Измерение относительной влажности воздуха

МЕТОДИКИ (МЕТОДЫ) ИЗМЕРЕНИЙ

Метод измерений— прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей или шкалой в соответствии с реализованным принципом измерений.

 

Методы измерений весьма разнообразны. Их можно классифицировать по различным признакам.

 

Первый из них используемый физический принцип. По нему методы измерений  разделяют на оптические, механические, акустические, электрические, магнитные и так далее.

 

В качестве второго признака классификации используют режим  изменения во времени измерительного сигнала. В соответствии с ним  все методы измерений разделяют  на статические и динамические.

 

Третий признак — способ взаимодействия СИ и объекта измерений. По этому признаку методы измерений  разделяют на контактные (измерительный  элемент СИ находится в контакте с объектом измерений) и бесконтактные (чувствительный элемент СИ не находится  в контакте с объектом измерений).

 

Четвертый признак - применяемый  в СИ вид измерительных сигналов. В соответствии с ним методы разделяют  на аналоговые и цифровые.

Приведенную классификацию  можно развивать и далее. Однако более общей является метрологическая  классификация методов измерений, под которой понимается классификация  по способу сравнения измеряемой величины с единицей. По этому признаку все методы измерений разделяют  на два метода:

•  метод непосредственной оценки (измеренное значение наблюдают непосредственно по шкале устройства СИ, например, по часам, амперметру);

•  метод сравнения с мерой ( значение измеренное сравнивают с величиной, производимой мерой, как пример, измерение на весах рычажных массы).

 

ИЗМЕРЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ  ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА

 

Относительная влажность — отношение массовой доли водяного пара в воздухе к максимально возможной при данной температуре. Измеряется в процентах и определяется по формуле:

                                                                              (1)

где:   — относительная влажность рассматриваемой смеси (воздуха);   — парциальное давление паров воды в смеси;   — равновесное давление насыщенного пара.

Для определения влажности  воздуха используются приборы, которые  называются психрометрами и гигрометрами.

ГИГРОМЕТРЫ

 

 

Весовой (абсолютный) гигрометр состоит из системы U-образных трубок, наполненных гигроскопическим веществом, способным поглощать влагу из воздуха. Через эту систему насосом протягивают некоторое количество воздуха, влажность которого определяют. Зная массу системы до и после измерения, а также объём пропущенного воздуха, находят абсолютную влажность.

Действие волосного гигрометра основано на свойстве обезжиренного волоса изменять свою длину при изменении влажности воздуха, что позволяет измерять относительную влажность от 30 до 100 %. Волос натянут на металлическую рамку. Изменение длины волоса передаётся стрелке, перемещающейся вдоль шкалы.

 

Плёночный гигрометр имеет чувствительный элемент из органической плёнки, которая растягивается при повышении влажности и сжимается при понижении. Изменение положения центра плёночной мембраны передаётся стрелке. Волосной и плёночный гигрометр в зимнее время являются основными приборами для измерения влажности воздуха. Показания волосного и плёночного гигрометра периодически сравниваются с показаниями более точного прибора — психрометра, который также применяется для измерения влажности воздуха.

В электролитическом гигрометре пластинку из электроизоляционного материала (стекло, полистирол) покрывают гигроскопическим слоем электролита — хлористого лития — со связующим материалом. При изменении влажности воздуха меняется концентрация электролита, а следовательно, и его сопротивление; недостаток этого гигрометра — зависимость показаний от температуры.

Действие керамического гигрометра основано на зависимости электрического сопротивления твёрдой и пористой керамической массы (смесь глины, кремния, каолина и некоторых окислов металла) от влажности воздуха.

Конденсационный гигрометр определяет точку росы по температуре охлаждаемого металлического зеркальца в момент появления на нём следов воды (или льда), конденсирующейся из окружающего воздуха. Конденсационный гигрометр состоит из устройства для охлаждения зеркальца, оптического или электрического устройства, фиксирующего момент конденсации, и термометра, измеряющего температуру зеркальца. В современных конденсационных гигрометрах для охлаждения зеркальца пользуются полупроводниковым элементом, принцип действия которого основан на Пельтье эффекте, а температура зеркальца измеряется вмонтированным в него проволочным сопротивлением или полупроводниковым микротермометром.

Всё большее распространение находят электролитические гигрометры с подогревом, действие которых основано на принципе измерения точки росы над насыщенным соляным раствором (обычно хлористым литием), которая для данной соли находится в известной зависимости от влажности. Чувствительный элемент состоит из термометра сопротивления, на корпус которого надет чулок из стекловолокна, пропитанный раствором хлористого лития, и двух электродов из платиновой проволоки, намотанных поверх чулка, на которые подаётся переменное напряжение.

 

ПСИХРОМЕТРЫ

Психро́метр (др.-греч. Ψυχρός  — холодный) тж. Гигрометр психро́метрический  — прибор для измерения влажности воздуха и его температуры.

Скорость испарения влаги увеличивается  по мере уменьшения относительной влажности  воздуха. Испарение влаги, в свою очередь вызывает охлаждение объекта, с которого влага испаряется. По мере охлаждения влажного объекта уменьшается и скорость испарения влаги до тех пор пока при некоторой температуре не будет достигнуто динамическое равновесие - количество испарившейся влаги сравняется с количеством конденсирующейся. Таким образом температура влажного объекта (например термометра, обёрнутого во влажную ткань) даёт информацию об относительной влажности воздуха. 
На точность измерений может повлиять тот факт, что испарившаяся влага остаётся в окрестностях влажного предмета и таким образом локально увеличивается влажность воздуха. Для уменьшения этого явления применяют аспирацию (отсос воздуха).

Простейший психрометр состоит  из двух спиртовых термометров, один - обычный сухой термометр, а второй имеет устройство увлажнения. Термометры имеют градуировку с ценой деления 0,1-0,5 градуса. Термодатчик влажного термометра обернут хлопчатобумажной тканью, которая находится в сосуде с водой. Вследствие испарения влаги, увлажнённый термометр охлаждается. Для определения относительной влажности снимают показания с сухого и влажного термометров, а далее используют психрометрическую таблицу. Обычно входными величинами в Психрометрической таблице являются показания сухого термометра и разница температур сухого и влажного термометров.

В конструкции прибора для удобства пользования может включаться Психрометрическая таблица. Так же может включаться вентилятор для аспирации воздуха около влажного термометра (аспирация - отсос). При этом скорость аспирации небольшая, обычно 0,5-1 м/с.

На показания психрометра влияет также и атмосферное давление, поэтому для точных измерений, в  случае отклонения атмосферного давления от номинального, к результатам Психрометрической  таблицы добавляют поправку.

Современные психрометры можно  разделить на три категории: станционные, аспирационные и дистанционные. В станционных психрометрах термометры закреплены на специальном штативе  в метеорологической будке. Основной недостаток станционных психрометров — зависимость показаний увлажнённого термометра от скорости воздушного потока в будке. Основной станционный психрометр - психрометр Августа ^[1]. В аспирационном психрометре (например, психрометр Ассмана)^[1] термометры расположены в специальной оправе, защищающей их от повреждений и теплового излучения окружающих предметов, где обдуваются с помощью аспиратора (вентилятора) потоком исследуемого воздуха с постоянной скоростью около 2 м/с. При положительной температуре воздуха аспирационный психрометр — наиболее надёжный прибор для измерения температуры и влажности воздуха. В дистанционных психрометрах используются термометры сопротивления, терморезисторы.

 

 

ПОВЕРКА ПРИБОРОВ

Для поверки приборов для измерения влажностей применяют специальные установки — гигростаты.

Гигростат - предназначен для регулирования относительной влажности воздуха. Он может устанавливаться для регулирования увлажнения и осушения воздуха, для офисных помещений и компьютерных помещений. Также его можно использовать в технологиях хранения продуктов и овощей, холодильных камерах для овощей и фруктов, теплицах для выращивания садовых растений, текстильной промышленности, бумажной и печатной промышленности, фотоиндустрии, больницах. Всюду, где влажность воздуха должна регулироваться или наблюдаться, в большинстве случаев встраивается гигростат.

Краткое описание:

Прибор для измерения  влажности, который производится компанией  Galltec. Измерительный элемент прибора состоит из многочисленных лент синтетической ткани с 90 отдельными волокнами, диаметр каждой из которых составляет 3 мм. Благодаря специальной обработке волокна приобретают гигроскопичные свойства. Измерительный элемент поглощает и десорбирует влажность. В продольном направлении эффект промокания в основном обеспечивается благодаря системе рычага микропереключателя с очень маленьким диапазоном переключения. Измерительный элемент реагирует быстро и точно на изменение влажности воздуха. Поворачивая ручку регулятора влажности, Вы задаете влажность, которая Вам необходима. При достижении заданного значения влажности электроцепь автоматически размыкается тем самым прекращая подачу электричества. При падении влажности ниже заданного значечия подача тока возобновляется.

 

СОВРЕМЕННЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ  ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ

Метод прямого измерения  относительной влажности воздуха.

Современные цифровые термогигрометры используют так называемый метод прямого измерения относительной влажности воздуха. Для измерения влажности прямым методом используются датчики, основанные на различных физических принципах и выполненные по различным технологиям. Можно выделить основные четыре типа датчиков: емкостные, резистивные, на основе оксида олова и на основе оксида алюминия. Рассмотрим кратко особенности каждого типа (табл. 1).

 

Таблица 1. Отличительные  особенности различных типов  датчиков влажности
Тип датчика	Особенности
Емкостной	Высокая надежность, высокий  выход годных кристаллов, низкая стоимость, широкий рабочий диапазон.
Резистивный	Самые дешевые, малая доля рынка.
На основе оксида олова	Плохая стабильность, плохая взаимозаменяемость
На основе оксида алюминия	Узкий диапазон измерения (малая  влажность)

 

Из этих представленных четырех  основных типов для измерения  влажности самым оптимальным по совокупности параметров является емкостной. Он обеспечивает широкий диапазон измерений, высокую надежность и низкую стоимость при использовании микроэлектронной технологии, которая позволяет производить емкости планарного типа тонкопленочным методом. Благодаря этому мы имеем миниатюрные габариты чувствительного элемента, возможность имплементации на кристалле специализированной интегральной схемы обработки сигнала. Технологичность и высокий выход годных кристаллов обеспечивают малую стоимость продукции данного типа. Итак, для измерения влажности емкостной метод является лучшим.

Именно такие датчики  для измерения относительной  влажности применяются в современных цифровых термогигрометрах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Куратов А.А. Кафедра истории Поморского государственного университета [Электронный ресурс]/ А.А. Куратов. - Режим доступа:http://hist.pomorsu.ru/history.html. Дата обращения: 01.09.2009.