信任好， 测量更好！
对于许多医疗和技术应用而言，气体中微量水分的测量是必不可少的。 在不断发展的过程中，特别是在新技术方面，对气体和气体混合物的要求越来越高。
在下文中，我们将介绍确定气体中残留水分的最重要方法，并简要概述水分测量的基本术语。
少量水分 (<1%) 被称为微量水分、残留水分或微量水分，以 ppm V（百万分之一）、ppb V（十亿分之一）或 ppt V（万亿分之一）给出.
例如，对于空气，露点或露点温度描述了在一定的相对湿度和恒定的压力下必须低于该温度点，气体中所含的水才能冷凝。 此时相对湿度为 100%，即空气被水蒸气饱和。 温暖的空气可以容纳更多的水蒸气，因此露点更高。 在冷空气中则相反。 我们在温暖的夏季月份注意到这一点，在寒冷的冬季月份反之亦然。
以 ppm V 为单位的露点温度和痕量水分之间的关系不是线性的，而是指数性质的。
下图应该有助于更好地理解这些数量：
图片：ppm 与露点温度 Tdp 的比率 [°C]
图片：不同测量方法的残留水分测量比较
TDLAS 方法（使用可调谐激光二极管的吸收光谱法）通常用于确定污染物浓度，近年来也越来越多地用于确定残留水分，特别是在腐蚀性气体中。待检查气体的水浓度在此由测得的光吸收确定。激光二极管用作光源。这种方法的优点在于，即使有干扰成分，也可以进行可靠的选择性测量。二极管光两次通过测量单元，然后被检测到。分束器位于所谓的测量比色皿前面，它将一小部分束光引导到参考池中。这里波长是稳定的。因此，这对于测量的准确性至关重要。缺点是结构复杂。购买价格也比较高。它是一种非接触式测量方法。与我们坚固的 P2O5 传感器一样，该方法适用于具有腐蚀性成分的气体。
Al2O3（氧化铝）在这里最常用。由于它与水的相互作用，氧化物被认为是敏感层，用于湿度传感器。水积聚在金属氧化物的表面上。传感器分为两层。基础电极由铝制成，在其上施加了多孔氧化物层。比较传感器的最佳方法是使用电容器。将水蒸气可渗透的金薄层施加到对电极上。敏感层必须尽可能大，以便能够表现出高灵敏度。水蒸气通过金层进入敏感层的孔隙并积聚。化学吸附分离表面上的水分子以形成羟基。更多的水分子现在可以通过范德华力与羟基结合。结合的水分子现在与周围的湿度平衡，并影响容量，从而影响“电容器”的电导率。然后通过比较简单的阻抗测量获得测量值。与绝对湿度有很好的相关性。敏感层的老化效应需要定期校准，最终客户无法执行。该方法也不适合腐蚀性气体。
在这里，石英晶体涂有对水分敏感的聚合物。 水分积聚在这一层。 石英的共振频率由于质量的改变而改变。 这些小的变化可以通过很大的努力来注册。 这甚至可以达到 ppb 范围。 为了实现这一点，必须非常精确地控制温度，因为基频受到温度的显着影响。 当然，对可能沉积在聚合物层上的所有污垢都有显着的交叉敏感性。 因此，必须假设介质的纯度很高。
这是一种绝对测量方法，因为五氧化二磷 (P2O5) 100% 选择性地与水反应。没有交叉敏感性。除了从干到湿的极快响应时间外，AQUATRACE® 传感器的主要优点是它们的坚固性以及能够轻松耐受气体中的腐蚀性成分（Cl2、HCl、F2、HF）的能力。此外，在发生高湿度事件时，它们的测量值不会漂移。传感器可以很容易地再生。 AQUATRACE® 传感器的检测下限为 0.001 ppm V 或 1 ppb V。
五氧化二磷 (P2O5) 具有高亲和力，可吸收水转化为四偏磷酸。它是一种极易吸湿的盐。这使其成为构建湿度敏感传感器的理想选择。该过程可以追溯到 1956 年开发的 KEIDEL 测量单元。与 KEIDEL 测量单元相比，我们的 AQUATRACE® 传感器的敏感层位于外部。将超过 2V 的分解电压施加到两个 Pt 电极上，电解偏磷酸。在这个过程中，氢气和氧气被释放出来，五氧化二磷再次可用于吸收水分子。因此，P2O5 充当了一种电解水分子的催化剂。产生的氢气和氧气通过气流从系统中去除。根据法拉第定律，测得的分解电流 IM 是湿度的直接量度。体积流量必须保持恒定才能进行精确测量。
该方法不适用于 NH3（氨）中的水分测定。
图片：我们的 AQUATRACE® 传感器的测量原理
测量方法基于镜子，它以受控方式缓慢冷却，直到可以检测到冷凝水。流动气体露点处的水蒸气分压由蒸气压力曲线上的值给出。测量过程非常复杂且耗时。仔细测量假定已达到平衡条件。这只能通过在温度范围内接近露点并重复几次来实现。
通过适当的努力，可以实现 +/-0.1°C 的精度。与此处介绍的所有其他测量方法相比，一个主要优点是与热力学数据有直接联系，并且这种测量方法可以用作参考测量方法。该方法的缺点显然是所需的时间，以及测量设备的大小和购买价格。我们使用冷镜作为 AQUATRACE® P2O5 传感器的测试工具。