Измерение влажности – Измерение относительной влажности воздуха: Какой метод измерения предпочтительней?

Содержание

Измерение относительной влажности воздуха: Какой метод измерения предпочтительней?

Известные всем со школы приборы типа ВИТ (ВИТ-1, ВИТ-2), позволяющие измерять относительную влажность воздуха, похоже, скоро уйдут в прошлое. На смену им приходят современные измерители влажности воздуха с микропроцессорным управлением. О достоверности результатов, полученных с помощью этих, кардинально различающихся по методу измерения приборов и пойдет речь в этой статье (Читайте также статью “Что такое влажность воздуха? Как правильно измерять влажность? Давление водяного пара. Таблицы и примеры расчета.”). Далее для краткости будем именовать их соответственно: «термогигрометры ВИТ» и «цифровые термогигрометры». Рассмотрим два метода измерения относительной влажности воздуха, используемых в этих приборах:

Психрометрический метод измерения относительной влажности воздуха.

Термогигрометры ВИТ используют психрометрический метод измерения влажности, основанный на разнице показаний “сухого” и “увлажненного” термометров. После снятия показаний термометров по психрометрической таблице определяют относительную влажность воздуха. Это исторически самый старый метод измерения относительной влажности воздуха.

На погрешность измерения при использовании этого метода оказывают влияние атмосферное давление, скорость аспирации, температура воздуха, чистота заливаемой воды, запыление тканевого материала. Кроме всего погрешность, возникающую при изменении свойств тканевого материала (например, тканевый материал запылится и высохнет) и изменении скорости движения воздуха около датчиков, трудно заметить. В итоге, даже поверенный психрометр может иметь недостоверность показаний 20 % и выше, особенно при низких уровнях влажности. К недостаткам психрометрических термогигрометров ВИТ можно отнести постоянную необходимость контроля влажного тканевого материала, обязательное введение индивидуальных поправок к показаниям термометров. Самое неоспоримое достоинство же таких приборов очень привлекательная цена.

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.

Особенно хочется обратить внимание на ряд специфических моментов, возникающих при определении параметра относительной влажности в рабочих, производственных и других помещениях в холодное время года.

В холодное время года относительная влажность в помещениях имеет низкое значение (15-30 %). С наступлением холодного времени года приходится констатировать, что достаточно часто пользователи, сопоставляя результаты измерения относительной влажности, полученных с помощью цифровых приборов, оснащенных емкостными датчиками, с показаниями приборов типа ВИТ, получают совершенно расходящиеся результаты. Так, в холодное время года, используя при замерах приборы ВИТ, получают значения относительной влажности 40…70 % в отапливаемых помещениях. Цифровые приборы в тех же условиях показывают гораздо меньшую величину относительной влажности. Показания какого прибора верны, если и тот и другой прибор прошли метрологическую поверку? Далее этот вопрос будет рассмотрен подробно.

Таблица 2.

Таблицы психрометрические (фрагмент)

Соотношение между параметрами абсолютной (a), относительной (φ) влажности, объемным влагосодержаниемт (Х, ppm) и температурой точки росы (t_росы), при температуре исследуемого воздуха t =+20 °С.

φ,%	а, г/м³	X, ppm	t_росы,°С	φ, %	а, г/м³	X, ppm	t_росы,°С
0,56	0,123	127	-40	60,00	10,60	13842	12
0,68	0,150	159	-38	64,00	11,30	14777	13
0,86	0,186	198	-36	68,00	12,06	15777	14
1,07	0,230	246	-34	73,00	12,80	16830	15
1,33	0,284	340	-32	77,65	13,60	17934	16
1,63	0,345	376	-30	82,93	14,48	19151	17
1,97	0,420	462	-28	88,20	15,36	20368	18
2,44	0,510	566	-26	93,90	16,30	21684	19
3,00	0,622	691	-24	100,0	17,30	23097	20
3,64	0,740	841	-22		18,30	24540	21
4,41	0,900	1020	-20		19,40	26092	22
5,34	1,08	1230	-18		20,00	27724	23
6,46	1,30	1490	-16		21,77	29447	24
7,74	1,64	1790	-14		23,00	31263	25
8,55	1,70	1960	-13		24,40	33171	26
9,27	1,84	2140	-12		25,70	35184	27
10,20	2,01	2349	-11		27,20	37303	28
11,50	2,27	2560	-10		28,70	39523	29
12,11	2,38	2804	-9		30,40	41868	30
13,30	2,58	3060	-8		32,05	44342	31
14,45	2,81	3338	-7		33,80	46921	32
16,73	3,05	3630	-6		35,60	49645	33
17,10	3,31	3965	-5		37,60	52500	34
18,72	3,60	4320	-4		39,60	55500	35
20,20	3,89	4695	-3		41,70	58631	36
22,14	4,22	5100	-2		43,90	61934	37
24,06	4,50	5549	-1		46,20	65381	38
26,00	4,80	6020	0		48,60	69000	39
28,04	5,20	6481	1		51,15	72789	40
30,13	5,60	6950	2		53,80	76763	41
32,40	5,90	7480	3		56,50	80921	42
34,75	6,30	8028	4		59,40	85263	43
37,27	6,80	8609	5		62,30	89737	44
40,00	7,26	9230	6		65,14	94579	45
42,80	7,70	9886	7		68,70	99539	46
45,80	8,20	10586	8		72,05	104737	47
49,06	8,80	11328	9		75,60	110145	48
52,50	9,40	12117	10		79,20	115816	49
56,00	10,00	12498	11		83,06	121724	50

Пример 1: По данным метеосводки: температура атмосферного воздуха t_a=0 °С; относительная влажность в атмосфере φ_a=100 % (=> t_росы этого воздуха при этом =t_а=0 °С). Температура точки росы (t_росы) – величина, характеризующая влажность воздуха: это температура, при которой исследуемый воздух имеет φ=100 % (отн. вл.) или а=а_max (абсолютная влажность в г/м³) – полное влагонасыщение (т.е. при понижении температуры исследуемого воздуха нижеt_росы начинается процесс конденсации избыточной влаги – выпадает роса). Воздух с улицы проникает в помещение, где температура t=+20 °С. По таблице 2 видно, что нагревшийся до температуры t=+20 °С атмосферный воздух (у которого влажность t_росы= 0 °С), имеет величину относительной влажности φ =26 %, см, строку, где t_росы =0 °С.

Пример 2: По данным метеосводки t_a = -10 °С; φ_a =80 %. По таблице 2 определяем, что при t_росы = t_a = -10 °С максимальное значение абсолютной влажности а_max=2,27 г/м³ (т.е. при 100% относительной влажности). Соответственно, при относительной влажности 80% абсолютная влажность атмосферного воздуха (при t_a =-10 °С) составит а=а_max*φ =2,27*0,8=1,82 г/м³.

В помещении t=+21 °С (см. в таблице строка t_росы =+21 °С). Находим, что максимальная абсолютная влажность (а_max) воздуха при t=+21 °С составила бы 18,3 г/м³. Получаем значение φ проникшего воздуха (для t=+21 °С): φ =(а/а_max)*100 % =(1,82/18,3)*100 % =9,9%

Пример 3. Допустим, что при той же метеосводке (t_a =-10 °С, φ_a=80 %) исследуется помещение с температурой t =+18 °С. По примеру 2 а_{атм воздуха} 1,82 г/м³. Тогда, по таблице 2 а_max (см. строчку t_росы =+18 °С, напоминаем, что при этой температуре точки росы в воздухе содержится максимально возможное количество влаги)=15,36 г/м³, и следовательно: φ (+18 °С)=(а_а.в./а_max)*100 % =(1,82/15,36)*100 % =11,8 %

Из приведённых примеров видно, что холодный атмосферный воздух, имеющий на улице высокую влажность (80… 100 %), попадая в отапливаемые помещения, в которых нет специальных увлажнителей воздуха, приобретает низкие значения уровня влажности (10…30 %), т.к. относительная влажность воздуха зависит, в основном, от количества содержащихся в нём молекул воды (которое не меняется при попадании его с улицы в помещения) и его температуры (отличающейся существенно). Разумеется, полученные очень низкие значения влажности обусловлены расчётом для “идеальных” условий. На самом деле, в помещениях влажность будет немного выше расчётных за счёт дыхания людей, неполного воздухообмена с уличным воздухом (влага накапливается), открытых источников влаги (краны, открытые емкости с водой и т.п.), но вклад их не столь значителен.

Следовательно, с одной стороны, чем ниже температура атмосферного воздуха и чем он суше, а с другой стороны, чем выше температура воздуха в помещениях, тем меньше реальная величина относительной влажности воздуха в помещениях.

Итак, мы выяснили, что психрометры, особенно не имеющие системы принудительной аспирации (типа ВИТ), имеют репутацию весьма недостоверных приборов, на точность показания которых влияет ряд причин, рассмотренных выше. Достоверность же результатов, полученных с помощью цифровых измерителей влажности не вызывает сомнений.

В настоящее время рынок цифровых термогигрометров достаточно насыщен. Обширно представлены в этом сегменте и зарубежные и отечественные производители. К сожалению, ряд цифровых термогигрометров неспособны полноценно заменить приборы ВИТ. Этому есть ряд причин, главная из которых, это отсутствие у прибора сертификата об утверждении типа средства измерения. Это в основном дешевые приборы производства КНР. Приборы же отдельных отечественных производителей не выдерживают критики по таким качественным параметрам, как эргономика и главное надежность. А качество, как известно, категория экономическая.

Как пример хорошо сбалансированных по соотношению цена/качество приборов для измерения температуры и влажности, можно привести Портативный измеритель влажности IT-8-RHT

Этот переносной измеритель влажности производства НПК «Рэлсиб» обладает рядом достоинств:
• Широкий диапазон температуры эксплуатации от мин 40°С до +55°С
• Подключение взаимозаменяемых первичных преобразователей через соединители
• Два варианта подключения преобразователя температуры и влажности: жёстко к корпусу, через соединительный кабель
• Наличие дополнительного канала с НСХ Pt1000 для измерения температуры в широком диапазоне
• Широкий ассортимент датчиков температуры для дополнительного канала измерения
• Высокая точность измерения
• Низкая дополнительная температурная погрешность
• Задание порога звуковой и световой сигнализации
• Запоминание макс. и мин. значений
• Индикация температуры точки росы и точки инея
• Яркий большой светодиодный индикатор
• Возможность пользовательской юстировки без нарушения заводской настройки
• Прочный, герметичный, с прорезиненными вкладышами корпус

Если кроме измерения влажности требуется и регистрация значений, с возможностью просмотра данных на компьютере и формирования отчета, тогда оптимальным прибором для измерения и регистрации будет наш новый переносной измеритель – регистратор влажности и температуры EClerk-M-RHT.

Особенности измерителя-регистратора
• 2 канала
• яркий светодиодный индикатор
• большой объём памяти
• высокая точность
• современный эргономичный корпус
• расширенный диапазон температуры эксплуатации
• современное ПО для конфигурирования и работы с данными
• возможность записи с временными интервалами
• чувствительный элемент встроен в корпус
• в белом или черном корпусе

Если вам нужен высокоточный прибор для измерения и регулирования относительной влажности воздуха, с возможностью передачи данных по электронной почте – вам подойдет измеритель относительной влажности и температуры ИВИТ-М. Прибор сертифицирован как средство измерения в России, в республиках Казахстан и Беларусь.

Основные достоинста прибора:
• Взаимозаменяемый чувствительный элемент без потери точности
• Высокая точность измерения и стабильность показаний
• Яркий светодиодный индикатор
• Встроенный микронагреватель чувствительного элемента для защиты от конденсации влаги
• Возможность подключения до 247 приборов в одну сеть
• Возможность оснащения архивом и двухпозиционного регулятора
• Различные конструктивные исполнения (канальное, настенное, уличное)

2015 г.

relsib.com

Методы измерения влажности — Мегаобучалка

ИЗМЕРЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ – СОДЕРЖАНИЕ ВЛАГИ

Измерение влажности веществ в химической промышленности необходимо для определения содержания влаги в газах, твердых или сыпучих материалах.

Так для управления влаготепловым режимом в печах, камерах и других технологических аппаратах необходимо контролировать текущее значение влажности воздуха или газов.

В химической технологии и других отраслях промышленности можно выделить процесс сушки, основанный на изменении влажности, который немыслим без измерений текущих значений влагосодержания продуктов. Это энергозатратных технологический процесс, на который расходуется до 15% топлива потребляемого в стране, например, удаление влаги из минеральных удобрений перед фасовкой в герметические пакеты, сушка цемента и других целевых продуктов.

1. Измерение влажности газов

Трудно назвать область деятельности человека, где бы не требовалось измерять содержание влаги в газах. Самый близкий для нас процесс, это удаление влаги из воздуха, предназначенного для использования в системах пневматической автоматики в нефтехимии и химической промышленности.

Для характеристики влажности в воздухе или газах, т. е. содержания в них водяных паров, используются ряд величин:

Абсолютная влажность Q – масса водяного пара, содержащаяся в единице объёма газа – влажного или сухого.

Влагосодержание α – отношение массы водяного пара к массе сухого газа в том же объёме. Выражается в г/кг или кг/кг.

Объёмное влагосодержание x – отношение объёма водяного пара к объёму газа. Эта безвременная величина выражается по отношению к объёму сухого или влажного газа.

Парциальное давление ℓ – упругость водяного пара. Выражается в единицах давления, чаще всего в мм.рт.ст.

Температура точки росы τ – температура, которую примет влажный газ, если охладить его до полного насыщения по отношению к плоской поверхности воды.

Относительная влажность φ – отношение действительной влажности газа к максимально возможной влажности газа при данной температуре. Относительная влажность выражается либо в относительных единицах – φ ≤ 1 либо в процентах φ ≤ 100%.

φ = ℓ / Е или φ = 100*ℓ / Е,

где ℓ – упругость водяного пара, находящегося в воздухе;

Е – упругость насыщенного водяного пара при данной температуре.

Основными методами для измерения влажности газов являются следующие:

1. Психрометрический метод, который основан на измерении температуры двух термометров – «сухого» и «влажного». Разность между ними – является основой для определения влажности газов.

2. Точки росы, заключается в определении температуры, при которой газ находится в состоянии насыщения, т. е. происходит конденсация водяных паров.

3. Сорбционный метод, основан на применении гигроскопических тел, способных изменяться в зависимости от поглощенной влаги.

4. Полного поглощения, которое заключается в пропускании через определенное вещество заданного объема газа, при этом вещество должно поглотить водяной пар и измерить свои свойства. Известны две разновидности этого метода – весовой и химический.

При весовом способе, влагосодержание определяется по приросту веса сорбента, поглощающего воду. А в химическом – влага, содержащаяся в исследуемого газа, вступает в химическую реакцию. Например, с карбидом кальция, при этом выделяется некоторое количество газа или повышается температура.

Названные выше методы измерения влажности являются прямыми или абсолютными, обладают высокой точностью измерений и используются в лабораторных исследованиях и в качестве эталонных приборов для градуировки различных средств контрольно-измерительных приборов, фиксирующих текущее влагосодержание газов.

5. Конденсационный метод, заключающийся в том, что газ охлаждают в холодильнике до полной конденсации влаги, которую затем измеряют, он также является абсолютными, но требует более трудоемких операций недопустимых, например, при выполнении градуировки приборов.

6. Тепловой метод, использует эффект, различной теплопроводимости сухих и влажных газов.

7. Радиационный метод, базируется на зависимость степени поглощения инфракрасного излучения, проходящего через объем газа и зависящего от его влажности.

8. Емкостной метод, основан на принципах работы конденсатора, если между его обкладками отсутствует влага, то значение емкости значительно больше, чем в том случае, когда в газе между пластинами конденсатора находится влажный газ.

9. Кондуктометрический метод, используется зависимость влажности газа от его электропроводности, с повышением влажности увеличивается электропроводность газов.

Этот список можно продолжить, но для нас особый интерес представляют три первых метода, которые мы рассмотрим более подробно.

Психометрический метод

В основу метода положено измерение температуры среды, влажность которой требуется определить при помощи двух термометров, один из которых применяется в обычных условиях – его называют “сухим”, а другой, так называемый “мокрый”, смачивается водой и находится в термодинамическом равновесии с окружающей средой. Испарение с “мокрого” происходит тем интенсивнее, чем ниже влажность измеряемого газа, а следовательно, его температура будет ниже, чем у “сухого”. По разности температуры “сухого” и “мокрого” термометров судят о влажности воздуха или газа. Для определения величины влажности служит полуимперическая формула:

ℓ = Eм-А*Р*(tc-tм)

ℓ – упругость водяного пара в измеряемой среде;

Eм – максимально возможная упругость пара при температуре tм;

Р – атмосферное давление;

А – психометрический коэффициент

tc и tм – показания “сухого” и “мокрого” термометров.

Психометрический коэффициент А зависит от очень многих факторов, в том числе от размеров и формы чувствительного элемента, состояния смачивающего фитиля защиты термометров от радиации и т.п. и определяется по специальным психометрическим таблицам, составляемых для определённых конструкций психрометров.

Особое значение, очевидно, имеет скорость воздуха. С возрастанием скорости воздуха А быстро убывает, но при скоростях более 2.5-3 м/сек он практически становится постоянным. Поэтому при использовании промышленных психрометров необходимо предусматривать постоянную скорость потока не ниже 3-4 м/сек.

Простейшим, однако, наиболее распространённым, является психрометр, состоящий из 2-х одинаковых ртутных палочных термометров, расположенных рядом. Баллончик с ртутью одного из термометров обмотан тканью, конец которого находится в резервуаре с водой. Таким образом, баллончик этого термометра всегда мокрый, а следовательно его температура всегда ниже чем соседнего с ним “сухого” термометра.

Принципиально электрические психрометры не отличаются от простейших, за исключением того, что в датчиках электрических психрометров для определения температуры применяются термопары, металлические термометры сопротивления или полупроводниковые термосопротивления (ТС).

Термоэлектрические датчики изготовляются в виде термобатарей, разделённых на две группы. Одна их этих групп смачивается водой. ЭДС, измеряемая на выводах термобатареи, пропорциональна психрометрической разности температур.

Принципиальная схема измерительной цепи психрометра показана на рис. 1 и состоит их двух мостов, имеющих одну общую точку и самостоятельные источники питания (U₁ и U₂).

Рис. 1. Принципиальная схема психрометра

Мост I содержит в качестве плеча “сухой” ТС – R_с, а мост II содержит “мокрый” ТС – R_м. В диагональ моста I включён реохорд R_р, а на выход указателя нуля H подаётся разность выходного напряжения U_м моста II и напряжения U_р между началом реохорда R_р и его движком. При соответствующём подборе постоянных сопротивлений, входящих в мосты I и II, можно записать:

UM = K1 * (tм – ta)

UP = K2 * (tc – tb)

недостатком является то, что показания психрометров зависят от скорости воздуха или газов.

Метод точки росы

Таким образом, шкала реохорда может быть отградуирована в процентах относительно влажности. Большим недостатком психрометров с использованием “сухого” и “влажного” термометров является невозможность применения их при температуре ниже точки замерзания воды. В некоторых специальных случаях применяются жидкости, имеющие точку замерзания ниже точки замерзания воды, однако, при этом значительно снижается точность измерения. Другим существенным недостатком является зависимость показаний психрометров от скорости воздуха или газа.

Метод точки росы

Метод точки росы, ранее применяющийся исключительно как лабораторный, с развитием автоматизации стал одним из основных методов контроля влажности воздуха и газов, особенно при минусовых температурах и при любых давлениях. При этом методе испытуемый газ охлаждается до наступления состояния насыщения, т.е. до точки росы.

Зная температуру точки росы τ и температуру исследуемого газа θ_г, легко определить его относительную влажность:

где E_τ упругость насыщенного пара при температуре τ, а E_θ
упругость насыщенного пара при температуре θ_г

При неизменном давлении точка росы не зависит от температуры исследуемого газа. Благодаря этому имеется возможность устанавливать датчик вне исследуемой среды на значительном расстоянии и подводить к нему газ по газопроводу.

Само измерение точки росы сводится к измерению температуры, техника измерений температуры наиболее хорошо разработана, а точно достаточно высока. Для определения момента наступления точки росы обычно используется металлическое охлаждаемое зеркало, температура которого в момент выпадения на нём конденсата фиксируется как точка росы. При этом поверхность зеркала должна быть обезжирена и очищена от пыли. Фиксация точки росы происходит в автоматических приборах с помощью фотоэлементов или измерением электрического сопротивления поверхностного слоя зеркала. Схема одного из типов приборов, основанных на использовании метода точки росы, приведена на рис. 2.

Рис. 2. Блок-схема прибора, использующая метод точки росы

Зеркалом является полированная поверхность полого цилиндра, через который протекает охлаждающая жидкость. Температура её регулируется подогревателем. Фотоэлемент (ФЭ) освещается отражённым от зеркальной поверхности световым потоком, постоянным источником которого является лампа накаливания. Вторичным прибором чаще всего служит прибор с падающей душкой. Когда появляется туман на зеркале, ФЭ подаёт сигнал, душка падает и прижимает стрелку к показывающей шкале прибора.

Сорбционный метод

В основу сорбционного метода измерения влажности положена способность некоторых веществ, имеющих пористую структуру, адсорбировать (поглощать) влагу на поверхности пор.

Вид поры под большим увеличением показан на рис. 3. Количество воды, адсорбированной на поверхности поры, будет тем больше, чем выше влажность газа, вследствие этого будет изменяться свойства материала, из которого изготовлен датчик. К числу таких свойств относятся – механические, электрические, весовые, цветовые и т. п., как правило, изменение механических и электрических свойств сорбентов наиболее часто используются для оценки изменения их влажности.

megaobuchalka.ru

Измерение влажности воздуха » Детская энциклопедия (первое издание)

Следующим элементом, очень важным для характеристики погоды, является влажность воздуха. От того, какое количество влаги содержится в воздухе и какова степень его увлажнения, зависит образование тумана, облаков, выпадение дождя и снега. Дальше об этом будет сказано подробнее. Сейчас укажем только, как измеряется влажность воздуха. Для этого существуют два способа. Один основан на свойствах человеческого волоса поглощать влагу, отчего волос удлиняется. Величина удлинения волоса измеряется на шкале, по которой движется соединенная с ним стрелка.

Флюгер — прибор для измерения направления и скорости ветра

Надежнее измерить влажность воздуха можно вторым способом. Берут два одинаковых метеорологических термометра. Шарик с ртутью одного из них обматывают в один слой небольшим кусочком тонкого и чистого батиста. Батист опускают в стаканчик с дистиллированной водой. Смачивающая батист вода испаряется, при этом термометр охлаждается и показывает более низкую температуру, чем сухой. Чем суше воздух, тем больше испаряется воды и тем меньшую температуру показывает смоченный термометр. Чем влажнее воздух, тем меньше разница между показаниями обоих термометров. По величине этой разницы с помощью особых таблиц и определяют влажность воздуха.

Все термометры и гигрометр — прибор для определения влажности по удлинению волоса — устанавливают в метеорологической будке.

Нам также важно знать, откуда дует ветер, какова его скорость я как она и направление ветра меняются во времени. Для этих измерений применяется флюгарка, легко поворачиваемая ветром на вертикальной оси. По повороту флюгарки и определяют направление, откуда дует ветер. Над флюгаркой укреплена небольшая металлическая дощечка. Она подвешивается за верхние углы таким образом, что это позволяет ей легко качаться, отклоняясь под напором ветра. Степень отклонения доски определяют по штифтам, укрепленным рядом с доской. Такой прибор, измеряющий направление и скорость ветра, называется флюгером; устанавливается он на открытом месте на металлической мачте или на столбе не ниже 10 метров.

Имеется также много приборов, обеспечивающих непрерывную запись скорости и направления ветра. Некоторые из них позволяют очень подробно записывать все порывы ветра.

Когда и сколько выпало дождя и снега, или, как говорят, атмосферных осадков, из каких облаков выпадали эти осадки — все это также служит предметом постоянных наблюдений на всех метеорологических станциях. Количество выпавшего дождя измеряется дождемером. Дождемер состоит из ведра с прямыми стенками, которое ставят на открытом месте. Попадающие в это ведро дождевые капли стекают на его дно.

Количество скопившейся в сосуде дождевой воды измеряют специальным стаканом и узнают, какой слой дождевой воды выпал на Землю. Это легко подсчитать, зная размеры венца дождемерного ведра. Легко понять, что дождемеры всех станций должны иметь одинаковую величину, иначе измерения в разных местах дадут неодинаковые результаты.

Постоянная снегомерная рейка прикрепляется к вкопанному в землю столбу

Дождемер устанавливается так, чтобы венец ведра был на высоте 2 метров над поверхностью Земли. Если дождемерное ведро поставить на столб, то ветер образует вокруг него вихри и измерения будут неточными, обычно заниженными: в некоторых случаях в ведро попадут не все осадки, приходящиеся на его площадь, а уже попавшие в него ветер выдует; в других случаях в дождемер попадет большее количество осадков: они будут принесены ветром со стороны. Чтобы ослабить вредное действие ветра, дождемерное ведро окружают специальным щитом в виде широкой воронки или воронки, состоящей из отдельных лепестков.

Дождемер работает и зимой, только снег приходится растапливать в ведре, а затем уже выливать воду в измерительный стакан. При этом ведро закрывают крышкой, чтобы не испарилась вода.

Толщину (или, иначе, высоту) слоя снега можно измерить, пробив его до земли хотя бы обыкновенной палкой. Целесообразнее сделать это линейкой, разделенной на сантиметры, а еще лучше специальной снегомерной рейкой. Пробив снег такой рейкой, чтобы ее конец уперся в землю, а не в твердую снежную корку, мы легко отсчитаем по ней толщину снежного покрова. Там, где такие наблюдения ведутся постоянно, снегомерную рейку осенью просто вкапывают в Землю, строго следя за тем, чтобы начало делений совпало с поверхностью Земли, иначе отсчеты будут неправильными. Понятно, что толщину снежного покрова надо измерять в таком месте, где снег лежит ровным слоем, без сугробов.

Количество выпавшего снега мы определяем не ведрами или литрами на гектар, а толщиной слоя, покрывшего Землю. Количество жидких осадков (дождя) также пересчитывают на толщину того слоя, который покрыл бы почву, если бы выпавшая вода не стекала и не испарялась. Снежный покров состоит из бесчисленного множества снежинок, образующих рыхлый слой. Толщина этого слоя обычно бывает во много раз больше толщины того слоя воды, который мог бы образоваться, если бы весь этот снег растаял. Толщину снежного покрова выражают в сантиметрах, а толщину слоя дождевой воды — в миллиметрах.

На большинстве метеорологических станций измеряют также, сколько часов каждый день светило Солнце, записывают, какие и когда были облака, была ли гроза, выпадала ли роса, садился ли туман и пр. На многих станциях в интересах сельского хозяйства и транспорта измеряют температуру не только воздуха, но и почвы на разных глубинах. На станциях, расположенных на берегу моря, озера или реки, измеряют также температуру воды, высоту ее уровня, скорость течения.

Нижний конец переносной рейки для измерения высоты снежного покрова. Рейка разделена на сантиметры

Из всех перечисленных приборов только один барометр помещается в доме. Все остальные ставятся на открытом воздухе и на открытой площадке, подальше от зданий, деревьев и т. д.

Мы видим, что метеорологические станции ведут большую и кропотливую работу, непрерывно наблюдая за всеми изменениями погоды. Но и этого оказывается недостаточно.

Приборы на метеорологических станциях устанавливаются на высоте всего 2 метров от поверхности почвы. Только флюгер поднимается выше, но все же обычно не более 10-15 метров. Таким образом, приборы слишком сильно отражают непосредственные влияния разнообразных местных особенностей земной поверхности. Поэтому давно уже стала ясной необходимость пополнить приземные наблюдения сведениями из более высоких слоев земной атмосферы, где местные искажающие влияния или сильно ослаблены или полностью исключены. Наиболее просто, казалось бы, этого можно добиться, построив метеорологические станции в горах. Сейчас таких станций уже довольно много. Высоко расположены и хорошо оборудованы станции на Кавказе и Памире, как, например, на Казбеги, Эльбрусе (Кавказ), леднике Федченко (Памир)

В этих пунктах наблюдения ведутся на высотах от 2 до 4 с лишним тысяч метров над уровнем моря.

Организация высокогорных станций, их снабжение и условия жизни и работы их наблюдателей чрезвычайно трудны. И все же высокогорные наблюдения далеко не полностью удовлетворяют поставленным перед ними задачам. Горы также искажают — и притом очень сильно — условия в свободной атмосфере. Поэтому одновременно с постройкой высокогорных станций люди старались проникнуть в атмосферу на летательных аппаратах.

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

Приборы для наблюдения за погодой Завоевание воздушного пространства

de-ussr.ru

Измерение влажности твердых и сыпучих веществ

Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОУВПО «Тамбовский государственный технический университет»

Кафедра _______________________________________

Контрольная работа

по дисциплине: «Информационно-измерительная техника»

на тему:

«Измерение влажности твердых и сыпучих веществ»

Выполнил студент группы: ИС-41з Феррер А.А.

Проверил преподаватель: Мордасов М.Н.

Тамбов 2010 г.

Оглавление

Введение . 3

Классификация по методам измерений .. 5

Косвенные методы измерения влажности .. 7

Кондуктометрические измерители влажности .. 7

Диэлькометрические измерители влажности .. 8

СВЧ измерители влажности .. 9

Ссылки .. 10

Управление технологическими процессами только по таким параметрам, как давление, уровень, расход и температура, часто не гарантирует получение продуктов требуемого качества. Во многих случаях необходим автоматический контроль состава и свойств вырабатываемых продуктов. Приборы для такого контроля это автоматические анализаторы влажности, вязкости, концентрации, плотности, прозрачности и т. п.

Большинство выпускаемых промышленностью автоматических анализаторов предназначено для определения состава и свойств бинарных и псевдобинарных смесей. Бинарной смесью называют газовую смесь, состоящую из двух газов, или жидкость, содержащую один растворенный компонент. Анализ бинарной смеси возможен при условии, что составляющие ее компоненты отличаются друг от друга какими-либо физическими или физико-химическими свойствами. Псевдобинарной называют многокомпонентную смесь, в которой неопределяемые компоненты резко отличаются по физическим или физико-химическим свойствам от определяемого компонента. Анализ такой смеси аналогичен анализу бинарной смеси.

Анализ многокомпонентных смесей, содержащих три и более компонента, проводят только после их предварительного разделения на отдельные компоненты.

Специфической особенностью аналитических измерений является сильное влияние на их результаты побочных факторов (температуры, давления, скорости движения вещества и т. п.). Эти факторы особенно влияют на точность таких аналитических приборов, принцип действия которых основан на использовании какого-либо одного свойства вещества (электропроводности, теплопроводности, магнитной или диэлектрической проницаемости и др.). Поэтому автоматические анализаторы обычно оснащены сложным дополнительным оборудованием для отбора пробы, подготовки ее к анализу, стабилизации условий измерений или автоматического введения поправки и т. п.

Многообразие анализируемых веществ и широкий диапазон их составов и свойств обусловили производство автоматических приборов с чрезвычайно разнообразными методами анализа. Приборостроительная промышленность выпускает разнообразные автоматические анализаторы: плотномеры, вискозиметры, газоанализаторы, влагомеры, хроматографы, нефелометры и т. д. Если приборы для измерения таких общетехнических параметров, как давление, уровень, расход и температура, применяются практически во всех производствах, то анализаторы, напротив, как правило, для специфических задач конкретного производства.

Измерители влажности по методам измерений принято делить на прямые и косвенные . В измерителях влажности использующих прямые методы производится непосредственное разделение материала на сухое вещество и влагу. В измерителях влажности использующих косвенные методы измеряется величина, функционально связанная с влажностью материала. Косвенные методы требуют предварительной градуировки с целью установления зависимости между влажностью материала и измеряемой величиной.

Принцип работы измерителей влажности базирующихся на прямом методе измерения заключается в непрерывном определении массы пробы при высушивании . В этих приборах сушку заканчивают, если два последовательных взвешивания исследуемого образца дают одинаковые или весьма близкие результаты. Так как скорость сушки постепенно уменьшается, предполагается, что при этом удаляется почти вся влага, содержащаяся в образце. Далее измеритель влажности сравнением массы пробы до и после высушивания определяет значение массовой доли влаги (или массы сухого вещества) в пробе. Длительность измерения этим методом составляет обычно от 0,5 часа до нескольких часов. В ускоренных методах сушка ведется в течение определенного, значительно более короткого промежутка времени при повышенной температуре (например, стандартный метод измерения влажности зерна заключается в сушке размолотой навески при +130 градусах в течение 40 минут).

Обычно подобные измерители влажности выполняют в виде настольного прибора, состоящего из весового устройства, камеры галогенного или инфракрасного высушивания и электронного блока управления для регистрации и обработки результатов измерений.

Измерению влажности подобными приборами твердых и сыпучих материалов высушиванием присущи следующие методические погрешности:

а) при высушивании органических материалов наряду с потерями гигроскопической влаги происходит испарение легколетучих соединений; одновременно при сушке в воздухе имеет место поглощение кислорода вследствие окисления вещества, а иногда и термическое разложение пробы;

б) прекращение сушки соответствует не полному удалению влаги, а равновесию между давлением водяных паров в материале и давлением водяных паров в воздухе;

в) удаление связанной влаги в коллоидных материалах невозможно без разрушения коллоидальной частицы и не достигается при высушивании;

г) в некоторых веществах в ходе сушки образуется водонепроницаемая корка, препятствующая дальнейшему удалению влаги.

Некоторые из указанных погрешностей можно уменьшить сушкой в вакууме при пониженной температуре или в потоке инертного газа. Однако для подобной сушки требуется более громоздкая и сложная аппаратура, чем для воздушно-тепловой.

Тем не менее, измерители влажности, реализующие прямой метод измерений, являются самими точными, а при измерениях остаточной влажности (менее 1%) им нет альтернативы. К недостаткам следует отнести их дороговизну, высокое время измерений и, самое главное, этот метод является разрушающим (например, чтобы измерить влажность деревянного изделия из него необходимо вырезать образец для измерений).

Наиболее распространёнными измерителями влажности, реализующими косвенные методы, являются кондуктометрические , диэлькометрические (ёмкостные) и сверхвысокочастотные (СВЧ). Основой данных методов измерения влажности является зависимость от влажности параметров, характеризующих поведение влажных материалов в электрических полях.

Кондуктометрические измерители влажности основаны на измерении электрической проводимости материала. Влагосодержащие материалы, являясь в сухом виде диэлектриками, в результате увлажнения становятся проводящими. Удельное сопротивление влажных материалов изменяется в зависимости от содержания влаги в чрезвычайно широком диапазоне, охватывающем 9-12 порядков. Такой широкий диапазон может негативно сказывается на точности данных измерителей, особенно сложно кондуктометрическими измерителями влажности контролировать материалы при малых влажностях, когда электрическое сопротивление очень велико и мешающие факторы вносят в него большую погрешность. Так, наиболее распространённым материалом контроля для игольчатых влагомеров является древесина. В наиболее важном для контроля диапазоне 5…15% она имеет электрическое сопротивление свыше 100 Мом. Точно измерить такие сопротивления – задача не простая, тем более получить на основе этого точное значение влажности, учитывая при этом влияние на электропроводность структуры материала, формы пор, их размеров, характера распределения влаги, наличие на измеряемом материале поверхностной влажности и каких-либо загрязнений.

Принцип работы диэлькометрических измерителей влажности основан на зависимости диэлектрической проницаемости материала от его влажности (т.к. диэлектрическая проницаемость воды во много раз выше, чем у большинства материалов, способных поглощать влагу, то диэлектрическая проницаемость влажного материала дает достоверную информацию об его влажности). По этому методу измеряют ёмкость датчика, заполненного исследуемым материалом (для сыпучих), или ёмкость датчика помещённого на измеряемую поверхность (для твёрдых материалов). Измеряемая ёмкость является функцией диэлектрической проницаемости, и, соответственно, влажности контролируемого материала.

К достоинствам диэлькометрических измерителей влажности следует отнести контроль влажности в широком диапазоне с высокой точностью, оперативность измерений, отсутствие повреждений на измеряемой поверхности после измерений. К недостаткам – невозможность с высокой точностью контролировать остаточную влажность менее 1…0,5%, но, например, для строительных материалов и древесины такой необходимости нет.

Сложность измерения влажности твердых сыпучих и волокнистых материалов заключается в том, что при взаимодействии датчика с материалом может изменяться его структура, насыпная плотность и другие факторы, существенно увеличивающие погрешность прибора. Поэтому в промышленности нашли применение в основном бесконтактные методы измерения: оптический и сверхвысокочастотный.

mirznanii.com

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

Измерение влажности воздуха – Гигрометры, влагомеры. Статья ЭкоЮнит

Влажность воздуха – величина, показывающая содержание водяных паров в атмосфере. Она играет важную роль при создании и поддержании искусственных условий окружающей среды. В жилых помещениях и офисах за влажностью нужно следить, чтобы люди чувствовали себя комфортно. Инкубаторы и теплицы оснащают специальными устройствами для контроля влажности, чтобы живые организмы развивались в наиболее благоприятных для них условиях. Влажность воздуха очень важна в производственных цехах и лабораториях, в музеях и библиотеках, на складах и во многих других отраслях.

На сегодняшний день существует много способов измерить влажность воздуха. Перечислим некоторые из них:

психрометрический способ – основан на эффекте охлаждения материала при испарении с него жидкости;
конденсационный способ – измерения проводятся по эффекту конденсации влаги на металлическом зеркальце прибора;
волосяной способ – влажность определяется на основании измерения длины волоса или полимерной нити;
емкостной способ – изменение емкости многослойного конденсатора, состоящего из слоя керамики или стекла и полимерного слоя, чувствительного к влажности воздуха;
электролитический способ – изменение концентрации электролита, нанесенного на изолированную пластину в зависимости от влажности воздуха.

Отличие между упомянутыми способами заключается в скорости и точности измерения, а также в стоимости расходных материалов. Прибор – измеритель влажности воздуха – называется влагомер или гигрометр.

Влагомер измеряет относительную влажность воздуха, то есть отношение текущей влажности к максимально возможной при данной температуре. Эта величина более информативна в отличие от абсолютной влажности, которая указывает на общую долю воды (в граммах) в одном кубическом метре воздуха.

В зависимости от применения, гигрометры можно разделить на бытовые (комнатные), переносные (портативные), и стационарные (промышленные).

Бытовые приборы используются в том случае, когда в повышенной точности измерений нет необходимости. Такие гигрометры часто оснащены небольшим экраном, на котором отображается не только влажность, но и температура, а также электронные часы (если у гигрометра есть выносной датчик температуры, можно следить и за температурой на улице). Заметным недостатком бытовых влагомеров является неспособность измерения влажности в условиях конденсации воды. Поэтому такие приборы используют в помещениях, где относительная влажность воздуха не выходит за пределы 20%-80%.

Портативные гигрометры чаще используются для технических целей. Точность измерения таких приборов выше, чем у бытовых. Кроме того, они имеют большую скорость реакции на изменение влажности и обладают некоторыми дополнительными функциями (например, фиксация значения, автовыключение и т. п.).

Промышленные влагомеры отличаются от бытовых и портативных не только повышенной точностью и диапазоном измерений. Они могут включать в себя такие возможности, как управление исполнительными устройствами, хранение истории измерений, звуковую или световую индикацию, а также передачу данных на компьютер с помощью интерфейсов USB или RS232.

При покупке гигрометра важно подобрать оптимальный вариант в зависимости от целевого назначения прибора.

Рассмотрим основные параметры гигрометров:

1. Диапазон измерения

Диапазон измерения зависит от типа прибора. Для комнатных гигрометров это обычно 20-99%, поскольку влажность воздуха при нормальных условиях не выходит за рамки такого диапазона. Для портативных приборов нижний предел диапазона измерений может составлять 5-10%, а для промышленных – 2-5% в зависимости от области использования гигрометра. Верхний предел промышленных приборов достигает 100%.

2. Точность измерений

Точность измерений во многом зависит от способа, которым гигрометр определяет влажность воздуха. Промышленные приборы используют более точные, но часто более дорогостоящие методы измерения влажности. Точность стационарных и промышленных гигрометров может меняться в зависимости от диапазона, в котором измеряется влажность.

3. Частота измерений

Скорость реакции прибора напрямую связана с частотой измерений, то есть, как часто за единицу времени производится замер. Бытовые приборы обычно проводят замер один раз в 5-10 секунд. Стационарные и промышленные приборы обновляют результат несколько раз в секунду.

4. Дополнительные возможности

Как уже говорилось выше, в зависимости от области применения гигрометр может быть оснащен такими функциями как измерение температуры, фиксация значений, управление внешними устройствами. Иногда гигрометры проектируются с выносными датчиками. Такая реализация удобна в том случае, когда измерение нужно проводить удаленно или нет возможности установить сам прибор в помещении, где проводится измерение.

Определившись со всеми вышеуказанными параметрами, Вы подберете себе именно такой измеритель влажности, который будет максимально соответствовать Вашим запросам.

ecounit.com.ua

Измерение влажности воздуха » Земной климат

Влажность воздуха измеряют различными методами. Такие величины, как удельная влажность, относительная влажность и точка росы, измеряются неодинаково. Простейшее измерение точки росы можно выполнить с помощью обыкновенной чашки, наполненной льдом. Как все мы знаем, в очень влажный день на стакане с холодной водой конденсируется пар из воздуха и мы видим, что стакан „запотевает”. Температуру, при которой начинается конденсация пара, можно определить очень просто, без выполнения сложных расчетов.

Смесь льда с водой помещают в блестящую металлическую чашечку. Содержимое чашечки тщательно размешивают и замечают ту температуру, при которой на наружных стенках чашечки начинается конденсация водяного пара. Несколько таких измерений позволяют получить довольно точное значение точки росы в данный момент и в данном месте.Влажность измеряют несколькими приборами. Один из самых обычных способов определения относительной влажности состоит в том, что находят ее по измеренному значению точки росы. Для измерения относительной влажности применяется также пращевой психрометр. Он состоит из двух термометров — сухого и смоченного. Сухой термометр показывает температуру воздуха. Смоченный термометр, резервуар которого обернут влажным батистом, дает показание, которое, в зависимости от влажности воздуха, может быть меньше показания сухого термометра или равняться ему. Если быстро вращать весь прибор в воздухе, испарение с поверхности батиста на смоченном термометре будет определяться влажностью воздуха. Сравнение показаний двух термометров позволит найти их разность. С помощью заранее подготовленных таблиц по этой разности находят относительную влажность воздуха.Влажность можно измерять и другими специальными приборами.

Принцип действия гигрометров, позволяющих непосредственно получать значения относительной влажности, основан на свойстве некоторых предметов реагировать на изменение влажности воздуха. В некоторых гигрометрах используется пучок волос, например, человеческих. Если влажность воздуха увеличивается, пучок волос удлиняется. Волосы очень чувствительны к изменению влажности, что, к своему огорчению, знает большинство женщин. Пучок волос прикрепляется к стрелке, которая перемещается вдоль отградуированной шкалы. В других гигрометрах электрический ток течет по проводнику, который поглощает водяной пар из воздуха. При этом меняется сопротивление проводника. Поэтому сила тока в проводнике изменяется, когда изменяется влажность воздуха.