В отличие от ртутных приборов, гидрометры легче утилизировать, просто выбросив их. В настоящее время не существует закона, который бы требовал утилизации гидрометров каким-либо определенным способом.
Что такое аспирационный психрометр
Влияние атмосферы на организмы людей и животных, растения, машины и неживые материалы не ограничивается температурой. Не менее важна и относительная влажность. Биологические организмы, за исключением некоторых приспособленных видов, не переносят высокого или очень низкого содержания водяного пара в воздухе. Машины и материалы, из которых они изготовлены, также подвержены влиянию. Высокая влажность ускоряет окисление механизмов и контактных площадок, что приводит к короткому замыканию и изменению рабочих характеристик электронных компонентов. И наоборот, высокая степень сухости втягивает воду из смазочных материалов и технических жидкостей в движущиеся части, вызывая перегрев.
В дополнение к вышеперечисленным взаимодействиям не следует забывать, что насыщение атмосферного воздуха влагой является признаком приближающегося дождя или снегопада. Резкое изменение этого свойства предупреждает о надвигающейся буре. Поэтому, зная текущее состояние насыщенности воздуха водяным паром, можно с высокой степенью вероятности предсказать ближайшую погоду.
Для определения текущего значения используются специальные детекторы. Наиболее распространенным прибором является всасывающий психрометр Ассманна, названный в честь его изобретателя. Первоначально прибор использовался для определения значений в момент полета воздушного шара. Со временем точность измерений была оценена по достоинству, и прибор стал использоваться повсеместно.
Что касается психрометра, то Ассманн не изобрел принцип работы, а лишь модифицировал уже существовавший прибор Августа (имя создателя), который использовался для той же цели. Проблема заключалась в том, что полученные измерения искажались из-за скорости воздушного потока вокруг чувствительных частей прибора. Разработка Ассмана позволила компенсировать эту особенность, заставив атмосферный газ двигаться непрерывно с одинаковой скоростью вокруг частей прибора.
Описание устройства и вычисление влажности
Психрометр, как законченное устройство, состоит из двух термометров. Один из них вступает в непосредственный контакт с воздухом своей чувствительной частью, другой — через ткань, смоченную жидкостью. С помощью формулы или адаптированной таблицы можно определить разницу между ними и соответственно рассчитать текущие значения относительной или абсолютной влажности. Всасывающий термометр отличается от классического термометра тем, что он защищает как термометры, так и их чувствительные части от изменяющихся движений газовых масс. Для этого температурные зонды заключены в полые стеклянные трубки, которые снизу не пропускают воздух, а сверху соединены друг с другом. Атмосферный воздух подается в закрытое внутреннее пространство с помощью вентилятора или компрессора с постоянной скоростью 2 м/с (в соответствии со стандартом).
Для определения абсолютного значения влажности используются данные сухого термометра t1, влажного термометра t2 и текущее давление воздуха B:
Вместо вычислений для получения относительной влажности в % сравните показания всасывающего термометра с соответствующим значением в специальной таблице. Каждое из значений, полученных с помощью психрометра, соответствует определенному проценту водяного пара в атмосфере.
Ошибка между результатом таблицы и фактическим состоянием атмосферы не должна превышать 1 %.
Принцип работы психрометра
Принцип работы любого психрометра основан на физическом свойстве жидкости (воды) испаряться и возникающей при этом разнице температур между жидкостью и сухим термометром. Испарение, связанное с тем, что более «быстрые» молекулы покидают жидкость, приводит к потере энергии в жидкости и, соответственно, к понижению ее температуры, что и фиксируется жидкостным термометром.
После записи показаний сухого и влажного термометров по специальным формулам или психрометрической таблице определяют относительную, а затем абсолютную влажность по психрометрической формуле.
Контейнер всегда должен быть заполнен дистиллированной водой. Ее следует доливать либо после измерений, либо не менее чем за полчаса до них.
Также можно использовать кипяченую воду с выдержкой не менее 15 минут. Вода заливается в увлажнитель после того, как он остынет до комнатной температуры.
Фитиль увлажнителя всегда должен быть чистым, влажным и мягким. При загрязнении его необходимо заменить.
- Доступная цена. Так как данный прибор не требует больших затрат при производстве, то и стоимость у него вполне доступная.
- Возможность приобрести практически повсеместно. Сейчас психрометр можно купить даже в некоторых супермаркетах.
- Простота конструкции. Благодаря ей измерение влажности воздуха становится проще, нежели другими приборами.
Достоинства и недостатки
Гигрометр Augusta имеет некоторые недостатки, которые нельзя упускать из виду.
Ряд достоинств прибора:
- Доступная цена. Так как данный прибор не требует больших затрат при производстве, то и стоимость у него вполне доступная.
- Возможность приобрести практически повсеместно. Сейчас психрометр можно купить даже в некоторых супермаркетах.
- Простота конструкции. Благодаря ей измерение влажности воздуха становится проще, нежели другими приборами.
- е — упругость пара, который находится в воздухе;
- Е — показатель максимально возможной упругости пара, при температуре, которую показывает ‘влажный’ термометр;
- А — коэффициент. Его величина зависит от устройства термометра, а также скорости прохождения воздушного потока возле резервуара термометра;
- t —температура воздуха, определенная обычным термометром;
- P —давление воздуха.
Всасывающий психрометр считается одним из самых надежных измерительных приборов, поскольку термометры находятся в специальной защитной оправе, которая предохраняет их не только от повреждений, но и от прямого солнечного света. Поток испытуемого воздуха в таком приборе имеет постоянную скорость около 2 мм/с. Но, как и станционный прибор, всасывающий психрометр также достаточно чувствителен, так как основан на ртутно-спиртовых термометрах.
Дистанционные манометрические или электронные психрометры — это промышленные приборы, основанные на терморезисторах и термометрах сопротивления. Электронный психрометр, например, имеет кремниевый транзистор вместо двух ртутных или спиртовых температурных зондов.
Наряду с пружинным всасывающим психрометром используется всасывающий психрометр М-34М с электродвигателем. Этот прибор работает от электросети.
История создания влагомера
Влажность измерить сложнее, чем температуру, поэтому ранние гигрометры были не совсем точными. Леонард о да Винчи изобрел первую версию гигрометра еще в конце 14 века. Гийом Амонтонс в 1687 году изобрел гигрометр, который напоминал барометр с тремя жидкостями. В 1781 году Гораций Бенедикт де Соссюр (1740-1799) обнаружил, что человеческий волос является хорошим индикатором влажности. Крупный прорыв в гигрометрии был сделан в 1802 году британским исследователем Джоном Дальтоном (1766-1844), который показал, что количество водяного пара, необходимое для насыщения, сильно зависит от температуры. Это привело к пониманию относительной влажности и использованию психрометрического гигрометра.
Показания гигрометра взаимозаменяемы и могут быть переведены из одного типа в другой путем простого расчета — относительная влажность помогает определить точку росы или абсолютную влажность.
Как пользоваться психрометрической таблицей
Для определения влажности по показаниям психрометра необходима специальная психрометрическая таблица. Первый столбец таблицы показывает температуру термометра сухого термометра в ˚C. Первая строка показывает разницу между показаниями температуры двух термометров. Относительная влажность рассчитывается по пересечению результатов первого столбца и первой строки психрометрической таблицы.
Альтернативный метод измерений влажности в промышленности
Очевидно, что описанный выше подход превращает психрометрический метод измерения в достаточно сложную измерительную систему, реализация которой не является тривиальной задачей. В свою очередь, упрощенный метод без вышеуказанных особенностей часто не обеспечивает требуемой точности или вообще не может быть использован. Поэтому широко используемым методом измерения относительной влажности в промышленности является емкостной метод, который, в отличие от психрометрического метода, является прямым методом измерения относительной влажности. Метод основан на использовании конденсатора, зависящего от влажности (см. рис. 6).
Он состоит из керамической подложки, в которую вмонтированы электроды (колпачки) и на которую нанесен очень тонкий слой полимера (диэлектрика), поглощающего молекулы воды из окружающего воздуха. Чтобы понять принцип измерения, обратитесь к формуле 4 для расчета емкости плоского конденсатора:
где: Ɛ0 — электрическая постоянная 8,85*1 0-12 Ф/м; S — площадь ячеек конденсатора; m 2 — d — расстояние между ячейками; m — Ɛ — относительная проницаемость среды.
Все величины в формуле 4 постоянны, за исключением диэлектрической проницаемости Ɛ — она увеличивается прямо пропорционально степени насыщения воздуха. Таким образом, чем выше относительная влажность, тем выше емкость влагозависимого конденсатора (датчика). Затем электроника датчика преобразует текущую емкость датчика в аналоговый стандартный сигнал 4…20 мА или 0…10 В или в цифровой сигнал через интерфейс RS485 или RS232.
Промышленные датчики влажности Galltec-Mela основаны на этом методе измерения, в основе которых лежат уникальные датчики собственного производства, которые, в отличие от датчиков некоторых других производителей, не боятся конденсата на своей поверхности. Датчики обладают следующими преимуществами:
- высокая точность измерения — самый простой датчик серии L имеет основную допустимую погрешность измерения 3%. Также в ассортименте Galltec-Mela есть датчики серии А/В, выполненные на базе микроконтроллера, которые имеют допустимую погрешность всего 1,5% и являются средствами измерения утвержденного типа;
- возможность долговременной работы при температурах -80…+200 °С;
- простота защиты от запыленности и агрессивных сред в разных технологиях за счет применения фильтров для датчиков влажности
- высокая стабильность, не зависящая от температуры или давления окружающего воздуха.
Выводы
Несмотря на ограничения и особенности психрометрического метода, о которых говорилось выше, можно выделить области, где он успешно применяется:
1. простые приложения (измерение влажности в офисе или дома, в аптеке, в теплице, в инкубаторе), где не требуется высокая точность или автоматизация процесса, так что выбор более простого и дешевого метода вполне оправдан.
2. специальные применения, где атмосфера содержит сильные примеси (например, копчение колбас, сушка дубовой древесины, испарение бетона). В таких приложениях датчики влажности, основанные на принципе емкостного измерения, покрываются влагозащитным слоем и довольно быстро выходят из строя, а постоянное обслуживание и даже использование специальных фильтров не могут обеспечить полную защиту датчика. В отличие от них, психрометры надежно работают в таких приложениях, а высокая погрешность измерений, увеличивающаяся со временем из-за загрязнения водой и тканью, отходит на второй план по сравнению с их длительным сроком службы.
Датчики на основе емкостных поглощающих элементов успешно применяются во многих других областях:
- сушка макарон;
- климатические и испытательные камеры, в том числе камеры на избыточное давление или вакуум;
- холодильные и морозильные камеры, дефростеры;
- выращивание грибов, животноводство и птицеводство;
- расстойка теста;
- метеорология;
- системы общеобменной вентиляции;
- вентиляция серверных комнат;
- вентиляция овощехранилищ, музеев, библиотек;
- вентиляция «чистых» помещений (больниц / операционных).
Однако следует отметить, что некоторые пользователи ошибочно используют обычные психрометры Augusta в качестве эталона для определения погрешности измерения датчиков на основе емкостных элементов. В рамках данной статьи показано, что даже в условиях использования психрометров, компенсирующих влияние факторов окружающей среды, получаемая погрешность 5-7% (и даже до 10-15% без экстракции) не рекомендует использовать психрометры для оценки точности измерений емкостных датчиков влажности с классом точности 1,5-3%.
Инженер ОАО «КИП-Сервис» Рывкин Е.Е.
Список использованной литературы:
- Журнал «Производство кирпича в колхозах», Москва, 1959
- ГОСТ 8.811-2012 Таблицы психрометрические. Построение, содержание, расчетные соотношения
- ГОСТ 8.395-80 Государственная система обеспечения единства измерений. Нормальные условия измерений при поверке. Общие требования
- П. Изельт, У. Арндт, М. Вильке «Увлажнение воздуха. Системы и применение» Москва: Техносфера, Евроклимат, 2007
- Приложение к свидетельству об утверждении типа № 37604 «Описание типа средств измерений. Гигрометры психрометрические ВИТ»
- Полякова Л.С., Кашарин Д.В. Метеорология и климатология. Изд-во Новочеркасской государственной мелиоративной академии, 2004
