維薩拉作為氣象、環境和工業測量設備制造商,其露點儀的測量核心技術是其的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,但針對不同應用進行了優化。
核心測量原理:電容式聚合物薄膜傳感器
維薩拉露點儀的核心是一個精密的薄膜電容傳感器,其基本工作原理如下:
1.傳感器結構:
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成,形成一個微型電容器。
2)這種聚合物薄膜具有獨特的特性:它對水分子具有高度的選擇性吸附能力,并且其介電常數會隨著吸附水分子數量的變化而線性變化。
2.工作過程:
1)當被測氣體接觸到傳感器時,氣體中的水蒸氣分子會擴散進入聚合物薄膜。
2)聚合物薄膜吸附水分子后,其介電常數(電容率)會增加。
3)電容器的電容值(C)與其介電材料的介電常數(ε)成正比。因此,吸附的水分越多,電容值就越大。
3.信號轉換與計算:
1)儀器內部的電路精確測量這個微小電容器的電容值變化。
2)通過預先存儲在儀器內的、經過大量實驗標定的數學模型和標定曲線,將電容值的變化直接轉換為對應的露點溫度、相對濕度、絕隊濕度或水分體積分數(ppm)等參數。
維薩露點儀的關鍵技術與優勢:
僅僅依靠上述基礎原理還不夠,維薩拉的技術優勢在于如何確保該原理在實際復雜環境中長期穩定、精確地工作:
1.自動校準技術(Auto-Calibration):
1)這是維薩拉的核心技術。隨著時間的推移,傳感器可能發生極其緩慢的漂移。
2)維薩拉儀表的內部集成了一個特殊參考裝置。儀器會定期(例如每隔幾小時或幾天)自動執行一個校準循環:將傳感器加熱到一個特定高溫,此時聚合物薄膜會全干燥,其電容值對應于一個已知的“零點"(即露點極低的狀態)。
3)通過不斷更新這個參考點,儀器可以自動補償傳感器的長期漂移,無需人工干預或頻繁送回標定,實現了長期穩定性。
2.溫度補償與精確測量:
1)傳感器的特性也受溫度影響。維薩拉儀表內部有高精度的溫度傳感器(通常也是鉑電阻PT100),實時測量傳感器自身的溫度,并在計算中進行補償,確保全量程范圍內的準確性。
3.耐冷凝與抗污染設計:
1)對于露點儀,大的挑戰之一是應對高濕度甚至結露的環境。維薩拉的傳感器和探頭設計能夠耐受短時間的冷凝。
2)維薩拉DRYCAP®傳感器專門針對低露點(干燥氣體)測量優化,具有更強的抗冷凝和抗大多數化學污染物能力。
3)維薩拉HUMICAP®傳感器則覆蓋更寬的濕度范圍,同樣具有優良的穩定性。