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电解水相关知识之泡点和露点

 更新时间:2023-07-28    点击量:2347

泡点和露点是气液相平衡时接触频率的专用名词,当然也是电解水中常用的两个参数,大体上泡点用来说明液相中批气泡出现的临界温度点;露点用来说明气相中气态水达到饱和而凝结液态水的所需降到的温度。对于电解水来说泡点一般用来表征电化学单元中批气泡(氢气和氧气)形成的时的温度(当然也会和压力相关),当然这个参数对膜材质来讲也是一个非常重要的表征性能的参数;露点则表征气体里面的含水量(氢气氧气纯化前后的含水量和温度的对应关系),这对表征电解水产生的气体纯度(含水量)也意义重大。


从下面的T-X相图就能比较好的理解泡点露点的一些关联。蓝色线是泡点线(饱和液相线)、橙色线就是露点线(饱和气相线)。
我们从T-x相图来理解就很清楚了,从上到下相图被泡点线和露点线分为了气相区、气液两相区和液相区。图中气相区的圆点随着温度下降,抵达D点时,此时的气相称为饱和气相,温度再降低就会形成滴液滴而进入气液两相区(就像空气中的水蒸汽遇冷得到的露珠一样),因此被称为露点状态,对应的温度就叫露点温度;同样,处于液相区的P点,经过升温抵达C点,此时的液相称为饱和液相,温度再升高液相中就会产生个气泡而进入气液两相区,因此这个点被称为泡点。


一、泡点


泡点,可以具体描述为从液相中分离出批气泡的温度的临界点。在温度一定的情况下,液相中分离出的批气泡的压力,或是在压力一定的情况下,液相中分离出的批气泡的温度。液体混合物处于某压力下开始沸腾的温度,称为在这压力下的泡点。对于膜的完整性测试过程中是指在膜的一侧通入空气,而另一侧充满液体的情况下,空气可以透过膜的最小压力(膜的泡点压力)。泡点也是膜材疏(亲)水性、液体的表面张力和膜孔的几何尺寸的函数。
测量泡点一般用泡点仪,泡点仪是专门对样品的泡点大小进行测试的专门仪器。泡点仪亦称为完整性测试仪原因是泡点测试是完整性测试中最重要的一个功能。通过泡点的测定,可以通过一些专业仪器考虑浸润液的界面张力系数,接触角,并进行分析计算出样品的孔径。


二、露点


露点(Dew point),又称露点温度(Dew point temperature),在气象学中是指在固定气压之下,空气中所含的气态水达到饱和而凝结成液态水所需要降到的温度。在这温度时,凝结的水漂浮在空中称为雾、而沾在固体表面上时则称为露,因而得名露点。气象学中,气温愈低,饱和水汽压就愈小。所以对于含有一定量水气的空气,在气压不变的情况下降低温度,使饱和水气压降至与当时实际的水汽压相等时的温度,称为露点。形象地说,就是空气中的水蒸气变为露珠时候的温度叫露点。补充:当该温度低于零摄氏度时,又称为霜点。在一个单相气体体系中,由于温度和压力的改变,系统中出现个液滴时的温度或压力。一般采用如下方式或原理的露点仪(微水分测量仪)进行测试:


1.镜面式露点仪不同水分含量的气体在不同温度下的镜面上会结露。采用光电检测技术,检测出露层并测量结露时的温度,直接显示露点。镜面式露点仪采用的是直接测量方法,在保证检露准确、镜面制冷高效率和精密测量结露温度前提下,该种露点仪可作为标准露点仪使用。目前国际上精度达到+/-0.1℃(露点温度),一般精度可达到+/-0.5℃以内。

2.电传感器式露点仪采用亲水性材料或憎水性材料作为介质构成电容或电阻,在含水分的气体流经后,介电常数或电导率发生相应变化,测出当时的电容值或电阻值,就能知道当时的气体水分 含量。建立在露点单位制上设计的该类传感器构成了电传感器式露点仪。目前国际上精度达到+/-1.0℃(露点温度),一般精度可达到+/-3.0℃以内。

3.电介法露点仪利用五氧化二磷等材料吸湿后分解成极性分子,从而在电极上积累电荷的特性,设计出建立在含湿量单位制上的电解法微水仪。目前国际上精度达到+/-1.0℃(露点温度),一般精度可达到+/-3.0℃以内。

4.体振荡式露点仪利用晶体沾湿后振荡频率改变的特性,可以设计晶体振荡式露点仪。这是一项较新的技术,目前尚处于不十分成熟的阶段。国外有相关产品,但精度较差且成本很高。

5、红外露点仪利用气体中的水分对红外光谱吸收的特性,可以设计红外式露点仪。目前该仪器很难测到低露点,主要是红外探测器的峰值探测率还不能达到微量水吸收的量级,还有气体中其他成分含量对红外光谱吸收的干扰。但这是一项很新的技术,对于环境气体水分含量的非接触式在线监测具有重要的意义。

6.半导体传感器露点仪每个水分子都具有其自然振动频率,当它进入半导体晶格的空隙时,就和受到充电激励的品格产生共振,其共振频率与水的摩尔数成正比。水分子的共振能使半导体晶格放出自由电子,从而使晶格格的导电率增大,阻抗减小。利用这一特性设计的半导体露点仪可测到-100℃露点的微量水分。


随着现代科学技术的发展,人们纷纷把光电技术、新材料技术、红外技术、微波技术、微电子技术、光纤技术、声波技术甚至纳米技术应用到气体中水分的测量,使水分测量这一古老领域焕发出青春。在测量原理上,一般认定镜面结露的方法是最直接且精度的方法。镜面露点仪在技术上将引进近代技术成分。如山东青岛欧必胜科技公司研制的冷镜式激光露点仪采用了激光准直技术和CCD技术,在露层判别、露霜图像识别技术上走到了世界前沿。专业人员在传统的传感器材料研究(如氧化铝材料、氯化锂材料、高分子材料和陶瓷材料)基础上,用不同的技术手段,陆续发展出许多间接测量气体中微量水分的方式方法,解决了不同领域和不同环境中的微水分测量问题。

文章来源:氢眼所见

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