Teledyne 8800系列 微量水分析仪

由于大气中存在高浓度的水汽，室内空气中水含量大约有1%，所以精确地探测微量水对于过程分析来说是一个挑战；已经成功地开发出ppb/ppm级微量氧分析仪器并商业化的Teledyne分析仪器公司熟知这个挑战，在开发微量氧产品线时就已经面临大气中含氧量209000ppm的现实、准备好面对典型小于1ppm氧分析的风险；美国Teledyne分析仪器公司利用其五十多年检测氧的经验做出了一条令人称赞的微量水分析仪Series 8800产品线。

产品的核心—超薄膜(HTF)Al₂O₃传感技术

Teledyne 8800系列采用Al₂O₃超薄膜(HTF)传感器专利技术，可连续在线或非在线精确地探测微量水。所有的Al₂O₃传感器遵循相同的基本工作原理：在传感器铝芯和上层多孔金膜之间的电容随介电层(氧化层)水含量的变化而变化；Teledyne 8800系列微量水传感器采用了HTF超薄膜技术，在传感器的结构上有如下所述3点主要的改进。与其它传统的氧化铝传感器相比，这些结构的变化使用户在使用中能得到更高的灵敏度、更好的稳定性和更快的响应速度。

超薄膜镀层（HTF）

HTF传感器有极薄的氧化层，这一改进对传感器性能的推进有着极大的贡献。氧化层越薄则电容变化信号也越强；其一，因为电容量与电容两极板（铝芯到氧化层上的金膜）之间的距离是成反比的；其二，氧化层越薄，水分子出入氧化铝介电层上细孔的速度越快，因此，HTF传感器的响应速度就越快，是常规传感器的几倍。

障 碍 层

在HTF传感器中，氧化铝与铝芯之间的过渡是快速的，界定是清晰的。该内部介电层产生一个电容，由于其电极是非常接近的，导致了传感器的湿/干电容比高。湿/干电容比高的优势在于：由一些不希望的因素引起的电容的漂移会很不明显；尤其在温度敏感性和老化漂移方面所带来的系统漂移会比传统的传感器要小得多；另外一个优势是与介电层的快速迁移有关的，特殊的制造工艺降低了金属迁移，这是在传统传感器上引起老化漂移的一个主要原因。

小孔几何特征

在传统传感器与HTF之间，最显著的差异是它们的小孔几何性质；传统传感器依赖吸湿性Al₂O₃结构去吸附水，而HTF传感器依靠小孔几何性质-即减缓进入小孔的水分子的布朗运动；HTF传感器的设计导致小孔中有更多的电介质，可产生一个更高的电容；从该特性衍生出的另一个优势是：HTF的小孔几何性质几乎不随时间改变；然而传统的Al₂O₃结构是不稳定的，会慢慢倒塌成非吸湿性结构；所以，传统的传感器有更高的漂移率，需要经常标定。

注：请注意HTF-Al₂O₃高电容传感器的生产具有很高一致性，可以在现场直接替换，而不需要象传统的Al₂O₃传感器一样送回工厂重新标定或更换EPROMS。

微量水HTF传感器电容在整个测量范围内的变化比传统的传感器要大60倍，尤其在低端的线性、电容随微量水浓度的变化会比传统的传感器大600倍；这种更高的灵敏度会使HTF传感器具有更高的稳定性，更能抗温度、电子噪音等因素的干扰，不易漂移。

通用电子平台

8800系列电子特征是一个3 1/2位 LCD数显带逆光性能（8800T除外）；控制器使用先进的微处理器通过一个菜单驱动的用户界面进行操作；按键是触摸式的；通常，用户通过MODE键选择不同的选项；用UP(向上)、Down( 向下 )按钮修改单位、数值或选择模式中的选项；压力修正按钮用于放弃一个模式或激活仪表的压力修正功能。

用户可以选择设置微量水分析结果的显示单位：Deg C摄氏度、Deg F华氏度、ppm和天然气应用中要求的单位：lbs /million cft 或g/m³

大多数型号提供2个通用选项：2个可调报警；1个隔离0-20mA或4-20mA输出或RS232C串行接口；仪表也有一个传感器开路、短路或电子系统故障提示功能；另外，多数型号提供扩展的自检功能：在启动阶段或运行中每2分钟一次。

压力修正功能

微量水读数一般显示为传感器压力下的读数（大气压）；操作者可以通过选择和设定压力修正按钮显示在线压力下的读数；读数通常显示为摄氏度或华氏度的露点；需要ppm单位读数时，操作者需要控制/监视在线压力，并通过压力修正功能将该压力值输入控制器。

传感器安装

在当今的工业领域，正确的样品处理对于维持严格的微量水控制是至关重要的；以下方法可以帮助操作者取得成功的露点测量：

1．传感器的安装尽量接近测量点

2．仪表的安装尽量接近测量点

在设计合适的露点分析采样系统时，泄漏、压力/温度梯度、和微量水吸附/脱附特征也需要仔细加以考虑；材料的吸附/脱附影响到整个系统的响应时间；对于低露点分析的应用，接液材料必须采用不锈钢以减少易吸湿材料引起的严重滞后现象；Al₂O₃传感器上游的接头/连接点和垂直拐弯越少越好，以减少微量水滞留,聚集或泄漏的可能性。

HTF氧化铝传感器在整个测量范围内的温度稳定性都非常好；只有在-70℃(dp)以下才有轻微的温度敏感性；温度影响如此之小，只需通过软件补偿即可；传统氧化铝传感器和陶瓷传感器的温度影响相对与它们对微量水的灵敏度来说太大了，不可能通过软件来做补偿。

Model 8800P便携式：干燥储藏系统

左图说明了8800P干燥储藏样品池系统的设计结构；第一位置描述了传感器浸在用于干燥储藏的干燥剂里；传感器通过一个非常精细、大约5mm厚的不锈钢膜与干燥剂隔开；传感器与干燥剂尽量接近对于快速干燥来说是很重要的。

当传感器处在干燥位置时，样品从样气池底部与传感器活塞之间的空间流通；当进行测量时，气体出口暂时锁定；样气流的压力推动活塞并且将传感器推入样气池，传感器被样气流中的微量水快速浸湿；通过1-2分钟给出一个精确的读数；然后，通过前面板操作产生一个激活信号将传感器推回干燥储藏位置。

仪器的标定

Teledyne公司集50年在分析仪器研制方面的卓越成果，成功地将超薄膜技术用于Al₂O₃工艺，使得仪器的标定变得非常简单：

- 仪器零点的标定：使用干燥的气体（根据量程选择-80℃或-100℃露点以下的气体）

- 仪器量程的标定：使用露点在20℃以上的气体

- 上述标定工作仅需每两年进行一次。

通用设计选项

Teledyne 8800系列 微量水分析仪提供四种选型，用于在线或便携检测-100 to +20℃的露点

- Model 8800A：嵌入式安装，通过插拔式螺丝终端连接

- Model 8800P：便携式，电池供电

- Model 8800B：壁挂式安装，通过3个防水接头连接

- Model 8800T：带LCD显示表头的低成本、环路供电的露点变送器，管道流通式安装 

技术指标