Меню

Какие методы измерения влажности вам известны



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 влажности, существуют специальные методы.

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:
  • Определение момента конденсации зависит от способа фиксации.
  • Температура конденсации росы зависит от вида поверхности. Значительно снизить температуру росы может наличие жирных веществ.
  • 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.
Читайте также:  Мультиметр для измерения индуктивности катушки
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. Электролитические влагомеры, имеющих подогрев, обладают повышенной надежностью и простотой конструкции. Их свойства не зависят от загрязнения и пыли

Кулонометрические преобразователи

Выполняют измерение влажности 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.

Источник

Проектирование, подбор, поставка, монтаж холодильного и кондиционирующего оборудования

Основные методы определения влажности воздуха

Температура воздуха легко и достаточно точно может быть измерена термометрами или термопарами. Определив влажность воздуха и зная температуру, аналитически или с помощью dI диаграммы находят все остальные параметры состояния воздуха.

В практике наиболее широко применяются следующие методы определения влажности воздуха: психрометрический, метод точки росы, гигроскопический и массовый, причем первый из них – самый распространенный.

Психрометрический метод основан на использовании прибора, называемого психрометром, который состоит из двух располо­женных рядом термометров. Один из термометров, обычный, называется сухим, измеряющим температуру t воздуха. Баллончик с расширяющейся жидкостью другого термометра обертывают легкой гигроскопической тканью, например батистом, в виде чехла, нижний конец которого опускают в сосуд с водой. Вода по чехлу, как по фитилю, поднимается к баллончику и по­стоянно смачивает его. Этот термометр называется влажным или мокрым и измеряет температуру воздуха по мокрому термометру tмt. Устройство простейшего психрометра Августа показано на рис. 1.

Читайте также:  Измерение кровяного давления это что

Рис. 1. Психрометр Августа: 1 – сухой термометр; 2 – дере­вянная панель; 3 – влажный (мокрый) термометр; 4 – чехол (ткань); 5 – сосуд с водой.

Остановимся кратко на понятии температуры tм. воздуха по мокрому термометру. Баллончик этого термометра обернут смо­ченной тканью. На испарение воды с ткани расходуется теплота парообразования, что приводит к понижению температуры влаж­ной ткани и постепенному снижению показаний мокрого термо­метра. Вследствие образующейся разности температур теплота от окружающего воздуха начинает поступать к влажной ткани. Температура мокрого термометра будет снижаться до такого значения, при котором количество скрытой теплоты, расходуемой тканью на испарение, станет равным количеству явной теплоты, отдаваемой воздухом ткани. Установившееся значение tм (темпе­ратуры мокрой ткани и слоя насыщенного воздуха около нее) называют температурой мокрого термометра для воздуха данного состояния. Этот процесс тепловлагообмена между воздухом и во­дой, т. е. насыщения воздуха, считается адиабатическим, так как воздух и вода обмениваются внутренним теплом без отвода или подвода его извне (вне системы воздух-вода).

В установившемся процессе адиабатического насыщения энталь­пия воздуха не изменяется, так как переходу от воздуха к воде вследствие разности температур (ttм) явной (ощутимой) теплоты эквивалентен возврат скрытой теплоты (парообразования влаги, переходящей от воды к воздуху вследствие разности парциальных давлений водяных паров в насыщенном (над поверхностью воды) и ненасыщенном (измеряемом) воздухе). Это видно из выражения для энтальпии:

в котором при адиабатическом насыщении воздуха первый член (явное теплосодержание) уменьшается, а третий (скрытая часть I) – увеличивается. Второй член этого уравнения практически остается постоянным, так как с уменьшением t увеличивается d.

Однако, идеаль­ный адиабатический процесс возможен только при tм = 0 °C (линии I = const и tм = const в dl диаграмме совпадают только при tм = 0 °С). При tм > 0 °C энтальпия насы­щенного воздуха (у баллончика) будет больше энтальпии ненасы­щенного воздуха (вдали от баллончика термометра) на величину теплоты испарившейся воды 4,19·(dнdtм, где dн – влагосодержание насыщенного воздуха, a d – влагосодержание ненасыщенного воздуха. Из-за малости величины 4,19·(dнdtм практически этот процесс насыщения и считают адиабатическим, а энтальпию воздуха постоянной.

Таким образом, под температурой мокрого термометра следует понимать температуру, которую принимает воздух в результате его адиабатического насыщения (увлажнения). Разность показаний сухого и мокрого термометров (ttм) называется психрометрической разностью или депрессией мокрого термометра. Она тем больше, чем суше воздух, т. е. чем меньше его относи­тельная влажность.

По температуре t воздуха и психрометрической разности (ttм) можно определить относительную влажность φ и остальные параметры воздуха. Для более простого определения φ составляют психрометрические таблицы, которые прилагаются к психрометрам и имеются в многочисленной специальной литературе.

Недостатком психрометра Августа является его сравнительно малая точность из-за существенного влияния радиационных при­токов (от окружающей среды и предметов) к незащищенному при­бору при недостаточной скорости воздуха около баллончика (движение создается только свободной конвекцией). Поэтому показа­ния мокрого термометра tм будут несколько завышены в сравне­нии с истинной температурой tм. По данным Каррье, при нулевой скорости воздуха ошибка в определении (ttм) достигает 14 %, а при скорости воздуха 0,8 м/с она уменьшается до 2 %.

Для повышения точности показаний мокрого термометра при­бегают к искусственному увеличению скорости воздуха около баллончиков психрометра и защите его от внешних теплопритоков (тепловых излучений). При скоростях воздуха около баллончиков 1,5…2 м/с ошибка в определении (ttм) составляет менее 1 %. Объясняется это тем, что при повышенных скоростях воздуха кон­вективный приток теплоты, уравновешивающий потери теплоты в слое насыщенного воздуха около шарика термометра от испа­рения влаги, увеличивается и относительное влияние внеш­них (радиационных) теплопритоков значительно уменьшается. Удобным и достаточно точным прибором для определения влаж­ности воздуха служит аспирационный психрометр Ассмана (рис. 2). Оба термометра заключены в металлические трубки, через кото­рые специальным вентилятором с пружинным (заводным) или электрическим двигателем, смонтированным в верхней части при­бора, пропускается исследуемый воздух со скоростью 2,5…3,0 м/с. Поверхность трубок для защиты термометров от теплового облучения полирована и никелирована. В остальном аспирацион­ный психрометр устроен так же, как и психрометр Августа.

Читайте также:  Обозначение единиц измерения вольт

Рис. 2. Психрометр Ассмана.

Существуют также электрические психрометры, построенные по принципу электрического мостика сопротивления (сопротив­ление мокрого термометра меньше, чем сухого).

Состояние воздуха по показаниям сухого и мокрого термоме­тров легко определить в dI диаграмме (рис. 3). Пусть показание сухого термометра равно tА, а показание мокрого термометра tм. Если на диаграмме нанесены изотермы tм = const, точка A, характеризующая состояние воздуха, и φA находятся на пересечении изотерм tA = const и tм = const. Если же в dl диаграмме нет изотерм по мокрому термометру, нужно из точки K, пересечения изотермы t = tм с кривой насыщения φ = 1 подняться по линии I = const (без особой погрешности можно считать линии I = const и tм = const совпадающими) до пересечения с изотер­мой tA.

При положительной температуре воздуха психрометры рабо­тают с погрешностью ±1…2 %, при отрицательной точность их показаний резко снижается из-за образования у баллончика мо­крого термометра корочки льда, выделения теплоты затвердева­ния и т. п.; при t ≤ 0 °C практически ими не пользуются.

Метод точки росы основан на измерении температуры tрос воздуха, охлаждаемого, например, металлической неокисляемой зеркальной поверхностью (в момент начала выпадения капельной влаги на зеркале фиксируется его температура).

Зная tрос и температуру tA воздуха, можно в диаграмме, изображенной на рис. 3, поднимаясь из точки B на кривой насы­щения по линии d = const до изотермы tA, найти точку А их пересечения, а значит, влажность φA и другие параметры состоя­ния воздуха.

Рис. 3. Определение влажности воздуха психрометрическим мето­дом и методом точки росы в dI диа­грамме.

Метод точки росы менее точен, чем психрометрический. Однако он применим при температурах до –70 °C (с погрешностью изме­рения tрос ±0,1 °C).

Гигроскопический метод основан на способности некоторых материалов изменять свою форму и размеры (удлиняться – обез­жиренный человеческий волос, капроновая нить и др.), или свой­ства (электропроводимость – соль LiCl и др.) при впитывании влаги из воздуха в количестве, пропорциональном его относитель­ной влажности. Поэтому, используя эти материалы в механиче­ских или мостовых электрических схемах, можно создавать при­боры невысокой точности, называемые гигрометрами.

Массовый (абсолютный) метод наиболее точен, но трудоемок и требует специального оборудования – вентилятора, влагопоглотителей и др. Воздух продувают через поглотители. Отнеся объемный расход воздуха к массе поглощенной всей влаги, опреде­ляют абсолютную влажность воздуха γп. По температуре воздуха из таблиц насыщенного пара находят его плотность γ″п, т. е. абсолютную влажность насыщенного воздуха; тогда φ = γп / γ″п.

Основные методы определения влажности воздуха : 16 комментариев

Спасибо за прекрасный пост. Пригодился. Ставлю вентиляяцию в гараже. Про метод росы было очень полезно.
Да и безусловно соглашусь, что ваш блог просто невероятно орегинален)

Благодарю вас за публикацию, очень помогла в решении задачи по физике на определение влажности воздуха

Хочу добавить, что на показания психрометра влияет еще и атмосферное давление, поэтому приходится делать поправки

а как определить влагосодержание d??
известна tн=-50. tв=5. необходимо определить t точки росы в помещении

1. “а как определить влагосодержание d??”. Для нахождения любого из параметров по d-I диа­грамме, характеризующего состояние влажного воздуха в определенной точке, изначально необходимо знать как минимум два из них. Например, если известна температура t=14 °С и относительная влажность φ=0,3 (т.е. относительная влажность 30%) – находим на диаграмме точку на пересечении линий, соответствующим этим двум параметрам, после этого из полученной точки проводим перпендикуляр на ось d влагосодержания, и видим, что для данных условий d=2,9 г/кг.
2. “известна tн=-50. tв=5. необходимо определить t точки росы в помещении”. Не ясно, что в данном случае обозначают индексы “н” и “в”. Тем не менее, по d-I диа­грамме, один из параметров состояния воздуха — температуру точки росы tрос — находят в месте пересечения вертикали, проведенной из точки состояния воздуха вниз, с кривой насыщения φ = 1,0. Например, для воздуха с параметрами в точке t=5 °С, φ = 0,74, температура tрос составит 0,78 °С.

Источник