1 冷鏡式露點儀基本原理
當一定體積的氣體在恒定的壓力下均勻降溫時,，氣體和氣體中水分的分壓保持不變,，直
至氣體中的水分達到飽和狀態(tài),，該狀態(tài)下的溫度就是氣體的露點。通常是在氣體流經(jīng)的測定
室中安裝鏡面及其附件,，通過測定在單位時間內(nèi)離開和返回鏡面的水分子數(shù)達到動態(tài)平衡時
的鏡面溫度來確定氣體的露點,。一定的氣體濕度對應一個露點溫度；一個露點溫度對應一定
的氣體濕度,。因此測定氣體的露點溫度就可以測定氣體的濕度,。由露點可以得到濕度，
由露點和所測氣體的溫度可以得到氣體的相對濕度,。露點儀直接給出的量值是露點溫度,，確
切地說應為“熱力學露點溫度”。世界氣象組織采用的定義是“壓力為P,，混合比為r 的濕空氣
的熱力學露點溫度Td,，是指在給定的壓力下，濕空氣被水飽和時的溫度,。在這個溫度下,，
濕空氣的飽和混合比rw 等于給定的混合比r”,。
光電露點儀的工作原理可以簡單地敘述為：被測氣體在恒定的壓力下，以一定的流速掠
過光潔的用冷氮氣致冷的金屬鏡面,，隨著溫度逐漸降低,，鏡面達到某一個溫度時開始結(jié)露（或
霜），此時的鏡面溫度就是露點溫度,。儀器通過光學系統(tǒng),，測溫電路，邏輯控制電路,、數(shù)字
顯示電路等,，測量露點溫度Td，并顯示出來,。
2 露點測量中應該注意的若干問題
2.1 鏡面污染對露點測量的影響
在露點測量中,，鏡面污染是一個突出的問題，其影響主要表現(xiàn)在兩個方面：一是拉烏爾
效應,，二是改變鏡面本底散射水平,。拉烏爾效應是由水溶性物質(zhì)造成的。如果被測氣體中攜
帶這種物質(zhì)（一般是可溶性鹽類）則鏡面提前結(jié)露,，使測量結(jié)果產(chǎn)生正偏差,。若污染物是不
溶于水的微粒，如灰塵等,，則會增加本底的散射水平,，從而使光電露點儀發(fā)生零點漂移。此
外,，一些沸點比水低的容易冷凝的物質(zhì)（例如有機物）的蒸氣,，不言而喻將對露點的測量產(chǎn)
生干擾。因此,，無論任何一種類型的露點儀都應防止污染鏡面,。一般說來，工業(yè)流程氣體分
析污染的影響是比較嚴重的,。但即使是在純氣的測量中鏡面的污染亦會隨時間增加而積累,。
為了消除污染的影響，人們摸索出各種各樣的方法,。zui直觀的方法是對被測氣體進行過濾,。
同時根據(jù)具體情況定期或隨時清洗鏡面。此外,，通常采用的辦法是在每次測量前對鏡面進行
加熱,，并通氣吹除污染物。在污染比較明顯的情況下也可以通過多次重復進行結(jié)露和消露過
程來實現(xiàn),。為了消除易冷凝碳氫化合物的干擾,，有人采用雙鏡面技術(shù),，在露點室中增設(shè)一個
與露鏡相連接的“干”鏡面，其溫度稍高于露鏡,，當氣進入露點室時,，“干”鏡受到和露鏡一樣的
污染，但卻不會結(jié)露,，從而提供補償,。
2.2 露點儀測量條件的選擇
在露點儀的設(shè)計中要著重考慮直接影響結(jié)露過程熱質(zhì)交換的幾種因素，這個原則同樣適
用于自動化程度不太高的露點儀器操作條件的選擇,。這里主要討論鏡面降溫速度和樣氣流速
問題,。
被測氣體的溫度通常都是室溫。因此當氣流通過露點室時必然要影響體系的傳熱和傳質(zhì)
過程,。當其他條件固定時,，加大流速的質(zhì)量密度將有利于氣流和鏡面之間的傳質(zhì)。特別是在
進行露點測量時,，流速應適當提高,，以加快露層形成速度；但是流速不能太大,，否則會造成
過熱問題,。這對制冷功率比較小的熱電制冷露點儀尤為明顯。流速太大還會導致露點室壓力
降低而流速的改變又將影響體系的熱平衡,。所以在露點測量中選擇適當?shù)牧魉偈潜匾?，?br />速的選擇應視制冷方法和露點室的結(jié)構(gòu)而定。一般的流速范圍在0.4L/min～0.7L/min 之間,。
為了減小傳熱的影響,，可考慮在被測氣體進入露點室之前進行預冷處理。
在露點測量中鏡面降溫速度的控制是一個重要問題,，對于自動光電露點儀是由設(shè)計決定
的,，而對于手控制冷量的露點儀則是操作中的問題。因為冷源的冷卻點,、測溫點和鏡面間的
熱傳導有一個過程和速度，給測量結(jié)果帶來誤差,。這種情況又隨使用的測溫點與鏡面之間的
溫度梯度比較大,，熱傳導速度也比較慢，從而使測溫和結(jié)露不能同步進行,。而且導致露層的
厚度無法控制,。這對目視檢露來說將產(chǎn)生負誤差。
另一個問題是降溫速度太快可能造成“過冷”,。我們知道,，在一定條件下,，水汽達到飽和
狀態(tài)時，液相仍然不出現(xiàn),，或者水在零度以下時仍不結(jié)冰,，這種現(xiàn)象稱為過飽和或“過冷”。
對于結(jié)露（或霜）過程來說,，這種現(xiàn)象往往是由于被測氣體和鏡面非常干凈,，乃至缺少足夠
數(shù)量的凝結(jié)核心而引起的。
過冷現(xiàn)象是短暫的,，其時間長短和露點或霜點溫度有關(guān),。這種現(xiàn)象可以通過顯微鏡觀察
出來；解決的辦法之一是重復加熱和冷卻鏡面的操作,，直到這種現(xiàn)象消除為止,。另一個解決
辦法是直接利用過冷水的水汽壓數(shù)據(jù)。并且這樣做恰恰與氣象系統(tǒng)低于零度時的相對濕度定
義相吻合,。
由上可見,，無論是從熱慣性或過冷現(xiàn)象來考慮，降溫速度都不宜太快,，如果超過合理范
圍,，則降溫速度愈快，熱慣性也愈大,，露點測量的誤差就愈大,，也越容易出現(xiàn)過冷。*降
溫速度一般通過實驗來確定,。
2.3 低霜點測量中的問題
霜點計或稱低霜點濕度計是微量水測定中為數(shù)不多的zui有效的手段之一,。但是在測量中
有些問題必須給予充分的注意。首先是影響檢測的霜層厚度問題,。
在低含水量的情況下,，霜層很薄，變化也慢,，增加了檢霜的困難,，如霜點低于-65℃時，
鏡面上水分子移動性減小,，結(jié)晶速度相應下降,，從霜層的出現(xiàn)到相對穩(wěn)定需要一定時間。霜
點溫度越低,，困難也越大,，測量誤差也迅速增加。研究表明。當霜點接近-85℃時鏡面上形
成藍色絲狀結(jié)晶的薄霜,，在這個溫度附近霜層質(zhì)量密度大約是10-8gm-2,，相當于一個分子層
的厚度，由此可見,，在更低的霜點溫度下測量是難以進行的,。
另一個是過冷問題。這種現(xiàn)象容易在高空探測中發(fā)生,。在低濕下,，由于冰的結(jié)晶過程比
較緩慢，往往在達到霜點溫度時霜層還未出現(xiàn),。當溫度繼續(xù)降低,，水開始結(jié)冰，在過飽和狀
態(tài)下霜層迅速形成,。但此時的飽和水汽壓不是冰而應該是過冷水的飽和水汽壓,，如上所述：
由于過冷現(xiàn)象，霜點測量誤差有時高達幾度,。因此低霜點測量中要特別小心,，保持足夠長的
平衡時間。
這里順便談一下低霜點測量中需要注意的其他問題,，由于露點儀的工作環(huán)境,，即大氣中
的水分含量都在數(shù)萬×10-6（體積分數(shù)），從而給操作造成很大的困難,。測量結(jié)果往往發(fā)散性
比較大,，其原因是復雜的。要使測量數(shù)據(jù)準確可靠,，除了保證儀器具有良好的性能和質(zhì)量外,，
還必須注意下面幾個問題。
（1）氣路系統(tǒng)一定要密封性好,，以防止外界環(huán)境水分往里滲漏,。
（2）如果被測氣體直接排放入大氣，應考慮大氣中的水分向測量系統(tǒng)內(nèi)部擴散的問題,。
zui常用的辦法是在排氣口接上一段適當長度的管子,，其長度和管徑以不影響測量腔的壓力為
原則。
（3）取樣管道要盡量短,，盡量減少接頭的數(shù)量和避免“死空間”,，以減少本底水分的干擾。
（4）取樣管道和測量腔內(nèi)壁力求干凈,，光潔度要好,，選用憎水性強的材料，從實驗結(jié)
果我們可得到如下選材順序：不銹鋼,，其次是聚四氟乙烯,，銅和聚乙烯居第三位，zui差
的是尼龍和橡膠管,，在低霜點測量中不應使用,。