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露点計測定時に注意すべきいくつかの問題

2020-11-25View Original

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露点計測定時に注意すべきいくつかの問題点 (1) 鏡面の汚染が露点測定に与える影響 露点測定において、鏡面の汚染は深刻な問題であり、その影響は主に2つの側面で現れます。一つはラウール効果、もう一つは鏡面の背景放射レベルの変化です。ラウール効果は水溶性物質によって引き起こされる。測定対象のガスにこのような物質(一般的には溶解性塩類)が含まれている場合、鏡面に早期に結露が発生し、測定結果に正のバイアスが生じます。汚染物がほこりなどの水に溶けない微粒子である場合、バックグラウンドの散乱レベルが上昇し、その結果光電露点計のゼロ点がずれてしまいます。また、水よりも沸点が低く容易に凝縮する物質(例えば有機物)の蒸気は、言うまでもなく露点の測定を妨げることになる。したがって、どのタイプの露点計でも、鏡面の汚染を防ぐ必要がある。一般的に、工業プロセスガスの分析による汚染の影響はかなり深刻です。しかし、純粋なガスの測定であっても、鏡面の汚染は時間が経つにつれて蓄積されていく。 (二)露点計の測定条件の選定―露点計の設計においては、結露過程における熱質交換に直接影響を与える各種要因を重視する必要があり、この原則は自動化度がそれほど高くない露点計の操作条件の選定にも同様に適用される。ここでは主に鏡面の冷却速度とサンプルガスの流速の問題について論じる。―測定対象のガスの温度は、通常、室温です。したがって、気流が露点室を通過すると、必然的に系の熱伝達および物質移動のプロセスに影響を与える。他の条件が一定の場合、流速を上げることは気流と鏡面間の物質移動に有利となる。特に低霜点の測定を行う際は、露層の形成速度を上げるために流速を適切に高くする必要があるが、流速はあまり大きくしてはならず、そうでないと過熱の問題が生じる。これは、冷却能力が比較的小さい熱電式冷却露点計において特に顕著です。流速が大きすぎると露点室の圧力が低下し、その流速の変化が系の熱平衡に影響を与えます。したがって、露点測定においては適切な流速を選択することが必要であり、その流速の選定は冷却方法や露点室の構造によって決定されるべきである。一般的な流速範囲は0.4~0.7L.min-1です。熱伝達の影響を軽減するために、測定対象のガスが露点室に入る前に予冷処理を行うことを検討できる。 露点測定において、鏡面の冷却速度の制御は重要な問題であり、自動光電式露点計の場合は設計によって決まるが、手動で冷却量を制御する露点計の場合は操作上の問題となる。冷源の冷却点、温度測定点、および鏡面間の熱伝導にはプロセスがあり、一定の温度勾配が存在するからである。したがって、熱慣性は結露(霜)の過程や速度に影響を与え、測定結果に誤差をもたらします。この状況は、使用する温度測定素子によっても異なります。例えば、構造上の理由から、白金抵抗型の温度センサーでは測定点と鏡面との間の温度勾配が大きく、熱伝導速度も遅いため、温度測定と結露の検出を同時に行うことができません。さらに、露出層の厚さを制御できなくなる。これは目視検出において負の誤差を生じさせる。 もう一つの問題は、冷却速度が速すぎると「過冷却」を引き起こす可能性があることです。ある条件の下で水蒸気が飽和状態に達しても液相が現れない、または水が氷点下でも凍結しないという現象は、過飽和または過冷却と呼ばれます。結露(または霜)の過程において、この現象は通常、測定対象のガスと鏡面が非常に清潔であるため、十分な量の凝結核が不足していることが原因で起こります。スオミは実験により、高度に研磨された鏡面でかつその清潔度が化学的な要件を満たしている場合、結露が発生する温度は実際の露点温度よりも数度低くなることを発見した。―過冷却現象は一時的なもので、その持続時間は露点または霜点の温度に関連しています。この現象は顕微鏡で観察することができる。解決策の一つは、この現象がなくなるまで、鏡面を繰り返し加熱・冷却することです。もう一つの解決策は、過冷却水の水蒸気圧データを直接利用することです。そして、このようにすることは、気象システムが摂氏0度未満の場合の相対湿度の定義と正に一致する。―以上のことから、熱慣性や過冷却現象の観点から見ても、冷却速度はあまり速くすべきではない。適切な範囲を超えると、冷却速度が速くなるほど熱慣性も大きくなり、露点測定の誤差も大きくなるほか、過冷却が起きやすくなる。最適な冷却速度は、一般的に実験によって決定される。

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