Методы измерения влажности воздуха и газа. Измерение влажности воздуха


Измерение влажности. Методы и работа. Устройство и приборы

Измерение влажности жидких веществ зависит от полярности жидкости, то есть, если вода хорошо растворяется в жидкости, то такая жидкость полярная, и наоборот. Например, бензин является неполярной жидкостью, а спирт – полярной. Концентрация воды в полярной жидкости может быть любой. Плотность жидкости наиболее удобно определять ареометром, который имеет плавающую шкалу.

В неполярной жидкости содержание воды определяют по изменению диэлектрической проницаемости, так как вода в таких жидкостях растворяется в незначительных количествах. Измерение влажности сухих веществ производят методом высушивания в лабораторных условиях. Для этого сравнивают массу вещества до сушки, и после нее. Чтобы быстро определить влажность, применяют специальные измерительные устройства.

В настоящее время наиболее популярным стало:

  • Измерение влажности воздуха для осуществления мониторинга погодных условий с некоторым предсказанием возможного изменения влажности.
  • Нормы гигиены по содержанию в воздухе влаги.
  • Условия технологии, зависящие от влажности внешней среды.

Измерение влажности на химическом производстве требуется для определения влаги в сыпучих или твердых материалах. Например, для управления режимом работы печей требуется контроль текущей величины влажности газов или воздуха. При выполнении сушки в химическом производстве также необходимо периодически измерять содержание влаги в различных веществах. Такой процесс требует значительных затрат энергии, достигающих 15% расходуемого топлива. Например, перед фасовкой цемента, удобрений в мешки осуществляют предварительную сушку.

Методы измерений

В каждом конкретном случае, в котором необходимо измерение, существуют специальные методы. Рассмотрим основные из таких методов.

Психрометрический метод

Заключается в том, что измеряется разность температур 2-х термометров: сухого и влажного. С помощью специального фитиля мокрый термометр поддерживается во влажном состоянии, путем его непрерывного смачивания водой. Вода испаряется с поверхности термометра, тем самым охлаждает его. Скорость испарения прямо пропорционально зависит от влажности. Чем более сухой газ, тем быстрее будет испаряться вода с мокрого термометра. Возникает разность температур влажного и сухого термометров, по которой определяют влажность газа.

Формула для определения влажности использует зависимость между значениями обоих термометров, и давлением пара:

р н.м – р = А рб (t c – t m), где р –давление газа, р н.м. – давление пара при tm (влажного термометра), рб – давление по барометру, А – психрометрическая константа, t c – температура сухого термометра.

По следующей формуле определяют относительную влажность:

φ = р : р н.с *100 = 100 * [р н.м – А р б (tc – tm)] : р н.с

где р н.с, р н.м – парциальное давление насыщенного пара при температурах t c и t m. В связи с тем, что р н.с и р н.м однозначно определяются t c и t m, то при А = const, можно получить зависимость:

φ = f(t c – t m ,  t c)

Исходя из этой формулы, рассчитываются психометрические таблицы, которые отличаются в зависимости от различных видов термометров. Константа А зависит от условий отведения тепла от термометра во внешнюю среду. В связи с этим для отдельного устройства термометра величина А будет отличаться от других.

Для создания постоянного значения параметра А в каждом термометре создают такой обдув термометра, при котором этот параметр будет постоянным. Шкала психрометра имеет градуировку в влажности. Принцип действия разных видов психрометров одинаков.

Сорбционный метод

Заключается в связи свойств материалов с количеством поглощенной влаги, зависит от влажности контролируемого газа. Работа сорбционного влагомера описана ниже.

Метод точки росы

Фиксация температуры конденсации пара до момента насыщения влагой. Абсолютную влажность вычисляют по температуре точки росы. Это наиболее точный способ, позволяющий при любом давлении газа измерить влажность.

Чувствительным элементом является зеркало, которое требуется охлаждать для образования на нем конденсата влаги газа. Для измерений температуры образования росы спроектированы влагомеры с автоматическим действием.

Очищенная газовая смесь поступает по каналу 1 в камеру 2. В этой камере газ касается с зеркалом оптического канала 3. По нему поток света попадает на оптрон 5 от источника 4. Происходит охлаждение поверхности 3 с помощью термобатареи 6, которая функционирует на элементах Пельтье. Ее принцип действия заключается в протекании тока через поверхности прикосновения разных типов проводников. Вследствие этого выделяется тепло или холод.

При подходе к точке росы оптрон закрывается, и протекание тока по термобатарее прерывается. Термопара 7 определяет температуру точки росы.

На практике имеются трудности в осуществлении этого метода измерения:

  1. Определение момента конденсации зависит от способа фиксации.
  2. Температура конденсации росы зависит от вида поверхности. Значительно снизить температуру росы может наличие жирных веществ.
  3. В агрессивных химически активных газах точка росы может иметь значительные отличия от расчетных значений. Агрессивные газы могут взаимодействовать на поверхность выпадения росы, вызывая ее коррозию.
Влагомеры сорбционного типа

В таких типах чувствительный компонент должен быть в равновесии с контролируемым газом. Практическую популярность получили несколько видов преобразователей.

Электролитические

Содержат электролит. Влажность газа изменяется, вследствие чего изменяется объем влаги на чувствительном элементе. Это ведет к изменению концентрации электролита на чувствительном элементе.

В состав электролита входит хлористый литий. Схемы измерений таких моделей являются мостовыми схемами измерений. Электролитические гигрометры имеют такие недостатки, как влияние концентрации вещества, а также непостоянство характеристики градуировки на измерения.

Электролитические измерители с подогревом по конструкции подобны измерителям электролитического типа без подогрева. Но их принцип работы имеет отличия. Изменение величины электропроводности обуславливает изменение температуры преобразователя.

В случае, если влажность газа повышается, следовательно, повышается электрическая проводимость преобразователя. Это приводит к повышению тока, испарению влаги, что приводит к снижению электрической проводимости.

Температура, которая соответствует этому равновесию, подлежит измерению преобразователем. Модели электролитических влагомеров, имеющих подогрев, обладают повышенной надежностью и простотой конструкции. Их свойства не зависят от загрязнения и пыли

Кулонометрические преобразователи

Выполняют измерение по электрической энергии, потраченной на электролиз влаги, поглощаемой пентаоксидом фосфора. В таких приборах преобразователь включает в себя пластиковый корпус. В его внутреннем канале находятся два электрода, выполненных в виде спиралей, которые не касаются друг друга. Промежуток между электродами занят пентаоксидом фосфора, который обладает хорошей способностью к сушке.

Влага, находящаяся в газе, при соединении с гигроскопическим веществом, создает раствор фосфорной кислоты, имеющей повышенную удельную проводимость.  При подключении питания возникает электролиз поглощаемой влаги. При неизменном расходе газа объем воды равен концентрации влаги в контролируемом газе.

Достоинством кулонометрических влагомеров стала независимость показаний от питания и составных частей газа. На качество измерения не влияет загрязненность сорбента. Этот способ не нуждается в градуировке эталонных смесей, и является оптимальным для замеров минимальных концентраций влаги в газе.

Отрицательным фактором способа является необходимость недопущения газов, которые имеют щелочную реакцию. Чувствительный элемент может выйти из строя при их присутствии. Также на точность измерения влияет наличие спиртов.

Пьезосорбционные гигрометры

Работают по принципу применения зависимости частоты колебаний от веса влаги, которая поглощена сорбентом, находящемся на кварцевой пластине.

Характеристики метрологии пьезосорбционных влагомеров зависят от материала сорбента и способа его нанесения на кварцевую пластину. Использование силикагеля позволяет применять пьезосорбционный способ для измерения минимальной концентрации влаги. Устройство чувствительного компонента имеет элементарную конструкцию.

Гигрометры пьезосорбционного типа нуждаются в градуировке по газам, имеющим уже известную величину влажности. Могут быть дополнительные погрешности из-за сорбирования кроме влаги других компонентов контролируемого газа. Такие модели гигрометров используются в химическом производстве и при исследованиях материалов в термобарокамерах.

Измерение влажности

Оптический метод основывается на ослаблении ИК излучения из-за поглощения его водяными парами.

Конденсационный метод заключается в охлаждении газа в холодильнике до окончательной конденсации влаги. Затем влагу измеряют. Этот метод является абсолютным, однако при этом необходимы более трудные процессы.

Тепловой способ измерение влажности заключается в эффекте разной теплопроводности влажных и сухих газов.

Радиационный метод основан на зависимости поглощения инфракрасных лучей, зависящих от влажности.

Емкостный метод основывается на принципе действия емкости, ее емкость будет намного выше, если газ более сухой, так как влага, попавшая между обкладками, снижает емкость.

Кондуктометрический метод работает на зависимости влажности газа от его электрической проводимости. При возрастании влажности повышается и проводимость газа.

Похожие темы:

 

electrosam.ru

Измерение влажности воздуха: как, чем и зачем

Оглавление статьи

  1. Что такое влажность и какой она бывает
  2. Как измерить подручными средствами
  3. Профессиональные приборы измерения
  4. Что делать, если влажность в помещении не соответствует норме
Понятие «влажность воздуха»

Влажность воздуха — это общее количество водяного пара в воздухе в конкретном помещении (или атмосфере, если говорить глобально). Она бывает:

  • абсолютной —данная величина постоянно меняется;
  • относительной — этот показатель знаком нам из метеопрогнозов, он указывает, какого процента влаги недостаёт в атмосфере до того, чтобы началась ее конденсация на поверхностях.

На этот показатель влияют: расположение помещения, его назначение, характер хранимого в нем имущества, климатические и погодные условия. Измерение влажности воздуха проводят исходя из характера помещения.Существует несколько типов устройств для измерения влажности.Мы остановимся на двух: профессиональных и бытовых.

Измерение влажности воздуха в домашних условиях

измерение влажности воздухаК простейшим бытовым методам измерения влажности можно отнести:

  • стакан с водой. Принцип работы прост: наполнив стакан водой, ставим в холодильник на несколько часов, чтобы жидкость остыла почти до нуля, но не замёрзла, затем вносим в интересующее нас помещение.

а) если воздух сухой — стенки стакана запотели, а после практически разу высохли;б) воздух со средним показателем влажности: стакан запотел, а через 10-12 минут конденсат испарился;в) высокая влажность воздуха — по стенкам стакана стекаю капли воды.Кстати, с таким же успехом можно использовать и обычную пластиковую бутылку, наполненную холодной водой.

  • Термометр. По принципу действия метод довольно близок к профессиональным измерителям влажности. Измеряем обычным ртутным термометром температуру в помещении, записываем полученную величину, после чего оборачиваем головку градусника мокрой марлей (ватой), и по истечении 10-12 минут фиксируем новый показатель. Полученная разница температур будет средним показателем влажности воздуха в процентах.
Профессиональные устройства измерения влажности

Если говорить о профессиональных приборах для измерения влажности в помещении, то к ним относятся:

  • термогигометры;
  • психрометры.

приборы измерения влажности в домеГигометры измеряют влажность, термогигометры — более комплексный прибор, отмечающий также и температуру. Они бывают:

  1. Волосяные: приборы измерения на основе синтетического «волоса», который меняет длину в зависимости от влажности. Один его конец крепится к пружине, второй — к стрелке циферблата, что даёт возможность считывать малейшие изменения показателей. Такой прибор довольно точен и прост в использовании.
  2. Плёночные: органическая плёнка изменяет физические свойства зависимости от влажности воздуха: сжимается при ее снижении, и растягивается при повышении. Значения выводятся на циферблат. Гигрометры используют в помещениях с низкими температурами.

Психрометры — наиболее точные устройства для измерения влажности. Состоят из двух термометров. Один сухой, фиксирует температуру воздуха. Второй погружён в резервуар с водой, чтобы показывать температуру влажной среды. Полученная разница и будет искомой влажностью воздуха в помещении.

При измерении влажности в квартире или доме следует учитывать, что работающие кондиционеры, приборы отопления, вентиляции, вытяжки снижают общий показатель, а повышают его наличие в помещении открытых аквариумов, декоративных фонтанов, большого количества растений или регулярное проведение влажной уборки.

Как сделать показатель влажности комфортным

Оптимальным уровнем влажности воздуха в жилых помещениях — 65%, вне зависимости от времени года. Нижняя граница показателя — 30-40%. Для иных помещений гаражей, бань, саун, теплиц, производственных цехов и складов показатели регламентируются строительными нормами и правилами.

Если показатели ниже нормы — устанавливают специальные увлажнители воздуха. Но практика показывает, что чаще встречается проблема не пониженной, а повышенной влажности. Она знакома дачникам, владельцам гаражей и погребов, собственникам бань — сырость провоцирует развитие плесневых колоний, появление мокрых пятен, отмокание отделки, гниение несущих конструкций и перекрытий.

В странах Европы — Германии, Испании, Франции — с 80х годов XX века для снижения влажности применяют солнечные коллекторы. Приборы прогревают и вентилируют помещения каждый раз, когда на них попадают солнечные лучи. В России такие приборы появились в 2014 году.

Компания Solar Fox изобрела, протестировала и выпустила на рынок аналог европейских устройств — воздушный солнечный коллектор. Он обладает всеми преимуществами заграничного оборудования:

  • гарантированно избавляет от влажности и сырости;
  • прост в монтаже;
  • экологичен;
  • универсален;
  • работает в любой климатической и географической зоне;
  • экономит средства на вентиляцию и защищает строение.

Но кроме того — оборудование Solar Fox стоит дешевле европейского.

solarfox-energy.com

Методы измерения влажности воздуха и газа

В настоящее время наибольшее распространение в промышленных приборах получили следующие методы измерения влажности газов и воздуха: психрометрический, точки росы, сорбционный и оптический.

Психрометрический метод измерения влажности основан на измерении психрометрической разности температур между «сухим» и «мокрым» термометрами. Мокрый термометр смачивается через специальный фитиль водой. Испарение, а следовательно, и охлаждение с поверхности мокрого термометра тем больше, чем ниже влажность газа. Поэтому разность температур сухого и мокрого термометров зависит от влажности газа.

Метод точки росы основан на определении температуры, при которой газ становится насыщенным находящейся в нем влагой. Эта температура определяется по началу конденсации водяного пара

на зеркальной поверхности, температура которой может устанавливаться любой в интервале температур работы влагомера.

Сорбционный метод основан на связи физических свойств гигроскопических веществ с количеством поглощенной ими влаги, зависящей от влажности анализируемого газа.

Оптический метод основан на измерении ослабления инфракрасного (ИК) излучения за счет его поглощения парами воды.

Психрометрический метод. В психрометрическом методе используется зависимость между парциальным давлением пара в парогазовой смеси и показаниями сухого и мокрого термометров:

рн.м – р = Арб(tc – tm)     (1)

где р — парциальное давление пара в парогазовой смеси; рн.м — парциальное давление насыщенного пара при температуре мокрого термометра  tm; рб — барометрическое давление; А — психрометрическая постоянная; tc — температура сухого термометра.

Относительная влажность φ может быть определена из (1) следующим образом:

φ = р/рн.с100 = 100[рн.м - Арб(tc – tm)]/ рн.с       (2)

где рн.с , рн.м — парциальное давление насыщенного пара при температурах tc и tm.

В связи с тем, что рн.с и рн.м, однозначно определяются tc и tm, то при А = const, можно получить зависимость

φ = f(tc – tm,tc)          (3)

По этой зависимости можно составить психрометрические таблицы. Таблицы могут быть различными для разных конструкций мокрого термометра. Психрометрическая постоянная А определяется условиями теплоотвода от термометра через фитиль в окружающую среду (размерами и формой резервуара или гильзы термометра, теплопроводностью гильзы и ткани фитиля, смоченностью ткани и другими факторами), поэтому практически для каждой новой конструкции А будет отличным от других. Для обеспечения постоянства А для каждой конструкции обеспечивают такой режим обдува мокрого термометра (как правило, V ≥ 3 м/с), при котором А = const. Зависимость (3) может быть аппроксимирована семейством прямых φ = const в координатах tm,tc. Полагая, что прямые φ = const пересекаются в одной точке с координатами ta,tb (рис. 1), можно считать,

φ = f(tm – ta)/(tc - tb)                      (4)

Зависимость относительной влажности от температур «мокрого» и «сухого» термометров

Рис. 1. Зависимость относительной влажности от температур «мокрого» и «сухого» термометров:

1 - 5 - φ = 100 %; 80; 60; 40; 20

Принципиальная схема психрометра с термопреобразователями сопротивления

Рис. 2. Принципиальная схема психрометра с термопреобразователями сопротивления

Принципиальная измерительная схема психрометра с преобразователями сопротивления представлена на рис. 2. При соответствующем подборе плеч мостов можно считать, что Uab = k1(tm – ta) и Ucd = k2(tc - tb). В момент компенсации Uab = Uef =  mUcd, где m — относительное положение движка реохорда, тогда

m = k1 (tm – ta)/ [k2(tc - tb)]          (5)

Шкала психрометра градуируется в процентах относительной влажности. Возможны различные модификации этой схемы, но, как правило, принцип действия остается неизменным.

Преимущества психрометрического метода — достаточно высокая точность и чувствительность при температурах выше 0 °С. К недостаткам метода относится уменьшение чувствительности и точности при низких температурах, а также погрешность, связанная с непостоянством психрометрической постоянной А.

Метод точки росы. По температуре точки росы можно определить абсолютную влажность или влагосодержание, а если дополнительно измерить температуру газа, то можно определить и относительную влажность. Этот метод один из наиболее точных и позволяет производить измерение влажности при любых давлениях газа как при положительных, так и при отрицательных температурах. Основным чувствительным элементом влагомеров, основанных на измерении температуры точки росы, является зеркало, обдуваемое анализируемым газом. Зеркало необходимо охлаждать, чтобы на нем происходила конденсация влаги, находящейся

в анализируемом газе. Одновременно фиксируется температура, при которой начинается выпадение влаги (росы).

Для технических измерений разработаны автоматические влагомеры точки росы. Одна из схем такого влагомера представлена на рис. 3.

Принципиальная схема влагомера точки росы

Рис. 3. Принципиальная схема влагомера точки росы:

1 — канал; 2 — камера; 3 — зеркальная поверхность; 4 — источник измерения; 5 — оптрон; 6 — термобатарея; 7 — термопара

Газ, очищенный от примесей и пыли, по каналу 1 поступает в камеру 2, где соприкасается с зеркальной поверхностью оптического канала 3, по которому световой поток от источника 4 попадает на оптрон 5. Поверхность 3 охлаждается термобатареей 6, работающей на эффекте Пельтье. Принцип ее работы состоит в том, что при прохождении тока через соприкасающиеся поверхности разнородных проводников в зависимости от направления тока поглощается или выделяется тепло. Так, снижение температуры на 50 °С может быть получено при пропускании тока в 6 А при напряжении питания 15 В через термоэлектронную батарею размером 40 х 40 х 40 мм, содержащую 127 элементов. При достижении точки росы на поверхность 3 выпадает роса, оптрон запирается и ток через термобатарею 6 прекращается. Термопара 7 фиксирует температуру выпадения росы. Преобразователь точки росы прибора «КОНГ-Прима» измеряет точку росы в диапазоне -30...30 °С, погрешность составляет ±0,25 и ±1 %.

При практической реализации метода точки росы существуют определенные трудности. Во-первых, фиксация самого момента начала конденсации (выпадения росы) зависит от метода фиксации (оптический, кондуктометрический и т.д.). Во-вторых, температура точки росы может зависеть от состояния поверхности, на которой происходит конденсация. Например, наличие жира или нефтепродуктов на поверхности конденсации существенно занижает температуру точки росы. В-третьих, при измерении влажности агрессивных газов температуры точки росы могут существенно отличаться от расчетных. Кроме того, агрессивные газы вызывают коррозию поверхности, на которой происходит конденсация.

Сорбционные влагомеры. В сорбционных влагомерах чувствительный элемент должен находиться в гигрометрическом равновесии с измеряемым газом. В практике технических измерений

получили распространение следующие разновидности сорбционных преобразователей: электролитические, кулонометрические, пьезосорбционные и деформационные.

В электролитических гигрометрах измерительный преобразователь включает влагочувствительный элемент, содержащий электролит. Изменение влажности газа вызывает изменение количества влаги, содержащейся во влагочувствительном элементе, что приводит к изменению концентрации электролита во влагочувствительном элементе и соответствующему изменению его сопротивления или емкости. В качестве электролита чаще всего применяют хлористый литий. Измерительные схемы электролитических гигрометров представляют собой различные варианты мостовых измерительных схем. К недостаткам электролитических гигрометров следует отнести нестабильность их градуировочных характеристик, а также влияние температуры и концентрации растворенного вещества на их показания.

Электролитические преобразователи с подогревом по своему устройству близки к электролитическим преобразователям. Однако их принцип действия отличается. Изменение электропроводности преобразователя вследствие изменения влажности газа вызывает изменение температуры преобразователя. Если влажность газа увеличивается, то электропроводность преобразователя увеличивается, что приводит к возрастанию тока, увеличению температуры преобразователя и испарению влаги из преобразователя. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению электропроводности, тока и температуры преобразователя.

Таким образом, автоматически поддерживается режим, соответствующий равновесному состоянию между парциальным давлением паров воды в анализируемом газе и парциальным давлением пара над насыщенным раствором электролита. Температура, соответствующая этому равновесию, измеряется каким-либо термопреобразователем. Электролитические гигрометры с подогревом относительно просты и надежны. Их характеристики практически не зависят от запыленности или загрязнения, скорости измеряемого газа, его давления и напряжения питания.

В кулонометрических преобразователях влажность газа определяют по количеству электричества, затраченного на электролиз влаги, которая поглощается частично гидротированным пентаоксидом фосфора. Измерительный преобразователь в этих приборах состоит из пластмассового корпуса, во внутреннем канале которого расположены два электрода в виде несоприкасающихся спиралей. Пространство между электродами заполнено частично гидратированным пентаоксидом фосфора, являющимся хорошим осушителем. Влага газа, соединяясь с гигроскопическим веществом, образует раствор фосфорной кислоты с большой удельной проводимостью. Подключенное к электродам постоянное напряжение вызывает электролиз поглощенной влаги. Количество поглощенной и разложенной воды при постоянном расходе газа одинаково и определяется концентрацией влаги в анализируемом газе.

Преимуществом кулонометрических гигрометров является независимость их показаний от напряжения питания и состава газа. Загрязнения сорбента практически не влияют на показания прибора, метод не требует градуировки на эталонных смесях и хорош для измерения микроконцентраций влаги в газах.

К недостаткам метода относится необходимость исключения паров и газов, имеющих щелочную реакцию (аммиак, амины). Их присутствие выводит из строя чувствительный элемент. На показания существенно влияют пары спиртов, которые гидролизуются на пентаоксиде фосфора с образованием воды.

В пьезосорбционных гигрометрах используется зависимость частоты собственных колебаний кварцевого резонатора от массы влаги, поглощенной сорбентом, нанесенным на поверхность кварцевой пластины.

Метрологические характеристики пьезосорбционных гигрометров определяются материалом сорбента и технологией его нанесения на поверхность кварцевой пластины. Применение в качестве сорбентов силикагеля, цеолитов, сульфированного полистирола позволяет использовать пьезосорбционный метод для измерения микроконцентраций влаги в газах. Конструкция чувствительного элемента прибора достаточно проста.

Пьезосорбционные гигрометры требуют градуировки по газовым смесям с известной влажностью. Возможны дополнительные погрешности за счет сорбирования помимо влаги других примесей анализируемого газа. Пьезосорбционные гигрометры применяются в химической промышленности и при испытаниях материалов и изделий в термобарокамерах.?

Гигрометры для измерения влажности газов производятся отечественными фирмами: ИПТВ 056 (ф. «Элемер»), зарубежными фирмами: мод. 340, серия 800 (ф. Rosemount), мод. 4112 (ф. Honeywell), Dewcel (ф. Foxboro), мод. 70 (20—23, 31, 32, 51) (ф. Jumo) и др.

www.eti.su

Методы определения влажности воздуха

Психрометрический метод

Психрометрический метод заключается в оценке характеристик показаний сухого и мокрого термометров (психрометрической разности) с помощью психрометрических таблиц. Наибольшее распространение получили два типа психрометров: Августа и Ассмана.

Психрометр Августа состоит из двух термометров. Сухой термометр показывает температуру окружающего воздуха; термочувствительный элемент второго термометра обёрнут гигроскопической тканью, конец которой опущен в сосуд с водой. Вследствие испарения влаги с поверхности ткани температура последней понижается, достигая в установившемся состоянии при реально 100%-й влажности температуры по мокрому термометру tм. Этот процесс отвечает условию i = const, поскольку для воздуха количество тепла, внесенного с испарившейся влагой, точно равно затратам теплоты на её испарение. Температура поверхности испарения будет зависеть от относительной влажности воздуха φ: чем ниже значение φ, тем интенсивнее идёт процесс испарения влаги и тем ниже будет значение tм. Разность показаний сухого (tc) и мокрого (tм) термометров называют психрометрической разностью. При tм = tc относительная влажность воздуха равна 100%. Зная психрометрическую разность и температуру воздуха, можно с помощью i-d диаграммы или прикладываемых к прибору психрометрических таблиц определить φ.

Психрометр Ассмана относится к аспирационному типу вследствие создания искусственной вентиляции термометров для гарантированного выполнения условия равенства температур датчиков значениям tм и tc. Экранирование ртутных капсул металлическими трубками и продувании через них воздуха с помощью специального вентилятора с завозным или электрическим приводом повышают точность измерений (устраняются внешние тепловые излучения на прибор и улучшается теплообмен воздуха с чувствительными элементами термометров). Относительную влажность φ определяют с точностью 1…2%.

Гигрометрический метод

Гигрометрический метод основан на эффекте изменения длины нити из того или иного гигроскопического материала (обезжиренные волосы, капроновая нить и др.) при изменении влажности окружающего воздуха. Приборы, реализующие этот метод, получили название гигрометров. Чем суше воздух, тем короче становится чувствительный элемент прибора (нить, связанная системой рычагов со стрелкой, указывающей текущее значение относительной влажности φ на градуированной шкале). Распространение получили волосные гигрометры типа МВ-1 и МВК, пленочные М-39 и др.

Психрометрический и гигрометрический – это практические методы определения влажности воздуха. Также существует ещё два метода определения влажности воздуха – это дистанционное измерение и массовый метод, рассмотрим их подробнее.

Дистанционное измерение

Дистанционное измерение относительной влажности воздуха позволяет контролировать её без разгерметизации помещения грузовой камеры. Для этого применяется дистанционный гигрометр, который состоит из: гигроскопической нити, индукционной катушки, магнитного сердечника и измерительного прибора.

Для автоматической регистрации относительной влажности воздуха в течение заданного отрезка времени применяют прибор под названием гигрограф. В нём вместо стрелки помешено перо, на которое непрерывно подаются чернила. Регистрация осуществляется с помощью бумаги на барабане с часовым или суточным заводом. Таким образом, вычерчивается непрерывная кривая линия проходимых значений φ. В других приборах реализован также принцип измерения электрического сопротивления нити при колебаниях влажности воздуха.

Массовый метод

Этот метод основан на точном замере содержания влаги в воздухе. Исследуемый воздух, объем которого контролируется специальным счётчиком, прогоняют через трубки, заполненные поглотителем влаги (силикагель, хлористый кальций и др.). Разность масс трубок с адсорбентом до и после пропускания воздуха показывает количество поглощенной влаги. Разделив массу влаги на объём пропущенного воздуха, получают плотность ρп, то есть абсолютную влажность воздуха. Зная температуру tc, по таблице насыщенного воздуха определяют плотность его в состоянии насыщения ρп. н и относительную влажность: φ = ρп/ρп. н.

Управление влажностью в грузовом помещении рефрижераторного вагона осуществляется укрупнённо – путём введения ограничений в режим вентилирования наружным воздухом

Контроль и организация регулирования влажности воздуха на железнодорожном транспорте

Регулирование влажности воздуха осуществляется лишь в пассажирских вагонах путем применения увлажнителей – аппаратов с форсунками для распыления воды. Такие аппараты включаются от датчиков, расположенных в вагонах. Управление влажностью в грузовом помещении рефрижераторного вагона осуществляется организационными методами – путем введения ограничений на маршруте и соответствующей технологии разгрузки СПГ (скоропортящиеся грузы).

Влажностный режим при перевозках СПГ в изотермических вагонах не контролируется и не регулируется, а потому не нормируется правилами. Это вызвано отсутствием на изотермическом подвижном составе надежных приборов дистанционного контроля относительной влажности воздуха и технических средств воздействия на нее грузовых помещениях вагонов.

vse-lekcii.ru

Приборы для измерения относительной влажности воздуха

Конденсационный гигрометр (от греческих слов hygros – влажный и metreo – измеряю).

При понижении температуры, относительная влажность воздуха увеличивается. При некоторой температуре, называемой точкой росы, водяной пар становится насыщенным. Это означает, что в воздухе находится максимально возможное количество водяных паров. Относительная влажность воздуха равна 100 %. Дальнейшее понижение температуры приводит к тому, что образующийся излишек водяных паров начинает конденсироваться в виде капелек росы или тумана.

Для определения относительной влажности воздуха, можно искусственно понизить температуру воздуха в какой-то ограниченной области до точки росы. Абсолютная влажность и, соответственно, давление водяных паров при этом останутся неизменными. Сравнивая давление водяного пара при точке росы с давлением насыщенного пара, которое могло бы быть при интересующей нас температуре, мы тем самым, найдем относительную влажность воздуха.

Быстрого охлаждения можно добиться при интенсивном испарении какой-нибудь летучей жидкости.

Конденсационный гигрометр состоит из металлической коробочки с двумя отверстиями. В коробочку заливается эфир. С помощью резиновой груши через коробочку прокачивается воздух. Эфир очень быстро испаряется, температура коробочки и воздуха, находящегося вблизи нее, понижается, а относительная влажность растет. При некоторой температуре, которая измеряется термометром, вставленным в отверстие прибора, поверхность коробочки покрывается мельчайшими капельками росы. Чтобы точнее зафиксировать момент появления на поверхности коробочки росы, эта поверхность полируется до зеркального блеска, а рядом с коробочкой для контроля располагается отполированное металлическое кольцо.

Значения давления и плотности насыщенного пара при разных температурах можно найти в справочниках. Ниже приведен фрагмент соответствующей таблицы.

ρ, г/м3 ρ, г/м3
–5 0,40 3,2 10 1,23 9,4
0 0,61 4,8 11 1,33 10,0
1 0,65 5,2 12 1,40 10,7
2 0,71 5,6 13 1,49 11,4
3 0,76 6,0 14 1,60 12,1
4 0,81 6,4 15 1,71 12,8
5 0,88 6,8 16 1,81 13,6
6 0,93 7,3 17 1,93 14,5
7 1,00 7,8 18 2,07 15,4
8 1,06 8,3 19 2,20 16,3
9 1,14 8,8 20 2,33 17,3

Таблица 1. Давление и плотность насыщенного пара при разных температурах

Пусть, например, измерения проводятся при температуре окружающего воздуха 20 °С.

Давление насыщенного водяного пара при этой температуре равно 2,33 кПа.

Коробочка конденсационного гигрометра покрылась капельками росы при температуре 5 °С.

Этой температуре соответствует давление насыщенного водяного пара 0,88 кПа.

Относительная влажность воздуха

Психрометр (от греческих слов: psychros – холодный и metreo – измеряю) – прибор для определения влажности и температуры воздуха.

Психрометр состоит из двух одинаковых термометров. Баллончик с жидкостью одного из термометров оборачивается тряпочкой, конец которой опущен в чашечку с водой. Благодаря этому тряпочка всегда остается влажной. При испарении воды тряпочка и баллончик охлаждаются, вследствие чего показания влажного термометра оказываются меньшими, чем показания сухого термометра. Зная разницу показаний термометров и показания сухого термометра, можно по специальным психрометрическим таблицам определить относительную влажность воздуха. Если воздух предельно насыщен водяными парами и его относительная влажность равна 100 %, термометры будут давать одинаковые показания.

Разность показаний сухого и влажного термометров
Показания сухого термометра, °С 0 1 2 3 4
Относительная влажность воздуха, %
12 100 89 78 68 57
14 100 89 79 70 60
16 100 90 81 71 62
18 100 91 82 73 65
20 100 91 83 74 66
22 100 92 83 76 68
24 100 92 84 77 69
26 100 92 85 78 71
28 100 93 85 78 72
30 100 93 86 79 73

Таблица 2. Фрагмент психрометрической таблицы

Например, пусть сухой термометр показывает температуру 24 °С, а влажный 21 °С. Разность показаний сухого и влажного термометра составляет 3 °С. На пересечении соответствующих строки и столбца находим, что относительная влажность воздуха равна 77 %.

Волосной гигрометр.

Действие волосного гигрометра основано на свойстве обезжиренного человеческого волоса и некоторых органических пленок изменять свою длину в зависимости от относительной влажности воздуха. Если волос или пленку через передаточный механизм соединить с подвижной стрелкой, укрепленной на оси, и проградуировать шкалу, то с помощью такого прибора можно напрямую измерять относительную влажность воздуха.

files.school-collection.edu.ru

Влажность воздуха. Точка росы. Измерение влажности :: Класс!ная физика

ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА

В окружающем нас воздухе практически всегда находится некоторое количество водяных паров. Влажность воздуха зависит от количества водяного пара, содержащегося в нем.Сырой воздух содержит больший процент молекул воды, чем сухой.Большое значение имеет относительная влажность воздуха, сообщения о которой каждый день звучат в сводках метеопрогноза.

Относительная влажность — это отношение плотности водяного пара, содержащегося в воздухе, к плотности насыщенного пара при данной температуре, выраженное в процентах.

ТОЧКА РОСЫ

Сухость или влажность воздуха зависит от того, насколько близок его водяной пар к насыщению.Если влажный воздух охлаждать, то находящийся в нем пар можно довести до насыщения, и далее он будет конденсироваться.Признаком того, что пар насытился является появление первых капель сконденсировавшейся жидкости - росы.Температура, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным, называется точкой росы.Точка росы также характеризует влажность воздуха.Примеры: выпадение росы под утро, запотевание холодного стекла, если на него подышать, образование капли воды на холодной водопроводной трубе, сырость в подвалах домов.

ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ

Для измерения влажности воздуха используют измерительные приборы - гигрометры.Существуют несколько видов гигрометров, но основные: волосной и психрометрический.

Так как непосредственно измерить давление водяных паров в воздухе сложно, относительную влажность воздуха измеряют косвенным путем.

Принцип действия волосного гигрометра основан на свойстве обезжиренного волоса ( человека или животного) изменять свою длину в зависимости от влажности воздуха, в котором он находится.

Волос натянут на металлическую рамку. Изменение длины волоса передаётся стрелке, перемещающейся вдоль шкалы. Волосной гигрометр в зимнее время являются основным прибором для измерения влажности воздуха вне помещения.

Более точным гигрометром является гигрометр психрометрический – психрометр( по др. гречески "психрос" означает холодный).Известно, что от относительной влажности воздуха зависит скорость испарения. Чем меньше влажность воздуха, тем легче влаге испаряться.

В психрометре есть два термометра. Один - обычный, его называют сухим. Он измеряет температуру окружающего воздуха. Колба другого термометра обмотана тканевым фитилем и опущена в емкость с водой. Второй термометр показывает не температуру воздуха, а температуру влажного фитиля, отсюда и название увлажненный термометр. Чем меньше влажность воздуха, тем интенсивнее испаряется влага из фитиля, тем большее количество теплоты в единицу времени отводится от увлажненного термометра, тем меньше его показания, следовательно, тем больше разность показаний сухого и увлажненного термометров.

 

ВАУ, ИНТЕРЕСНЫЕ ЯВЛЕНИЯ !

____

Определив разность показаний сухого и увлажненного термометров , по специальной таблице, расположенной на психрометре, находят значение относительной влажности.

ИНТЕРЕСНО

Для здоровья человека вредны как чрезмерная сухость воздуха, так и большая влажность. Наиболее комфортная влажность воздуха для человека лежит в пределах 40—60%.

___

Высокую температуру легче переносить в сухом воздухе. Жара в сухой пустыне может не так сильно изнурять, как 25 градусов после сильного дождя , когда влажность воздуха очень высока. Чтобы не перегреться, организму в жару надо сильно потеть. Однако при высокой влажности пот не будет высыхать и не даст охлаждения тела.

___

При высокой температуре воздуха и низкой влажности человек, потея, выводит влагу из организма в основном через кожу, а не через почки. Это свойство организма используется в медицине при заболеваниях почек.

ЧТО ТЯЖЕЛЕЕ?

Что тяжелее: 1 кубометр сухого воздуха или влажного? (кубометр влажного воздуха есть смесь кубометра водяного пара с кубометром сухого воздуха)Пародоксально, но при одинаковом давлении и температуре 1 кубометр влажного воздуха не тяжелее, а легче, чем кубометр сухого воздуха! Дело в том, что давление каждой составной части газовой смеси меньше её общего давления, которое и для сухого и для влажного воздуха одинаковое. А при уменьшении давления уменьшается и вес единицы объема газа.

ПОЧЕМУ?

Прочитав внимательно эту страницу, тебе не составит труда ответить на следующий вопрос:сырой воздух должен иметь большую плотность, чем сухой, так как содержит большее количество молекул воды. Но почему же при увеличении абсолютной влажности перед дождем барометр "падает", показывая уменьшение давления, связанное с уменьшением плотности воздуха?

Идем думать!

Другие страницы по темам физики за 8 класс:

К 1 сентября! Проверочный тестТепловое движение. Температура Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии Теплопередача. Теплопроводность Конвекция Излучение Теплопередача в природе и технике Количество теплоты Нагревание и охлаждение телЭнергия топлива Агрегатные состояния вещества Плавление кристаллических тел Отвердевание кристаллических тел Парообразование. Испарение Кипение Конденсация Влажность воздуха Работа газа и пара при расширении. ДВС Паровая турбина. КПД теплового двигателяДва рода зарядов. Электроскоп Проводники и диэлектрикиЭлектрическое поле Источники тока Электрические цепи Действия электрического тока Сила тока Напряжение Измерения силы тока и напряжения Электрическое сопротивление Закон Ома для участка цепи Соединение проводников Работа и мощность электрического тока Короткое замыкание. Предохранители Магнитное полеМагнитное поле прямого проводника. Магнитные линииМагнитное поле катушки с током. ЭлектромагнитПостоянные магнитыМагнитное поле Земли Действие магнитного поля на проводник с током. Электродвигатель Плоское зеркало

class-fizika.narod.ru

Измерение влажности воздуха

Второй термометр в психрометре Ассмана предназначен для определения водяных паров, находящихся в воздухе. Он покрывается слоем тонкого батиста, смоченном перед наблюдениями дистиллированной водой. Содержание водяных паров в воздухе ограничивается известным пределом, увеличивающимся при повышении температуры. Приведены предельные значения упругости водяного пара при различных температурах.

Если воздух полностью насыщен водяными парами, то испарения с поверхности батиста практически происходить не будет. В таком случае температура этого термометра через достаточный промежуток времени (5— 10 минут) окажется равной температуре сухого термометра. Если же воздух был не насыщен водяными парами, то, проходя мимо влажной поверхности батиста, он будет вызывать испарение.

Испарение произойдет тем интенсивнее, чем больше разность между данным содержанием пара в воздухе и тем, которое насыщает этот воздух. На испарение тратится, как известно из физики, значительное количество тепла. Влажный шарик, теряя тепло, понижает свою температуру до тех пор, пока приток тепла от воздуха, проходящего мимо батиста, неуравновесит потерю тепла на испарение. Как только температура влажного термометра перестанет понижаться, необходимо отсчитать показания сухого и влажного термометров. По этим показаниям, по особой формуле или по таблицам, и получают значения влажности воздуха.

Различают обычно абсолютную и относительную влажность. Под абсолютной влажностью понимают величину содержания водяного пара в воздухе, выраженную в граммах и приходящуюся на каждый кубический метр воздуха.

Для характеристики «влажности» или «сухости» воздуха применяют так называемую относительную влажность или отношение содержащихся в воздухе водяных паров к количеству их, насыщающему воздух при той же температуре. Обычно это отношение выражают в процентах. Например, пусть при температуре воздуха в 12° в нем оказалось 8.1 г водяного пара на каждый кубический метр. Так как максимальное содержание пара в кубическом метре составляет при данной температуре 10.7 г, то полученная относительная влажность воздуха в данный момент будет равна 75%. Вы можете сами не измерять влажность, а довериться профессионалам, и заказать курсовые на заказ. Всё сделают быстро и качественно.

Следовательно, если тот же воздух начнет нагреваться, а содержание влаги в нем останется без изменения, относительная влажность будет уменьшаться при том же значении абсолютной, так как возрастет максимально возможное содержание влаги. Наоборот, при понижении температуры воздуха и неизменности содержания водяного пара в нем, относительная влажность возрастает. Мы увидим впоследствии, что это обстоятельство играет колоссальную роль в атмосферных процессах.

Для более грубых определений влажности применяется волосной гигрометр, приемной частью которого служит пучок человеческих волос. Обычно применяется тонкий волос, обработанный щелочами и кислотой для удаления жира.

Один конец волоса закреплен у винта, а в верхней части прибора, другой навит на ролик внизу прибора. Ролик растягивает волос действием небольшого грузика.

При уменьшении влажности (относительной) волос стремится сократиться и начинает вращать ролик, а вместе с ним и стрелку.

Положение стрелки на шкале калибрируется сравнением ее показаний при различных значениях влажности с показаниями психрометра Ассмана или другого точного прибора. Гигрометр дает довольно грубые показания примерно с точностью до 4—5%. Влажность записывается при помощи пучка волос, действующего на один конец пишущего пера.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

www.activestudy.info