流程工業高純氣體案例：

　　純氣體生產(chan)或(huo)半導體制造(zao)等某些要求(qiu)嚴(yan)苛(ke)的(de)工業流程，需(xu)要非常精確(que)地測(ce)量微量水分含量。

　　通常認為，在(zai)(zai)實驗室環境(jing)中才能實現(xian)理想測量。但是，采樣時會引(yin)入(ru)某些不確定(ding)因素，如污染、平均值、管道等。在(zai)(zai)本文(wen)中，我們(men)將展(zhan)示與在(zai)(zai)線測量相比，實驗室環境(jing)中存在(zai)(zai)哪(na)些會造成不確定(ding)性(xing)的(de)采樣相關(guan)因素。

　　人們通常(chang)認為，實現高(gao)準(zhun)(zhun)確(que)度(du)(du)的(de)(de)理想(xiang)方法是購買具有高(gao)規格的(de)(de)測量(liang)儀(yi)(yi)表。對于濕度(du)(du)測量(liang)而言(yan)，這(zhe)意味著要(yao)購買分析儀(yi)(yi)類型的(de)(de)儀(yi)(yi)表，因為這(zhe)類儀(yi)(yi)表理論上(shang)準(zhun)(zhun)確(que)度(du)(du)高(gao)。然而，相(xiang)較于更(geng)堅固耐用(yong)的(de)(de)工業儀(yi)(yi)表，分析儀(yi)(yi)價格昂貴，且對環(huan)境(jing)的(de)(de)影響異常(chang)敏感(gan)，因此需(xu)要(yao)特定且穩(wen)定的(de)(de)使用(yong)條件。

　　通常，分析(xi)儀(yi)并不直接在流程中進行測(ce)量，而是要先行采集氣體樣本(ben)，將其導入分析(xi)儀(yi)，然后將樣本(ben)遺棄。

　　在所有測量中，氣體樣本通常都存在以下問題：

　　樣本可能無(wu)法代表實際(ji)的工藝條件。

　　?樣本還可能受到采樣和(he)分析中外部因素的(de)影響。

　　?樣本可能會受到泄漏的(de)影響，甚至成為泄漏的(de)源頭。

　　舉例來說，想象要(yao)稱量一些粉末。如(ru)果(guo)在采樣(yang)和(he)稱量之間的(de)過程中，粉末被雨水打(da)濕，樣(yang)本將無法反(fan)映粉末的(de)真實重量和(he)成(cheng)分。同樣(yang)，水氣也能(neng)輕易(yi)改變氣體樣(yang)本的(de)濕度(du)，即(ji)使使用先進的(de)全新儀表，結(jie)果(guo)也會(hui)不準(zhun)確。

　　如何改進極端干燥環境中的濕度測量：

　　實驗：為了(le)展示該問(wen)題并研究其(qi)影(ying)(ying)響，我們(men)構建了(le)一個(ge)測試裝置（如圖(tu)1所示）。該裝置的(de)(de)(de)基本思路是保持恒定的(de)(de)(de)濕度(du)(du)，然后通(tong)過在(zai)20°C至27°C范圍(wei)內改變(bian)管道溫(wen)(wen)度(du)(du)來干擾濕度(du)(du)。理論上，這會導(dao)致吸(xi)附/解吸(xi)效應，從(cong)而(er)影(ying)(ying)響排出(chu)加熱室的(de)(de)(de)水(shui)氣(qi)(qi)總量。同樣，在(zai)從(cong)現場轉(zhuan)至測量實(shi)驗(yan)室的(de)(de)(de)過程(cheng)中(zhong)，采樣管可能會暴露在(zai)室外天氣(qi)(qi)下(xia)，進(jin)而(er)受到溫(wen)(wen)度(du)(du)變(bian)化的(de)(de)(de)影(ying)(ying)響。在(zai)較小的(de)(de)(de)范圍(wei)內，不同的(de)(de)(de)室內溫(wen)(wen)度(du)(du)也可能產生(sheng)類似(si)的(de)(de)(de)影(ying)(ying)響。實(shi)驗(yan)過程(cheng)中(zhong)，氣(qi)(qi)壓保持在(zai)1 bar(a)至2 bar(a)范圍(wei)內，流速始(shi)終小于1 l/min，與分析儀的(de)(de)(de)流速一致。

　　該裝置由一(yi)臺(tai)(tai)濕度(du)(du)發生器、兩臺(tai)(tai)維薩拉DMT152露(lu)(lu)點儀(yi)表、一(yi)個(ge)帶有6.7 m電(dian)拋光鋼管的(de)加熱(re)室和(he)一(yi)臺(tai)(tai)CRDS分析(xi)儀(yi)組成。兩臺(tai)(tai)DMT152露(lu)(lu)點儀(yi)表分別放置在加熱(re)室之前和(he)之后（圖1）。從第二臺(tai)(tai)DMT152到分析(xi)儀(yi)的(de)管道盡(jin)可(ke)能(neng)短，以盡(jin)量(liang)降低DMT152和(he)分析(xi)儀(yi)之間的(de)環(huan)境影響。使用兩個(ge)溫(wen)度(du)(du)傳感(gan)器監測加熱(re)室的(de)溫(wen)度(du)(du)。

　　結果：在不同(tong)的(de)壓力、流速和濕度(du)下進行了多次測量。每次實驗中都以相同(tong)的(de)方式控制加熱室(shi)。（見(jian)圖2）

　　在(zai)圖(tu)2中(zhong)，隨著溫(wen)度(du)(du)（黑色）的(de)干擾增強(qiang)，出(chu)口處的(de)DMT152檢測(ce)(ce)到的(de)噪聲濕度(du)(du)越(yue)來越(yue)多，而入口濕度(du)(du)在(zai)測(ce)(ce)量過程中(zhong)保持恒定。測(ce)(ce)量結束后(hou)，溫(wen)度(du)(du)穩定至實驗室(shi)溫(wen)度(du)(du)，兩(liang)臺DMT152儀表再次穩定并指(zhi)示相同的(de)霜點溫(wen)度(du)(du)。該(gai)圖(tu)清晰展示了(le)采樣管溫(wen)度(du)(du)的(de)穩定性對輸出(chu)濕度(du)(du)的(de)影響，因而會影響濕度(du)(du)的(de)測(ce)(ce)量結果。

　　圖(tu)3繪制了(le)另一次測量的結果。該(gai)圖(tu)中(zhong)，入(ru)口(kou)濕度(du)不像(xiang)圖(tu)2中(zhong)那樣(yang)穩定，但DMT152儀表(biao)和CRDS分(fen)(fen)析儀都呈現出(chu)類似的趨勢。然而(er)，在圖(tu)3中(zhong)，與CRDS分(fen)(fen)析儀或出(chu)口(kou)處(chu)的DMT152相(xiang)比，入(ru)口(kou)濕度(du)的噪聲要小得(de)多。事(shi)實上(shang)，出(chu)口(kou)處(chu)的濕度(du)變化(hua)過大，以(yi)至于DMT152和CRDS分(fen)(fen)析儀都無法(fa)正確指(zhi)示入(ru)口(kou)濕度(du)，并(bing)(bing)且二者的誤(wu)差(cha)實際都超出(chu)了(le)其(qi)規格(ge)。然而(er)，此處(chu)使用(yong)的儀表(biao)功能(neng)完好(hao)，并(bing)(bing)且性能(neng)符(fu)合其(qi)規格(ge)要求，問題出(chu)在采樣(yang)管上(shang)。溫度(du)的變化(hua)會引起吸(xi)附/解吸(xi)現象(xiang)，從而(er)導致采樣(yang)管出(chu)口(kou)的濕度(du)發生變化(hua)。

　　該測量活動的結果表明：

　　?吸(xi)附/解(jie)吸(xi)引起的(de)最大(da)霜點(dian)溫度變化(hua)超過4°C。

　　?流(liu)量的影響(xiang)：流(liu)量越(yue)大，噪聲(sheng)越(yue)大。

　　?溫度變化越(yue)(yue)大，管(guan)內(nei)的吸附/解(jie)吸效應越(yue)(yue)劇烈。

　　?濕度越低，相(xiang)對影(ying)響越大。

　　關鍵要點：在本(ben)文中，我們測(ce)試了環(huan)境(jing)對(dui)采樣的(de)影響(xiang)(xiang)。如(ru)果測(ce)量(liang)環(huan)境(jing)或(huo)采樣不理(li)想，可(ke)能(neng)會對(dui)測(ce)量(liang)結果產生重大影響(xiang)(xiang)。如(ru)圖2和圖3所示，由(you)于(yu)(yu)其(qi)在線(xian)過程測(ce)量(liang)的(de)結果更(geng)具代表(biao)(biao)性，位于(yu)(yu)入口處的(de)DMT152價(jia)格更(geng)加實惠，且表(biao)(biao)現(xian)優于(yu)(yu)價(jia)格更(geng)高(gao)的(de)分析儀。因(yin)此，建(jian)議直接在想要關注的(de)位置進行測(ce)量(liang)，并(bing)盡可(ke)能(neng)減少采樣管的(de)使用。由(you)于(yu)(yu)測(ce)量(liang)裝(zhuang)置和測(ce)量(liang)原(yuan)理(li)更(geng)加簡單，這種方法(fa)也具有更(geng)為(wei)顯著(zhu)的(de)成本(ben)效益。