可靠的露点测量:测量数据究竟说明了什么

精度只是体现传感器测量质量的一个方面。对于全面的过程监测而言,长期稳定性、重复性、响应时间、以及冷凝后仍保持不间断的测量输出同样重要。针对 TDS501 和 EE355 开展的多组测试系列,展示了如何用测量数据来验证这些特性。

长期稳定性:历经数年验证

 TDS501  的长期稳定性通过十台测试单元进行了独立研究。这些传感器在 321 级压缩空气(DN50 压缩空气管路、24 小时连续运行、典型露点 −60 °C (Td)、压力 8 bar、流量 100 Nm³/h)中运行,并使用经过认证的校准露点发生器反复校准。在 −70、−60 和 −40 °C Td 处的偏差随时间被评估为统计包络线。在最初六个月内,三个测试点所确定的包络均保持在 ±2 °C Td 以内。我们根据这一趋势推导出了 12 个月的预测值。该预测值同样保持在容差范围内。需要明确的是,这是一种外推结果,而不是已经实际测得的长期数值。

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图 1:TDS501 在 −70、−60 和 −40 °C Td 下的长期稳定性。最后一个点表示根据前六个月测量数据推导出的 12 个月预测值。

目前有七台 EE355 测试单元的长期数据可供参考。自 2019 年 3 月起,这些变送器在 −50、−40 和 −25 °C Td 下,反复与露点参考标准进行比对。

在 −50、−40 和 −25 °C Td 下,所有测得的偏差均保持在 ±2 °C Td 文件规定的容差范围内。在 −40 和 −25 °C Td 下表现尤为一致:从首次测量到最近一次测量,每台测试单元的偏差变化分别不超过 0.41 °C 和 0.39 °C Td。

Open link in lightbox图 2:七台 EE355 测试设备在每个测量日期的最大绝对偏差。图表显示了 −50、−40 和 −25 °C Td 处的露点测试点。
图 2:七台 EE355 测试设备在每个测量日期的最大绝对偏差。图表显示了 −50、−40 和 −25 °C Td 处的露点测试点。

重复性:相同条件下的可比结果

通过两台 TDS501 测试单元,在 −70、−65 和 −50 °C Td 下进行重复性评估。每个测试点均稳定保持三小时;评估时,采用测试点下一次变化前即刻测得的数值。重复测量显示,在所有三个测试点处的偏差均极小,不超过 ±0.1 °C Td。最大值为 ±0.0845 °C Td。

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图 3:两台 TDS501 测试设备的重复性。图表显示了三个露点测试点处重复测量结果的半极差。

响应时间:对湿度阶跃变化的快速响应

为模拟高湿环境应用,首先让一台 TDS501 在约 −74 °C Td 的极干燥空气中运行数小时。随后,测试装置突然暴露于约 −20 °C Td 的较潮湿空气中。整个测试过程中,传感器始终保持安装和运行状态。对阶跃响应的评估显示,T63 的响应时间约为 15 秒,T90 的响应时间约为 30 秒。这表明露点的重大变化会在早期阶段通过测量信号显现出来。

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图 4:TDS501 对约 −74 至 −20 °C Td 露点阶跃变化的动态响应。

冷凝:经循环暴露后仍符合规格

在压缩空气应用中,发生故障或不规则工况下可能出现暂时性冷凝。为复现这一应用场合,两台 TDS501 测试单元依据 EN 60068-2-30 欧洲标准进行了冷凝测试。该欧洲标准规定了高湿度条件下的环境测试程序。测试包括十二个循环,每个循环持续十小时,条件为 93 ±3 % RH,温度在 20 ±3 °C 和 0 ±3 °C 之间变化。测试结束后,在 −70、−65、−60 和 −40 °C Td 下再次检查特性曲线。两台测试单元在所有四个测试点均保持在 ±2 °C Td 规格范围内。

该测试证明了 TDS501 循环冷凝暴露后的测量性能。不应将其解读为关于在冷凝条件下连续运行的声明。

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图 5:两台 TDS501 测试设备在基于 EN 60068-2-30 的循环冷凝测试后的测量偏差。

自动校准期间不间断测量

除精度和稳定性外,保障测量值在运行期间持续可用也至关重要。在露点以约为 0.5 °C/min 速率从 −70 变化至 −65 °C Td 的阶跃过程中,TDS501 可以在整个自动校准期间持续提供读数;其影响在信号曲线中几乎不可见。

在约 −56 °C Td 下进行约 40 小时的比对,展示了其与传统自动校准方法之间的差异。两台传感器得出的平均值相当,分别为 −55.9 和 −55.8 °C Td。然而,传统传感器在自动校准期间仅保持其最后一次的测量值,随后出现约 1.5 至 2 °C 的跳变。而 TDS501 则没有测量中断,自动校准引起的信号变化也平缓得多。

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图 6:自动校准期间测量信号的比较。TDS501 提供连续读数,不会冻结信号。

测量质量不仅仅是一个精度数值

这些测试系列表明,可靠的露点测量建立在多项特性之上:与参考标准的偏差小、长期读数稳定、重复性高、对变化响应迅速、冷凝暴露后保持性能稳定以及持续的测量输出。只有这些要素相结合,才能为可靠的工艺过程监测奠定基础。

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