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满足用冷镜式露点仪测量非常低露点的要求

密析尔仪表与英国国家物理实验室(NPL)合作开发并进行了测试和验证的一种冷镜式露点仪,可以测量低至 –100 °C的非常低露点温度。

阶段1- 挑战

冷镜式露点仪是测量微水和湿度校准的重要参考仪器。它直接测量镜面上冷凝的形成。确保冷凝物的形成尽可能重复是如何进行测量的基础。

在没有外部冷却的情况下,冷镜式露点仪的当前干燥参数为 90 °C 霜点,相当于大约95 ppb。挑战在于将测量能力扩展到 -100 °C霜点,或约14 ppb。

也有依靠外部冷却的冷镜式露点仪可以达到这个能力,但体积庞大。扩展冷镜式露点仪的内部冷却下限范围,使世界各地的国家计量院和其他认证实验室的测量低范围过-90 °C霜点的限制,帮助这一领域在露点/霜点范围的极端情况下,在可重复、可再现的测量方面迈出下一步。

在没有外部冷却的情况下,冷镜式露点仪能够充分冷却,以在 -100 °C 下获得稳定的冷凝层。我们工程师需要进一步探索的是:

  • • 冷凝物形成与测量头设计带来的流量动态之间的关系
  • • 斯特林发动机和镜面之间的流量路径和冷界面的材料特性
  • 冷凝层和流径中的水量当处于平衡时所在点的温度测量是关键的。工程师们知道他们需要看向PRT(铂电阻温度计)进行这种测量,以及可以对其及其安装进行哪些改进。

    从之前解决这个问题的尝试中,工程师们知道,目前的装置可以测量低到所需的水平。事实上,NPL之前曾在-100°Cdp下校准过一台装置,凸显了一些需要解决的重复性问题。测量值与样气流速之间存在很强的相关性。

    尽管存在挑战,但解决扩展冷镜干燥端参数的问题至关重要。 这不仅使他们能够将UKAS认证扩展到低至 -100°C霜点水平,而且还将通过改进其校准仪器的干燥端性能直接惠及客户。

    阶段2 - 原型

    作为阶段,我们在先前设计的基础上开发了一个原型冷镜式露点仪,但带有升级的测量头和气流路径,以确保冷凝物的形成尽可能可重复。在NPL进行的测试有助于设计的这一演变。

    原型冷镜的干燥端规格参数在 -100 °C霜点(约14 ppb)。利用可用的冷却能力,他们有可能在-100 °C下形成稳定的冷凝层。

    虽然我们是在伊利工厂测试原型,但我们希望NPL湿度测量和标准小组参与进来。NPL的专业知识提供了更新测量头设计所需的终信息。

    通过NPL的参与以及他们的设施、知识和设备的使用,我们的研发人员能够验证设计,而无需引入第三方进行beta 测试。

    正如产品经理 Richard Gee解释的那样,“我们不相信我们能够及时开展必要的工作,让我们对重新设计有信心,从而在当前的迭代中推出产品”。在NPL的帮助下,我们将上市时间缩短了至少三个月。

    为什么精确测量低露点很重要

    冷镜式露点仪在商业实验室中用作许多仪器和传感器(如露点变送器)的微量水分和露点校准的参考。改进这一参考的干燥端规格将确保这些校准仪器在较低测量范围内的高可靠性。

    冷镜式传感器是如何工作

    冷镜式露点仪是用于关键测量和控制应用的精密仪器。冷镜式传感器测量水分的一个主要特征——镜面上形成冷凝的温度。这意味着冷镜仪器具有固有的可重复性,每次都能给出可靠的结果。

    冷镜式传感器由温控镜和先进的光学检测系统组成。气体样本进入传感器外壳,并流过包含在内的冷镜表面。在取决于气体中水分含量和工作压力的某个温度下,气体中的水分在镜面上凝析出。光学系统用于检测发生这种情况的点,该信息用于控制镜面温度并保持镜面上冷凝层的恒定厚度。

    在平衡点,即镜面的蒸发速率和冷凝速率相等时,镜面温度代表露点。




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