露點濕度計

露點濕度計是通過測量露點温度而測定空氣濕度的儀器。普通露點濕度計一般是由光學鏡面、放大器和電源等組成。當空氣連續通過光學鏡面時，用人工製冷方法使鏡面温度降低，於是空氣中的水氣在鏡面上凝結。剛發生凝結時，由鏡面反射的光強急劇減弱，測量此瞬間凝結面的温度(即露點)便可推算出相應的濕度。此種形式的露點濕度計常在0℃以上時使用。 ^[1] 

20世紀科學技術的發展為全面革新露點技術奠定了基礎。在Regnault露點儀的基礎上，人們對製冷方法、鏡面温度的測量、露的檢測技術和冷鏡材料等進行了不斷的改進，並對露層的結構、機理及光電性質進行了初步探討，把露點濕度計的性能和測量準確度提高到一個新的水平。到20世紀50年代末期，採用熱電製冷、自動跟蹤和測量露點的全自動光電露點儀開始發展起來，其後又出現了檢測露層的其他手段，80年代聲表面波(SAW)露點儀問世。露點儀的發展過程主要集中在下面四個問題上。

①製冷方法，即結露表面(鏡面)的降温方法。

②露點的測量方法。

③露的檢測方法和鏡面温度的控制技術。

④鏡面材料的選擇。 ^[2] 

露點濕度計的原理可以通過一個簡單的實驗來説明。若將一個光潔的金屬表面放到相對濕度低於100%的空氣中並使之冷卻，當温度降到某一數值時，靠近該表面的相對濕度達到100%，這時將有露在表面上形成。因為在這個温度下空氣中的水汽達到了飽和，冷金屬表面附着的水膜和空氣中的水汽處於動態平衡，也就是説，在單位時間內離開和返回到表面上的水分子數相同，這就是Regnault原理。該原理可以敍述為：當一定體積的濕空氣在恆定的總壓力下被均勻降温時，在冷卻過程中，氣體和水汽兩者的分壓力保持不變，直到空氣中的水汽達到飽和狀態，該狀態的温度叫作露點。如果空氣的温度是T_a，露生成的温度為T_d，則濕空氣的相對濕度（U）可以通過下式算出：

U=（在露點T_d時的飽和水汽分壓）/（在原來温度T_a的飽和水汽分壓）×100%

在式中，飽和水汽壓的數值可以通過查表得到。在0℃以下，水汽達到飽和時，水在鏡面上結冰，此時的温度又叫作霜點。過去，人們習慣上不予區別，通稱為露點。如果用目視觀察露和霜的形成，可以看到，它們都是在鏡面某一個固定的地方首先出現，然後很快地擴展到整個鏡面。因此，對露(霜)點作出正確判斷是露點儀中的難點之一。 ^[2] 

被測濕空氣進入露點測量室時掠過冷鏡面，當鏡面温度高於濕氣的露點温度時，鏡面呈乾燥狀態，此時光電檢露裝置中光源發出的光照在鏡面上，幾乎完全發射，由光電傳感器感應到並輸出光電信號，經控制迴路比較、放大、驅動熱電泵，對鏡面製冷。當鏡面温度降至濕氣露點温度時，鏡面上開始結露(霜)，光照在鏡面上出現漫反射，光電傳感器感應到的反射信號隨之減弱，此變化經控制迴路比較、放大後調節熱電泵激勵，使其製冷功率適當減小，最後，鏡面温度保持在樣氣露點温度上。鏡面温度由一緊貼在冷鏡面下方的鉑電阻温度傳感器感應，並顯示在顯示窗上。

光電冷凝式露點計的工作原理如圖1所示，被測樣氣由樣氣進口1進入測量室，由樣氣出口2逸出。當氣體經過鏡面7時，鏡面被熱交換半導體制冷器8冷卻至露點。鏡面由光源4照明，並通過光敏橋3來檢測。當露滴在鏡面形成時，光反射的變化可通過直接光檢測器6的降低來確定。不同露點的光散射由散射檢測器5產生影響，使橋路趨於平衡，對放大器減少輸入信號，併成比例地控制晶閘管整流器12供給熱交換半導體制冷器的功率。脈衝電路11為控制電路。這樣連續使鏡面保持在恆定露點的温度。露點温度由測温元件9來測量。

在測量過程中，隨着温度的降低，被測氣體中的水汽接近飽和狀態，由於引力作用，水分子吸附在鏡面上形成一層薄薄的水膜。這是形成露的第一階段。當鏡面温度繼續下降時，水膜的厚度逐漸增加，這是形成露的第二階段。在這一階段內，自由表面對水分子的引力與水膜的表面張力之間的力量對比開始發生變化，後者的影響逐漸起支配作用。此時冷卻表面上的任何不穩定因素，例如鏡面上的微小傷口等，都會使水膜縮聚成液滴。隨着鏡面温度的進一步下降，露滴開始出現，通過顯微鏡可以看到孤立生長而且分佈不規則的露滴，然後露層以很快的速度在表面上擴散，此時可以認為液一氣平衡開始，即達到露點。

普通冷鏡露點計是指採用熱電製冷獲得露或霜，用光電方法判斷露點，並由鉑電阻温度計測定露點的光電露點計。藉助熱電製冷在鏡面上形成露或霜，這些細小水滴靠光電檢測系統來確定。光電信號送往反饋系統以控制鏡面的加熱或冷卻，使整個測量過程保持一定的露層厚度。這種類型的露點計廣泛用於精密實驗室測量，並作為檢定的傳遞標準，此外它也用於許多準確度要求高的工業領域的測量。

鍍金或鍍銠的純銅鏡鏡面受熱電製冷電源控制，發光二極管發出高強度的光照射鏡面，鏡面反射的光通過光敏晶體管或光探測器來檢測。一排隔開的發光二極管和光敏晶體管用於補償光學元件中温度引起的誤差。兩隻光敏晶體管都在一個調節平衡的橋路中，控制熱電製冷電源的電流，即可控制鏡面温度。 ^[3] 

氯化鋰露點計的工作原理是利用氯化鋰飽和水溶液的飽和水汽分壓隨温度而變化進行工作的。通過測量氯化鋰飽和溶液的飽和水汽分壓與被測氣體的水汽分壓相等，即達到平衡時鹽溶液的温度，稱為平衡温度，來確定被測氣體的露點。由於這種露點計結構簡單、性能穩定、壽命很長，因此使用甚廣。

氯化鋰露點計構造如圖3。當在兩極之間通以交流電壓時，有電流流過氯化鋰溶液而產生熱效應。假設起初氯化鋰蒸汽分壓與周圍水汽分壓相等，也即處於平衡狀態。如果周圍被測氣體的濕度(或水汽分壓)增加，則氯化鋰溶液吸收水分而變稀，電導率變大，電流變大，温度升高，氯化鋰蒸汽分壓增加，直至與周圍氣體的水汽分壓相等而達到新的平衡。以後，如果温度繼續上升，則氯化鋰溶液過飽和，電導率變小，仍自行恢復原平衡温度。如果周圍被測氣體濕度(或水汽分壓)降低，則氯化鋰溶液將蒸發出水分而變濃，結果電導率、電流和温度都減小，直至平衡。此時元件的平衡温度比原來降低(但仍高於環境温度)。由此可見氯化鋰溶液的蒸汽分壓工作於一種自動調節過程，經過幾次反覆，就與周圍水汽分壓平衡；周圍水汽分壓變化時，測量的平衡温度也隨着變化，通過温度計即可測出平衡温度並轉變為露點。測量元件有四根引線，兩根為電阻温度計引線，另兩根為加熱電極引線，電阻温度計接至測量儀表，加熱電極接至電源箱。

露點和水汽分壓都是表示絕對濕度的方法，它們之間有一定的對應關係(如露點0℃時，水汽分壓為611.9Pa)，也可以説，露點就是對應於水汽分壓的飽和温度。氯化鋰露點計就是採用氯化鋰電導加熱式測量元件來測量氣體中的水汽分壓的。氯化鋰鹽可吸收空氣中的水分而潮解。在同一温度時，潮解形成的飽和溶液的蒸汽壓比純水的飽和氣壓要低。氯化鋰飽和鹽溶液的飽和氣壓隨着温度的升高而增大。如果在某一温度下，當週圍的水汽壓等於氯化鋰的飽和水汽壓時，水汽與氯化鋰溶液中水分的交換就會達到平衡(即吸收和放出的量相等)。此時如果空氣中的水分增加或減少，氯化鋰將會吸收或放出水分。如果空氣中的水汽不變，而改變氯化鋰飽和溶液的温度，同樣也會發生吸收或放出水分。 ^[3]