摘要:介绍了一种电解式微量水分仪的性能、原理及应用,此仪器对于解决某些高纯气中低于1ppm (10-6)水含量的检测来说是一种精确可靠的方法。
对于气体中含水量低于1ppm (10-6)的精确测定来说,价廉实用的仪器极少。Systech公司MM2000型水分析仪,使用一个电解池检测器进行极低含量的湿度测定,提供了一个完美的新方法。由于使用了脉动分析,使采用其他型式传感器不能完成的湿度测定成为可能。
以微处理机为基础的控制单元对各类气体,样气流量和压力的变化能够完成自动校验以及补偿。低达0.05×10-6以下的湿度测定是容易实现的,并且和样气的流量、压力同时在LCD屏上给出数字显示。湿度结果可以ppm (体积)或露点°C表示。该分析仪独立操作,不需校验。由于仪器可配有多个电解池,且电信号输出对湿度含量是直接成比例的。每个电解池都可随意被更换而不需任何调整,也不需厂家校验。
该电解池成套系统使用可靠的连接电缆,可安装在远离控制单元1000 m之外。可提供给客户各种进样装置,它们可安装在样品测量点附近露点环境的箱罩内,由此给出可能达到的最快的响应时间。分析仪的操作情况很容易检查,该控制单元有一个带图纸的记录器输出并配备有两个标准的可调报警装置。
1 控制单元
MM2000型水分析仪是一种以微处理机为基础的仪器,它具有精确可靠以及容易使用等优点。电子测量单元提供了电解池电压,测量该池的响应,并且使用法拉第定律计算给出气体中湿度含量,它和其他功能键一起在前面板上,有一个完整的用数字表示的容易使用的键盘。
一个专用的主盘安全符号适于在校验和报警设置过程中做任何改变,不必为了键盘偶然的故障操作而调整它。该控制单元通过带有BNC连接器的同轴电缆和可移动探头连接在一起,最大长度为1000m。
2 性 能
1.湿度测量范围: 1 ppb (10-9)～1000 ppm (10-6)
2.分辨能力: 1 ppb (10-9)
3.连续数字显示读数
4.检测系统容易和样气连接
5.给出独立的测定结果,不需校验
6.检测器室耐压最大50 bar (1 bar=105Pa)
7.可配记录仪及报警输出
8.有RS232计算机联接系统
9.自动调整检测范围
3 工作原理
两根铂丝被绕在一个管形的石英框架(线圈架)双股(线)结构(模子)内。在它们之间的金属丝和间隙处涂有一薄层P2O5,当干燥状态时它是不良导体,而在有湿气时是一个良好的导体。当稳定的样品气流流过涂好的金属丝时,样品气流中的水含量被涂层吸收。当在两条金属丝上加以一定电压时,则所有水分都被吸收而电解并趋向达到完全的干燥。
根据水蒸汽的质量流量达到的平衡状态,电解水分所需的电流和样品气流中的湿度含量成正比关系。
根据法拉第定律:I=K1FC+ (e+B)其中,I为电流, mA;K1为法拉第定律电解常数,0.132 A/s;F为质量流量mL/min (标准温度压力下);C为气体中的水含量, VPm;e为背景电解电流;B为非背景电解电流。
这一湿度测量方法已被多年的实践所证实,当需要精确测定低于5×10-6湿度时有一个重要的限制,这是因为对法拉第定律需考虑做两个重要的修正。
1.所有干燥池子同样地都将通过(产生)一小的电流量。
2.部分湿气因为重新结合,可产生比第一次更多的电解电流。
对连续测量中各种因素的考虑体现了MM2000的先进性能。
4 样品系统
所有传感器在样气点处可以密闭安装并且操作压力最高达5 MPa。提供给传感器一股稳定的气流(50～250 mL/min)是很重要的。仪器有各种各样的样品系统以满足不同的需求,该标准系统由流量控制及测量部分组成,可选配质量流量计或变化区域流量指示器,为壁挂式或支架式安装,可将测量池安装在一个背面合适的金属板上。在关导体用气部门,为进行低浓度的检测, Systech提供一种带质量流量计的仪器,它也是适合壁挂式或支架式安装用的。该检测器涂覆的质量在任何时间都能很容易的进行检查,池子也可以在安装地点由客户重新涂覆或更换。
5 多点样品系统
由于事实上所有湿度测量池子都能给出一吸收输出电流,在使用MM2000控制单元时,当在组合连接使用自动气流选择器系统或手动开关单元时,可以从最多10个传感器中很容易的任意选择一个,配备这样一个系统各个探头的校验是不需要的。
6 技术规格
1.检测器:电解池,在内框架上绕铂丝并涂P2O5。
2.机体:材料:不锈钢;尺寸:长160 mm,直径17.5 mm;气体进出口连接尺寸:6 mm,1/4″,1/8″和1/4VCR;电气连接:为同轴电缆用的BNC卡口;其它结构材质: PTFE,氟橡胶;最大工作压力:50 MPa。
3.安装:检测电池安装在机壳内,检测器和电子单元之间的连接是接在两端带有BNC卡口连接器端点上的同轴电缆。最大接线距离1000 m,检测器池可通过电子单元遥控安装,电缆的长度实际上是没有限制的,通过池子的气体流量≈100 mL/min。
4.电子检测单元:
立式箱体: 450 mm×132.5 mm×361 mm;
台架安装: 3U高度安装在标准的19″台架上。
电源: 220 V、50 Hz额定检测器电池电压: 50 V (DC)
工作方式:为保障最佳状态,低浓度测量时采用6种预置方式。
连续数字读数:同时给出按体积的ppb或ppm或露点(°C),该显示在105Pa情况下,在1ppb(10-9)～1000 ppm (10-6)自动出现。
精度:在105Pa情况下,优于+2%标准误差可降低到0.05vpm
模拟输出:为配数据处理、图形记录器等,可选配0～10 V, 4～20 mA (隔离)输出。
高低限报警:可被设置在ppb (10-9)、ppm(10-6)或DP其中任意一种键盘上,报警功能包括信号和外置(D)的输出。可调报警滞后,以防止各报警设置点周围出现振荡。正确控制质量流量,防止微小流速变化。RS232输出是为使用打印机或计算机而设置的。
作者简介:
张丙新,1964年毕业于北京化工大学无机化工系。在北京氧气厂长期从事气体分析、气体分析仪器引进及应用研究工作,对国外许多仪器厂家的产品有较多了解。是我国高纯气分析研究方面,引进气体分析仪器较早、涉足分析领域最多的高级工程师,现在是北京赛思瑞泰科技有限公司空分仪器配套部经理兼总工程师。
