計，另一支的球部纏上一層潔凈紗布，并用蒸餾水保持潤濕，作為濕球溫度計。干球溫度與濕球溫度之差取決于當時環境空氣的相對濕度，從而可利用干球溫度與濕球溫度來求得空氣的相對濕度。
②
適用范圍：干濕球濕度計是基本測量法，能較準確測定100℃以下的煙氣含濕量，但不適合測量100℃以上及正壓煙氣。該方法目前多作為參比方法，與儀器檢測同步測量以實現現場校準。
③
優點：穩定性好，當相對濕度接近100%RH時，可以得到較高的準確度；裝置簡單，成本及維修費用低。
缺點：當濕球溫度低于0℃、高于100℃或被測煙氣為正壓時，很難得到可靠的結果。影響測量結果的因素多(風速、輻射等)，對實驗人員及環境要求高。
3.冷鏡式露點儀
①
測量原理：不同水份含量的氣體在不同溫度下的鏡面上會結露，通過光電檢測技術檢測出露層并測量得結露溫度。冷鏡式露點儀采用的是直接測量方法，在保證檢露準確、鏡面制冷高效率和精密測量結露溫度前提下，該類型露點儀可作為標準露點儀使用。
②
適用范圍：冷鏡式露點儀測量范圍較廣，其測量范圍已達到-95℃~70℃，測量精度±0.1℃~±0.5℃，能滿足大多數的測量要求。
③
優點：測量準確且較為穩定，應用普遍。
缺點：價格較高；對操作人員的要求較高，儀表維護量較大；在-20℃~0℃區間內存在過冷水，需注意區分過冷水及霜。
4.電容式濕度測量儀
①
測量原理：電容式濕度測量儀的基本原理是基于平板電容式溫度傳感器對于微量水分的測量，氣體中的水分含量(體積分數)與傳感器電容的對數呈線性關系。
②
適用范圍：適用于在線監測。在-l0℃~80℃條件下，電容式濕度測量儀測量范圍為0%RH~100%RH。
③
優點：測量范圍較廣，溫度系數低；體積小，便于制造，便于集成；日常維護量較小，相對穩定且響應較快。
缺點：該方法是間接測量，在較高的溫度下操作會引起漂移；當被測介質為腐蝕性氣體(如NH3、SO3、Cl2)時，必須定期校準以克服老化、滯后及污染，不建議使用；一般而言，相比于電阻式在線濕度測量儀，精度略低一些。
5.阻容式濕度測量儀
①
測量原理：阻容式濕度傳感器的等效電路為并聯的電容和電阻，水分含量越大電容值越大，而電阻值越小。當電容尺寸確定后，傳感電容的大小取決于介質的相對介電常數，樣品的相對介電常數取決于樣品的含水量，樣品氣中的含水量(體積分數)與阻容法濕度傳感器的電阻和電容值的變化呈函數關系。
②
適用范圍：適用于在線監測。在-l0℃~80℃條件下，電容式濕度測量儀測量范圍為0%RH~100%RH。
③
優點：測量精度高，穩定性高，抗干擾能力強，響應速度快；可對高溫段測量進行溫度補償，滿足大范圍的測量環境溫度要求；便宜，能耗小。
缺點：該方法是間接測量，需定期校準；不適用于低濕環境，且相對濕度低于15%RH時喪失靈敏度；一般而言，相比于電容式在線濕度測量儀，響應略慢一些。
6.*吸收電解法微量水份儀
①
測量原理：氣樣流經一個特殊結構的電解池時，所含的水蒸氣被P2O5膜層吸收并電解。當吸收和電解過程達到平衡時，電解電流正比于氣樣中的水蒸氣含量，從而可通過測量電解電流得知氣樣的濕度。
②
適用范圍：*吸收電解法微量水份儀可用于多種惰性氣體及某些不與P2O5反應的氣體，測量范圍一般為從1μL/L到2000μL/L，在低濕測量中被廣泛應用。
③
優點：屬測量法，穩定性好，不漂移。
缺點：電解池壽命有限，使用成本偏高；高濕或低濕均會縮短其壽命，低濕時響應慢；不能用于某些腐蝕性氣體及能與P2O5發生反應的氣體。
結語：
鑒于對以上幾種濕度主流測量方法的對比分析，在選擇濕度儀表的時候可以參考以下建議：
濕度基準或實驗室分析(樣氣理想，要求測量準確度高)，現場檢測(要求測量準確度高)：建議選擇冷鏡式露點儀；
CEMS成套濕度測量(在線監測，測量工況復雜，干擾因素多)：可以選擇阻容式濕度測量儀；
氣體空分行業露點測量(水分含量低，露點在-70℃以下)：建議選擇電容式濕度測量儀。