Come migliorare le misurazioni dell'umidità in ambienti estremamente secchi
Esperimenti
Per dimostrare il problema e studiarne l'impatto, abbiamo creato un'installazione di prova (Figura 1). L'idea alla base dell'installazione era quella di avere un'umidità costante, che è stata successivamente disturbata modificando la temperatura dei tubi in un intervallo compreso tra 20 e 27 °C. In teoria, ciò comporterebbe un effetto di adsorbimento/desorbimento, che influisce sulla quantità totale di vapore acqueo in uscita dalla camera termica. Allo stesso modo, un tubo di campionamento in uscita dal campo al laboratorio di misurazione potrebbe essere esposto alle intemperie, con conseguenti variazioni della temperatura. Su scala ridotta, le variazioni della temperatura interna potrebbero avere un impatto simile. Durante gli esperimenti, la pressione del gas è stata mantenuta nell'intervallo compreso tra 1 bar(a) e 2 bar(a), con portata costantemente inferiore a 1 l/min, l'equivalente della portata degli analizzatori.
![Figure 1: test set-up Figure 1: test set-up](/sites/default/files/styles/max_1300x1300/public/2023-10/Vaisala_semicon_humidity_generator.jpg?itok=PIT3Uo74)
L'installazione era composta da un generatore di umidità, due trasmettitori del punto di rugiada DMT152 di Vaisala, una camera termica con tubo in acciaio elettrolucidato da 6,7 m e un analizzatore CRDS. I trasmettitori del punto di rugiada DMT152 sono stati posizionati a monte e a valle della camera termica (Figura 1). Il tubo dal secondo trasmettitore DMT152 all'analizzatore è stato tenuto il più corto possibile per ridurre al minimo gli effetti ambientali tra il trasmettitore DMT152 e l'analizzatore. La temperatura della camera termica è stata monitorata con due sensori di temperatura.
Risultati
Sono state eseguite più misurazioni con diversi valori di pressione, portata e umidità. Durante ciascun esperimento, la camera termica è stata controllata allo stesso modo (vedere Figura 2).
![Figure 2. Temperature ramp and response of DMT152 instruments Figure 2. Temperature ramp and response of DMT152 instruments](/sites/default/files/styles/max_1300x1300/public/2023-10/chart-data-expert-article.png?itok=WUQSqm_1)
Nella Figura 2, man mano che la temperatura (in nero) viene disturbata, il trasmettitore DMT152 sull'uscita rileva l'umidità di disturbo, mentre l'umidità in ingresso rimane costante nel corso della misurazione. Al termine della misurazione, la temperatura è stabilizzata alla temperatura di laboratorio ed entrambi i trasmettitori DMT152 sono di nuovo stabili, indicando la stessa temperatura del punto di gelo. La figura dimostra chiaramente l'effetto della stabilità della temperatura del tubo di campionamento sull'umidità in uscita e, quindi, sulle misurazioni dell'umidità.
Nella Figura 3 è rappresentata un'altra misurazione. Qui, l'umidità in ingresso non era stabile come nella Figura 2, ma entrambi i trasmettitori DMT152 e l'analizzatore CRDS seguono un andamento simile. Nella Figura 3, tuttavia, l'umidità in ingresso causa molti meno disturbi rispetto all'analizzatore CRDS o al trasmettitore DMT152 sull'uscita. In effetti, la variazione dell'umidità in uscita è talmente elevata che né il trasmettitore DMT152 né l'analizzatore CRDS indicano l'umidità in ingresso corretta (entrambi non rientrano nelle specifiche). Gli strumenti sono però perfettamente funzionanti e le loro prestazioni sono in linea con le specifiche. Il problema riguarda il tubo di campionamento. La variazione della temperatura causa il fenomeno di adsorbimento/desorbimento, che comporta a sua volta una variazione dell'umidità all'uscita del tubo di campionamento.
![Figure 3. DMT152 instrument vs. CRDS analyzer Figure 3. DMT152 instrument vs. CRDS analyzer](/sites/default/files/styles/max_1300x1300/public/2023-10/FIG3-semicon-expert-article-replace%20halo.png?itok=GPWjtNxM)
Dai risultati della campagna di misurazione è emerso quanto segue:
- La variazione massima della temperatura del punto di gelo causata dall'adsorbimento/dal desorbimento era superiore a 4 °C.
- Per quanto riguarda l'impatto sulla portata, maggiore è il flusso, maggiore sarà il disturbo.
- Maggiore è la variazione della temperatura, maggiore sarà anche l'effetto di adsorbimento/desorbimento nei tubi.
- Più è bassa l'umidità, maggiore sarà l'effetto relativo.
Punti chiave
In questo articolo sono descritti gli effetti ambientali sul campionamento. Se l'ambiente di misurazione o di campionamento non è ideale, l'impatto sui risultati della misurazione potrebbe essere significativo. Come mostrato nella Figura 2 e nella Figura 3, il trasmettitore DMT152 (più conveniente) posizionato all'ingresso supera in prestazioni l'analizzatore (più costoso) grazie alla migliore rappresentatività della misurazione del processo in linea. Pertanto, si consiglia di eseguire le misurazioni direttamente nel punto di interesse e di ridurre al minimo l'uso del campionamento, laddove possibile. Questo approccio è anche molto più conveniente in quanto l'installazione e il principio di misurazione sono più semplici.