露点测量的压力影响：常压测量与带压测量的差异

一、露点由分压定，压力却在换算式里

同一台罐里的气，在设备本体上测得的露点，与放气减压之后测得的露点，会差出二十开尔文上下。这个差别不是仪器不准，这两个数字本来不属于同一个压力。

露点的定义在 JJF 1012-2007 的 2.17 条写得清楚：在等压的条件下将气体冷却，当气体中的水蒸气冷凝成水并达到相平衡状态时的气体温度。定义里带等压两个字，说明露点这个量是附着在某一个压力上的。同一条文的 2.18 条给霜点下了平行的定义，两者以冷凝物的相态区分，不以温度高低区分。

冷镜式仪器测到的是水蒸气分压。GB/T 5832.2-2016 第 3 章的原理原文是这样描述的：将一置于恒定压力气体氛围中的光洁金属镜面逐步冷却降温时，气体和气体中水分的分压保持不变，直至气体中的水分达到饱和而在镜面形成露。镜子读到的是分压，不是总压，这一点决定了后面所有换算的走向。ISO 6327:1981 的 3.2 条把同一件事说得更直接：样气中的水蒸气分压即为观测露点对应的饱和蒸气压，前提是湿度计内气体压力与取样时相同。该条同时写明，这类湿度计可在总压大于或等于大气压的系统中不经校准测定水蒸气压力，方法本身带有基准测量的性质。

分压与总压的关系式只有一条：分压等于水的摩尔分数乘总压。气体从设备里放出来，摩尔分数不变，总压降了两个数量级，分压按同一比例往下走，露点随之降低。反过来，在设备压力下测，分压被总压抬起来，读数自然偏高。压力从定义之外的地方进了结果。

二、同一团气，两个露点

把这个关系算成数，量级一目了然。取一份气样，它在常压下的露点为负 20 摄氏度，按 DL/T 506-2018 附录 B 的冰面表，对应的饱和水蒸气压为一百零三点二四帕，除以大气压十万一千三百二十五帕，体积比约一千零一十九微升每升。这一千零一十九是不随压力变化的量。

把同一份气样放到不同总压下去测，摩尔分数不变，分压随总压成比例变化，露点跟着走：

表1 同一气样在不同测量压力下的露点（常压露点负 20 ℃，体积比约 1019 μL/L）

0.7 兆帕这一行值得多说一句。SF6 开关设备的额定压力多落在这个量级，GIS 与其他气体绝缘设备也相近，同一份气在这一压力下的露点比常压值高出二十二开尔文，压到 1 兆帕差距到二十七开尔文。表里的数说明一件事：设备在本体压力下测得的露点，与放气之后在常压下测得的露点，是同一份气的两个合法读数，差别不来自仪器，也不来自操作，来自压力本身。换个说法，一份在常压下判为合格的气，若在带压状态直接读露点，读数可能越过分界线。

反方向同样成立。在 0.7 兆帕下读到露点 0 ℃ 的气样，换算到常压是负 21.6 ℃，在 1 兆帕下读到 0 ℃ 时，常压值是负 25.2 ℃。带压读数越高，减压后的落差越大。

体积比这一端的不变性，正是判据选它的理由。设备里水分的总量不随压力变化，用体积比描述，测一次便是一次存量，用露点描述，同一份气在不同压力下能给出一串数。现场把两次测量的露点拿来比，若两次的测量压力不同，比的其实是两个不同的量。

这里的换算没有引入任何经验修正，只有一条分压等于摩尔分数乘总压，加上饱和水蒸气压与温度的对应关系。露点这一端的数字在变，体积比那一端的数字不变，这便是两种测量结果能够互相翻译的全部依据。

三、DL/T 506-2018 的附录 A：压力在分母上

SF6 电气设备这一侧的现行方法依据是 DL/T 506-2018《六氟化硫电气设备中绝缘气体湿度测量方法》，2018 年 6 月 6 日发布、10 月 1 日实施，代替 2007 版。它的附录 A 把换算式写得极简：体积比等于露点下的饱和水蒸气压除以测量系统总压力，再乘十的六次方，记作 Vr 等于 ed 除 Pt 乘十的六次方。

式子里的三个量各有讲究。ed 是露点下的饱和水蒸气压，查附录 B 的表得到。Pt 是测量系统总压力，取测量那一刻的实值，Vr 是体积比，单位微升每升。附录 A 同时给了重量比与相对湿度的式子，其中相对湿度等于 ed 除环境温度下的饱和水蒸气压，这一条与环境温度强相关，与总压无关。

压力在分母上，意味着它的误差按比例进结果。总压读差百分之一，体积比跟着差百分之一。常压测量时这个分母是大气压，读一次气压计便定下来。带压测量时分母是设备压力，取设备上那块表的读数，还是减压之后在仪器入口处实测，现场这两种做法给出的分母往往差出不少。

ed 这一端还要处理插值。附录 B 的表按温度给，检定点之间要内插。常用的 Magnus 经验式在 0、负 10、负 20 摄氏度三点上算出的值与冰面表相差都在零点零三帕以内，用来做内插估算够用，正式报告仍应查表。本文表 1 里的露点值即按这一路子算出，属估算，不属标准给值。

表2 把三个量与常见错法摆在一起。

表2 ed、Pt、Vr 三个量及常见错法

末一行是现场反复踩到的一处。DL/T 506-2018 附录 C 的温度折算表只适用于常压测量结果的温度折算，条文写明设备压力下测量应先按附录 A 换算。跳过这一步直接拿附录 C 去查，等于把两个不同压力下的数放在同一张表里插值，结果没有落脚点。

四、规程为什么推荐常压测量

DL/T 506-2018 的第 7 章只给了一句话：推荐在常压下测量，设备压力下测量的计算见附录 A。一句推荐背后是三条理由。

头一条是判据口径。DL/T 506-2018 只规定测量方法与结果的温度折算，条文里没有湿度限值。限值在 DL/T 596-2021 与 GB/T 8905-2012 里，两者都以 20 ℃ 的体积分数给出，不写成露点阈值。判据关心的是设备里有多少水，不是这团气在某个压力下会凝出什么。判据既然落在体积比这一端，测量便该奔着体积比去，而体积比要靠 ed 除 Pt 得到，常压下 Pt 是确定的，换算链短。带压读到的露点再好看，也要先落到体积比这一端，才谈得上与判据对话。

第二条是压力本身在变。设备取气的过程是放气的过程，气室压力从额定值一路往下走，测量期间的分母是一条下降的曲线，不是一个定值。带压测量若只记设备铭牌上的额定压力，分母便与实测时刻对不上。

第三条是相态。带压下露点高，镜面上的冷凝物可能是液态水，减压之后同一个气样的露点落到零下，冷凝物变成霜。附录 A 的条文为此专门交代：露点低于 0 ℃ 时，冷凝物为过冷却水的取过冷却水面饱和水蒸气压，为冰晶的取冰面饱和水蒸气压。两种工况下的相态不同，查的是两张不同的表，混用便会带进偏差。

五、带压测量的三处偏差来源

带压测量不是不能用，是要知道偏差从哪里来。

头一处是减压过程的温降。气体经减压阀膨胀，温度随之下跌，跌落幅度与压比和气体种类有关。样气在管路里冷到露点以下，水分在管壁凝出来，进到镜面的水变少，读数偏低。DL/T 506-2018 第 5 章为此对气路提出要求：宜用不锈钢管、铜管或聚四氟乙烯管，壁厚不小于 1 毫米，内径 2 至 4 毫米，不得使用橡皮管、聚氯乙烯管，接头不得采用铁材质，仪器排气口应接 5 米以上排气管。这几条管的是吸附与反扩散，也管着温降带来的凝结。

第二处是压力的取值。前面说过，误差按比例进分母。带压测量时若在设备上读数，表本身有准确度等级，还有取气后压力下降的问题。若在仪器入口实测，要确认测点与镜面之间没有额外压降。两种做法的差别应在记录里写清，不能只写一个压力值了事。

减压温降的量级取决于压比与气体种类，现场不必记公式，记住处置即可。压比大的场合分级减压，中间加一级缓冲，管路做伴热让管壁温度高于预期露点，减压之后等温度回到环境温度再读数。三条做完，温降带来的凝结基本可控。判断有没有凝结的办法也简单：把流量加大，读数若明显往下走，说明管里还有凝出来的水在参与。

排气口那一条也值得单独说。条文只给长度，作用要靠现场理解：排气口接 5 米以上排气管，把排出的样气引到远处，避免湿气在仪器附近积聚后被重新吸入，也避免空气沿排气口反扩散进测量室。反扩散对低露点测量的影响尤其明显，仪器越往干端测，越要留意排气这一侧。这一侧常被漏掉。

第三处是管壁的记忆效应。不锈钢管对水分也有吸附，湿度高的气样走一遍，管壁吸住一部分，再测干气时吸住的水慢慢放出来，读数偏高。管路越长、内壁越旧，这个效应越明显。处置办法是延长吹扫时间，看读数是否还在单向漂移，漂移不停便不记数。

表3 把两种工况的差别收拢成一张表。

表3 常压测量与带压测量的对照

六、常压测量的边界：大气压波动与管路温度

常压测量省掉了压力换算这一层，却换来两处要自己盯的地方。

一处是大气压波动。JJG 499-2021 的 6.1.1.2 条写明：气体露点温度与气体压力有关，露点温度应指明测量的气体压力，环境大气压波动不超过 200 帕每小时。这一句同时给了两件事：报告要写压力，以及检定时的大气压要稳。海拔与天气带来的气压变化量级远大于 200 帕，现场测一次记一次气压，比事后假定一个标准大气压可靠。

海拔这一项常被忽略。标准大气压取 101.325 千帕，海拔较高的站点实测值可以比它低一成以上，同一个气样在高原测得的常压露点会比平原低一截。这类差别不进任何修正表，只能靠实测气压消掉，所以每次记一次气压是必要的，不能默认一个常数。JJG 499-2021 把大气压波动限在每小时 200 帕以内，检定时尚且如此，现场更该把气压当作一个被测的量。常数顶不上。

另一处是管路温度。同一规程的 6.1.1.1 条要求：露点测量室和采样管路系统所处的环境温度应高于待测气体的露、霜点温度 5 ℃ 以上，当测量时露点温度高于环境温度时，所有测量管路应加热使管路温度高于露点温度 5 ℃ 至 10 ℃。管路比露点冷，水会在管里先凝出来，镜面读到的自然偏干。

仪器侧的准确度也要与这些偏差放在一起看。JJG 499-2021 的计量性能表按露点温度分五档，其中负 20 ℃ 至 40 ℃ 这一档，一级仪器的允许误差限为正负 0.15 ℃、重复性不大于 0.08 ℃，二级为正负 0.30 ℃、重复性不大于 0.15 ℃。仪器这一端的误差是零点几开尔文量级，压力换算那一端的偏差是二十开尔文量级，两相对照，先管哪一头便不用再争。

湿度计本身的能力也有边界。DL/T 506-2018 第 4 章按原理分档：冷凝式露点仪露点范围 0 至负 70 ℃，测量误差不超过正负 0.6 ℃。电解式湿度计测量范围 1 至 1000 微升每升，引用误差在 1 至 30 微升每升区间不超过正负百分之十、30 至 1000 区间不超过正负百分之五，电阻电容式湿度计 0 至负 60 ℃，测量误差不超过正负 2.0 ℃。同一份气样用不同原理的仪器测，原生量都不一样，压力影响的路径也不同。

七、相态这一层：过冷却水与冰面两张表

相态是露点换算里容易被跳过的一层，可它直接决定查哪张表。

DL/T 506-2018 附录 B 给了两张表。表 B.1 是过冷却水饱和水蒸气压，0 ℃ 为 611.21 帕，负 10 ℃ 为 286.44 帕，负 20 ℃ 为 125.46 帕。表 B.2 是冰的饱和水蒸气压，0 ℃ 为 611.153 帕，负 10 ℃ 为 259.874 帕，负 20 ℃ 为 103.239 帕。两张表在 0 ℃ 处几乎重合，到负 10 ℃ 差出二十七帕，到负 20 ℃ 差出二十二帕。

差二十二帕是什么概念？按附录 A 的式子，在常压下它对应约两百微升每升的体积比差别，在 0.7 兆帕下，同一压差折算下来只剩三十微升每升上下。压力越高，相态选错带来的体积比偏差越小，可它造成的露点偏差始终存在。

过冷却是霜点测量里的常态。镜面温度降到 0 ℃ 以下，水未必立刻结成冰晶，常常先以过冷水的形态出现，温度再往下降才转相。相态不同，查的表不同，露点值也不同。仪器带相态判别设施，正是为了在这一段给出可靠的判断，人工观察则是复核手段。

判相态要靠观察。DL/T 506-2018 第 8 章写明可用结露观察镜判断镜面结露形态。JJG 499-2021 在概述里把相态判别设施列为精密冷镜式露点仪的必备组成，不是选配，规程要求仪器具备在 0 ℃ 以下霜点测量时判断镜面上生成的是霜还是露的设施。该规程附录 A.1 还交代了换算口径：用露点仪进行相对湿度测量时，露点温度对应的饱和水蒸气压取纯水平面或冰平面的值，两张表不可混用。

八、换算的适用范围，别外推

压力换算的式子简单，适用范围却不宽。

GB/T 22634-2008《天然气水含量与水露点之间的换算》给出的关联式，在露点温度负 15 ℃ 至正 5 ℃、绝压 0.5 兆帕至 10 兆帕内被确认。该标准同时写明，它确立的是水含量与水露点两者之间的数学关系式，并给出了关联式的不确定度，但对测量不确定度不作量化规定。参比条件取压力 101.325 千帕、温度 20 ℃。

离开这个区间往外推，风险来自两头。往低温方向，饱和水蒸气压小到几十帕甚至几帕，任何一点分压误差都会放大成好几开尔文的露点误差。往高压方向，气体偏离理想行为的程度在增加，分压与摩尔分数之间的简单比例关系开始站不住。现场真要用到高压侧的高准确数据，往往得回到实测。靠一条经验式往回推，撑不住。

天然气这一侧给了个直观的例证。ISO 6327:1981 的第 2 章写明，输送管线中经处理的天然气水露点通常在负 25 ℃ 至正 5 ℃ 之间，按气体压力不同相当于含水量 50 至 200 ppm，以体积比计。同一段露点区间，含水量能差出几倍，差的全部来自压力。管线压力越高，同样的含水量对应越高的水露点，这条走向与本文表 1 一致。

还有一层容易被忽略：所有换算的前提是水分摩尔分数在过程中不变。管路里凝了水、管壁放出水、接头处漏了气，任何一条发生，两端便不是同一团气，换算再准也对不上。

九、报告上该写什么

报告要能被人复算，字段便得齐。

头一项是测量压力。JJG 499-2021 的 6.1.1.2 条要求露点温度应指明测量的气体压力。只写一个露点值不写压力，这份数据无法与下一次比对，也无法换算成体积比。

第二项是体积比与温度折算的口径。DL/T 506-2018 第 8 章规定气体湿度用体积比表示，露点值按附录 B 查得饱和水蒸气压、按附录 A 换算为体积比，单位为微升每升。同一份标准的第十章要求测量结果折算到 20 ℃ 的数值，若设备生产厂提供折算曲线或图表，采用厂家曲线亦可。

第三项是相态与冷凝物形态。查的是过冷却水表还是冰面表，观察镜看到的是露还是霜，这两句写进记录，复核的人才能判断换算有没有走对表。

第四项是取气条件。DL/T 506-2018 第 9 章写明湿度测试应在设备充气 48 小时后进行，出厂试验、检修后可 24 小时后进行。充气之后设备内部的水分迁移需要时间。第 6 章给的环境条件是温度 10 ℃ 至 40 ℃、尽可能在 10 ℃ 至 30 ℃，相对湿度不大于百分之八十五。测早了，读到的不是平衡态。

第五项是测量时的大气压与环境温度。大气压进附录 A 的分母，环境温度进第十章的温度折算，两项缺一，复核的人便无法复算。把这两项与前三项摆在一处，一张记录单只留五个字段，却能让两年后的比对站得住。

表4 报告五个字段与各自的依据

字段只有五个，填全却常被漏掉。漏的多是末一行，大气压拿一个常数顶上，环境温度干脆不写。这两个数一缺，体积比便复算不出来，换算这一步做得再细也落不到纸上。

十、朝露在两种工况下的位置

朝露是北京康高特（KGT）自研的冷镜式露点仪，采用四级帕尔帖冷泵对镜面控温，由光电检测系统捕捉镜面结露的热力学平衡状态，同步测出平衡时的镜面温度。产品页写明其技术指标符合 JJG 499-2021 的相关要求。

官方给出的核心参数分两组。测量范围一项写的是常规气体负 65 ℃ 至正 20 ℃，并注明是大气压环境下的值。SF6 气体在大气压下、环境温度为 10 ℃、20 ℃、35 ℃ 时为负 65 ℃ 至正 20 ℃，环境温度为 40 ℃ 时为负 55 ℃ 至正 20 ℃。产品页在同一处加了一句注：气体压力高于大气压时，实测露点温度会相对偏高。这句注与本文第二章的演算方向一致，是厂家对压力影响的明示。

精度按区间分两档：负 40 ℃ 至正 20 ℃ 区间不大于正负 0.2 ℃，负 65 ℃ 至负 40 ℃ 区间不大于正负 0.5 ℃。重现性不大于正负 0.1 ℃，条件为同一工况下连续测量 10 次。测量参数包含露点温度、微升每升体积比浓度值、平衡过程曲线、气体流量、环境温度、环境湿度，体积比这一项直接给出，省掉人工查表。

样气工况适配区间写的是工作压力 10 毫巴至 10 巴，流量适配区间 20 至 30 升每小时，样气要求无油、无粉尘、无腐蚀性杂质。工作压力上限 10 巴，约等于 1 兆帕，覆盖到本文表 1 里压力上限那一行。这台仪器能在带压侧直接测，读到的数是该压力下的露点，报告里要么写清压力，要么换算到常压再报。产品给出的体积比浓度值是按当时的总压算出来的，压力字段填错，这一项跟着错。

流量这一项不只是为了让镜子快点平衡。20 至 30 升每小时是这条气路上的适配区间，流量偏小，气路里的死体积与管壁吸附占主导，平衡时间拉长，流量偏大时减压处的温降更明显，也可能把未充分平衡的气样送到镜面。平衡过程曲线用来看这件事：曲线走平，说明镜面与水蒸气分压真的达到了平衡，读的才是露点。

把这几个工况摆在一处看，压力从来不是露点之外的一个附注，它与露点是一组绑定出现的数。两个一起记。

十一、结语：变的是露点，不变的是体积比

压力影响这一层，说到底是三句话。头一句，露点测的是水蒸气分压，而分压等于摩尔分数乘总压，所以露点这个数天生带着压力的印记。第二句，压力变了，变的是露点温度，不变的是体积比，跨压力比较一律先落到体积比这一端。第三句，常压测量省掉换算链，代价是要盯大气压波动与管路温度。带压测量能把设备状态的原貌读出来，代价是压力取值、减压温降、管壁记忆效应三处偏差。

三句话记住之后，剩下的是记录习惯。现场每测一次，记一次压力、一次相态、一次环境温度。换算这一步不难。难的是承认同一个气样会有两个露点，并且知道哪一个是报告该写的那一个。这三项写全，两年之后的另一个人拿到这份数据，对着同一份记录单便验得出来。

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