流程工業高純氣體案例：

　　純氣體生(sheng)產或半(ban)導體制造(zao)等某(mou)些要求嚴苛的(de)工業流程，需要非(fei)常精確地測(ce)量微量水(shui)分含量。

　　通常認為，在(zai)實驗(yan)室環境中才能實現理想測量(liang)。但是，采樣(yang)時會(hui)引入某些不確定因素，如污(wu)染(ran)、平均(jun)值、管道等。在(zai)本(ben)文中，我們將展示與在(zai)線(xian)測量(liang)相比，實驗(yan)室環境中存在(zai)哪(na)些會(hui)造(zao)成不確定性的采樣(yang)相關因素。

　　人們通常認為(wei)，實現高(gao)準確(que)度的(de)(de)理想方法是購買(mai)具有(you)高(gao)規(gui)格(ge)的(de)(de)測量儀(yi)表。對于(yu)濕度測量而言(yan)，這(zhe)意(yi)味著要購買(mai)分析儀(yi)類型的(de)(de)儀(yi)表，因為(wei)這(zhe)類儀(yi)表理論(lun)上準確(que)度高(gao)。然而，相較(jiao)于(yu)更(geng)堅(jian)固耐用的(de)(de)工(gong)業儀(yi)表，分析儀(yi)價格(ge)昂貴，且對環境(jing)的(de)(de)影響異(yi)常敏感，因此(ci)需要特定且穩定的(de)(de)使用條件。

　　通常，分(fen)析(xi)儀(yi)并不(bu)直接在(zai)流程中進行測量，而是要先行采(cai)集氣體(ti)樣本(ben)，將(jiang)其導(dao)入(ru)分(fen)析(xi)儀(yi)，然后(hou)將(jiang)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)法代表實際的(de)工藝(yi)條件。

　　?樣本還可能受到采樣和分析(xi)中外部因素的(de)影響。

　　?樣本可能會受到泄(xie)漏的影響，甚(shen)至成為泄(xie)漏的源(yuan)頭。

　　舉例(li)來說，想象要稱量一些粉末(mo)(mo)。如果在采樣(yang)和(he)稱量之間的(de)(de)(de)過程中，粉末(mo)(mo)被雨水打濕(shi)，樣(yang)本將無法反映(ying)粉末(mo)(mo)的(de)(de)(de)真實重量和(he)成分。同樣(yang)，水氣(qi)也能輕易改變氣(qi)體樣(yang)本的(de)(de)(de)濕(shi)度，即(ji)使使用先進的(de)(de)(de)全新儀表，結果也會(hui)不準確。

　　如何改進極端干燥環境中的濕度測量：

　　實驗：為(wei)了展示該(gai)問題并研究其影響(xiang)，我們構建了一個測(ce)試裝(zhuang)置（如圖1所示）。該(gai)裝(zhuang)置的(de)(de)基(ji)本思路是保(bao)持恒定(ding)的(de)(de)濕度，然后通過(guo)在(zai)20°C至(zhi)27°C范(fan)圍內改變管(guan)道溫度來(lai)干擾濕度。理論(lun)上，這會(hui)(hui)導致(zhi)吸(xi)附/解吸(xi)效(xiao)應，從而(er)影響(xiang)排(pai)出加熱室的(de)(de)水氣(qi)總量。同(tong)樣，在(zai)從現場轉至(zhi)測(ce)量實(shi)驗(yan)室的(de)(de)過(guo)程中，采樣管(guan)可能會(hui)(hui)暴露在(zai)室外天氣(qi)下，進(jin)而(er)受(shou)到溫度變化的(de)(de)影響(xiang)。在(zai)較小的(de)(de)范(fan)圍內，不(bu)同(tong)的(de)(de)室內溫度也(ye)可能產生類(lei)似的(de)(de)影響(xiang)。實(shi)驗(yan)過(guo)程中，氣(qi)壓保(bao)持在(zai)1 bar(a)至(zhi)2 bar(a)范(fan)圍內，流(liu)速始終小于1 l/min，與分析儀(yi)的(de)(de)流(liu)速一致(zhi)。

　　該裝置由一(yi)臺濕度發生器、兩(liang)臺維(wei)薩(sa)拉DMT152露點(dian)儀(yi)表(biao)、一(yi)個(ge)帶有6.7 m電拋(pao)光鋼管的加(jia)(jia)熱(re)室(shi)(shi)和(he)一(yi)臺CRDS分析(xi)(xi)儀(yi)組(zu)成。兩(liang)臺DMT152露點(dian)儀(yi)表(biao)分別放置在加(jia)(jia)熱(re)室(shi)(shi)之(zhi)前和(he)之(zhi)后(hou)（圖1）。從第二臺DMT152到(dao)分析(xi)(xi)儀(yi)的管道盡(jin)可(ke)能短，以盡(jin)量(liang)降(jiang)低DMT152和(he)分析(xi)(xi)儀(yi)之(zhi)間的環境影(ying)響(xiang)。使用兩(liang)個(ge)溫度傳感器監測加(jia)(jia)熱(re)室(shi)(shi)的溫度。

　　結果：在(zai)不同(tong)的壓力、流速(su)和濕度下進行了(le)多次測量。每(mei)次實(shi)驗中都以相同(tong)的方式(shi)控(kong)制加熱室。（見圖2）

　　在圖2中，隨著溫度(du)（黑色）的干擾增強，出口處的DMT152檢測到的噪(zao)聲濕度(du)越(yue)來越(yue)多(duo)，而(er)入口濕度(du)在測量(liang)過程中保持恒定(ding)(ding)。測量(liang)結束后，溫度(du)穩(wen)定(ding)(ding)至實驗(yan)室溫度(du)，兩臺DMT152儀表(biao)再次穩(wen)定(ding)(ding)并指示相同的霜點溫度(du)。該圖清晰(xi)展示了采樣管溫度(du)的穩(wen)定(ding)(ding)性對輸出濕度(du)的影響，因(yin)而(er)會影響濕度(du)的測量(liang)結果。

　　圖(tu)(tu)3繪制了(le)另一次測量的(de)(de)結(jie)果。該圖(tu)(tu)中，入口濕(shi)度(du)不像(xiang)圖(tu)(tu)2中那樣穩定，但DMT152儀表(biao)和(he)CRDS分(fen)析(xi)儀都(dou)(dou)呈現(xian)出(chu)(chu)類(lei)似(si)的(de)(de)趨勢。然而(er)(er)，在(zai)(zai)圖(tu)(tu)3中，與CRDS分(fen)析(xi)儀或出(chu)(chu)口處的(de)(de)DMT152相比，入口濕(shi)度(du)的(de)(de)噪聲要小(xiao)得多。事實上(shang)(shang)，出(chu)(chu)口處的(de)(de)濕(shi)度(du)變(bian)化(hua)過大，以至于DMT152和(he)CRDS分(fen)析(xi)儀都(dou)(dou)無法正(zheng)確指示入口濕(shi)度(du)，并且二(er)者的(de)(de)誤差實際都(dou)(dou)超出(chu)(chu)了(le)其規(gui)格。然而(er)(er)，此處使(shi)用的(de)(de)儀表(biao)功能(neng)完(wan)好，并且性能(neng)符合其規(gui)格要求(qiu)，問題出(chu)(chu)在(zai)(zai)采(cai)樣管上(shang)(shang)。溫(wen)度(du)的(de)(de)變(bian)化(hua)會引起吸附(fu)/解吸現(xian)象，從而(er)(er)導致采(cai)樣管出(chu)(chu)口的(de)(de)濕(shi)度(du)發生變(bian)化(hua)。

　　該測量活動的結果表明：

　　?吸(xi)附/解吸(xi)引(yin)起的最大霜點溫(wen)度變化超過4°C。

　　?流(liu)量的影響：流(liu)量越大(da)(da)，噪聲越大(da)(da)。

　　?溫度變化越大(da)，管內(nei)的吸(xi)附/解吸(xi)效(xiao)應越劇烈。

　　?濕度(du)越(yue)低，相(xiang)對影響越(yue)大。

　　關鍵要點：在本(ben)(ben)文中(zhong)，我們測(ce)試了環境對采(cai)樣的(de)影響。如果(guo)測(ce)量環境或采(cai)樣不理(li)想(xiang)，可能會對測(ce)量結果(guo)產生重(zhong)大影響。如圖(tu)2和圖(tu)3所示，由(you)于(yu)(yu)其在線過(guo)程測(ce)量的(de)結果(guo)更(geng)(geng)(geng)具代(dai)表性，位于(yu)(yu)入口(kou)處(chu)的(de)DMT152價格更(geng)(geng)(geng)加(jia)實惠，且表現優于(yu)(yu)價格更(geng)(geng)(geng)高的(de)分析儀。因此(ci)，建議直接(jie)在想(xiang)要關注的(de)位置進行測(ce)量，并盡可能減少(shao)采(cai)樣管的(de)使用。由(you)于(yu)(yu)測(ce)量裝(zhuang)置和測(ce)量原(yuan)理(li)更(geng)(geng)(geng)加(jia)簡單，這種方法也具有更(geng)(geng)(geng)為顯著的(de)成本(ben)(ben)效益。