Содержание:
- Применение психрометрического метода измерения в промышленности
- Принцип действия психрометров
- Как рассчитывается относительная влажность психрометров?
- Факторы, влияющие на погрешность измерения психрометров
- Психрометрический метод в промышленности
- Альтернативный метод измерений в промышленности
- Выводы
Применение психрометрического метода измерения в промышленности
Существует множество различных методов измерения относительной влажности воздуха. И наряду с такими современными методами, как конденсационный («зеркало точки росы») или емкостной, по прежнему не теряет актуальности психрометрический метод измерения, благодаря своей простоте и доступности. Зачастую психрометры можно увидеть на стенах квартир или офисов (см. рисунок 1).
Любой человек может по показаниям двух термометров и психрометрической таблице, изображенной на его корпусе, определить относительную влажность окружающего воздуха с приемлемой для бытового измерителя влажности точностью. Но какие есть особенности у данного метода измерения и насколько он применим в качестве промышленного гигрометра?
Принцип действия психрометров
Принцип действия предельно прост – есть два термометра, зачастую ртутных или спиртовых. Один измеряет температуру окружающего воздуха («сухой» термометр), а второй измеряет температуру паров над поверхностью воды («влажный» термометр), для чего он расположен над резервуаром с водой (питателем) и обернут смоченной батистовой тканью для улучшения температурной проводимости (см. рисунок 2).
Суть метода заключается в том, что температура «мокрого» термометра всегда будет меньше температуры «сухого», поскольку согласно 1-му закону термодинамики, при испарении внутренняя энергия жидкости будет уменьшаться, а вместе с ней будет уменьшаться и ее температура как основная мера внутренней энергии.
Очевидно, что жидкость будет испаряться при текущей температуре воздуха тем интенсивнее, чем менее насыщен водяными парами окружающий воздух, и как следствие тем сильнее будет понижаться температура «мокрого» термометра. Таким образом: чем больше разница между показаниями «сухого» и «мокрого» термометров (психрометрическая разность), тем меньше относительная влажность окружающего воздуха.
Конструктивно различают несколько видов психрометров:
- обычные психрометры Августа без принудительного обдува, рассмотренные выше (см. рисунок 1);
- более продвинутые аспирационные психрометры Ассмана (см. рисунок 3) со встроенным принудительным обдувом в виде механического или электрического вентилятора. Обдув (аспирация) нужен для того, чтобы задать строго определенную интенсивность испарения воды — как правило речь идет о скоростях 0,5-1 м/с;
- психрометры, выполненные на базе двух термометров сопротивлений и подключенные к вторичным измерителям-регуляторам или ПЛК, которым также требуется принудительный внешний обдув.
Как рассчитывается относительная влажность психрометров?
Рассчитать относительную влажность по измеренным значениям психрометра возможно одним из 3-х способов.
Способ 1 – по психрометрическим таблицам
Пример подобной таблицы взят из ГОСТ 8.811-2012 «Таблицы психрометрические. Построение, содержание, расчетные соотношения» (см. рисунок 4). Они составляются на конкретную модель психрометра производителем и всегда нормируются при определенной скорости аспирации, чем зачастую пренебрегают пользователи, хотя без отсутствия аспирации погрешность очень сильно увеличивается.
Пример: показания «сухого» термометра 20 °С, а показания «мокрого» термометра 14 °С — тогда психрометрическая разность 6 °С. На пересечении соответствующих строки и столбца определяется искомая относительная влажность 48%.
Способ 2 – графический способ
Определить температуру «мокрого термометра» возможно при помощи ID диаграммы (диаграммы Молье, диаграммы Рамзина). Для понимания необходимо вспомнить о термине энтальпия — это такая тепловая энергия (кДж), которую содержит тело массой 1 кг. Саму систему с резервуаром и «мокрым» термометром можно для упрощения принять как замкнутую термодинамическую систему за счет применения смоченной ткани, не сообщающуюся с окружающей средой, в которой воздух полностью насыщен водяным паром. Таким образом, процесс испарения из резервуара психрометра происходит при постоянной энтальпии системы. Обратимся к участку диаграммы (см. рисунок 5) — нас интересуют красные линии (температура), синие (относительная влажность) и розовые (энтальпия).
Возьмем данные из предыдущего примера: сначала проведем линию 1, соответствующую температуре «мокрого» термометра 14 °С, вплоть до пересечения с кривой 100% влажности (поскольку система насыщена). Затем проведем параллельно линию 3, соответствующую показаниям «сухого» термометра 20 °С. И наконец, проведем линию 2 параллельно линиям энтальпий (поскольку система не сообщается с окружающей средой) вплоть до пересечения с линией 3. Эта точка пересечения соответствует искомой относительной влажности — 50%, что примерно соответствует 48%, полученным при расчете по психрометрической таблице.
Также влажность определяют по специальным психрометрическим номограммам, которые иногда приводятся в документации на конкретный психрометр.
Способ 3 – аналитический способ
Согласно уже упомянутому ранее ГОСТ 8.811-2012, относительную влажность φ можно найти из формулы 1, если вода в резервуаре находится в жидкой фазе (индекс w означает water):
φ
w
=
1
−
A
ном
P
ном
E
w
(
t
‘
)
f
w
(
P
,
t
‘
)
(
t
−
t
‘
)
(
1
+
a
w
t
‘
)
%varphi _w=1- { A _ном P _ном} over { E _w(t^’) f _w(P, t^’) } ( t-t^’) ( 1+a _w t^’)
или из формулы 2, если вода в резервуаре находится в твердой фазе (индекс i означает ice):
φ
w
=
1
−
A
ном
P
ном
E
w
(
t
‘
)
f
w
(
P
,
t
‘
)
(
t
−
t
‘
)
k
i
%varphi _w=1- { A _ном P _ном} over { E _w(t^’) f _w(P, t^’) } ( t-t^’) k _i
где:
t – температура «сухого» термометра, °С;
t’ – температура «мокрого» термометра, °С;
Aном * — номинальное значение психрометрического коэффициента, °С -1;
Pном — номинальное значение общего давления паровоздушной смеси, гПа;
Ew(t’), Ei(t’) ** — давление насыщенного водяного пара над поверхностью воды и льда соответственно, гПа;
fw(P,t’), fi(P,t’) *** — повышающая функция влажного воздуха/газа для воды и льда соответственно, зависящая от его общего давления и температуры поверхности раздела фаз;
ki = 0,8823, aw = 0,00115 °С -1, если свойства дистиллированной воды отвечает требованиям ГОСТ 6709, а состав сухого воздуха отвечает требованиям ГОСТ 4401.
*Примечание 1: значение психрометрического коэффициента определяется для конкретной модели психрометров самим производителем и очень сильно зависит от скорости аспирации — базовое значение, согласно рекомендациям ВМО, составляет 653*10-6 °С -1
**Примечание 2: согласно ГОСТ 8.811-2012 эти величины рассчитываются по формуле Всемирной Метеорологической организации (ВМО), однако очень хорошие результаты дают также формулы Гоффа-Гретча и Ардена Бака, которые приведены в статье «Новые возможности датчиков влажности серии D»
***Примечание 3: значение коэффициентов определяется из таблиц в приложении Ж ГОСТ 8.811-2012. Промежуточные значения коэффициентов определяют интерполяцией. Игнорирование этих коэффициент в расчетах вносит в измерение систематическую относительную погрешность до 0,8%.
Факторы, влияющие на погрешность измерения психрометров
Исходя из аналитических формул, можно перечислить факторы, влияющие на измерение психрометрическим методом:
- агрегатное состояние воды в резервуаре (питателе) — необходимо понимать, замерзла вода в питателе или нет, и в соответствие с этим рассчитывать относительную влажность либо по формуле 1, либо по формуле 2;
- газовый состав воздуха и чистота дистиллированной воды — наличие примесей разных концентраций в воздухе, а также загрязненность воды влияет на коэффициенты ki и aw, а как следствие на итоговую погрешность измерения. Также нельзя не упомянуть, что многие пользователи пренебрегают требованием к применению дистиллированной воды и используют обычную водопроводную воду, иногда фильтруя ее;
- смоченность и чистота батистовой ткани — напрямую влияет на погрешность измерений «мокрым» термометром, при этом учесть аналитически степень этого влияния невозможно. Многие пользователи пренебрегают этим фактором;
- наличие принудительной аспирации — очень важный параметр, оказывающий наиболее сильное влияние на погрешность измерения. Влияет на психрометрический коэффициент Aном. В случае применения психрометров Ассмана, этот фактор можно не учитывать, поскольку принудительная аспирация с требуемой скоростью обдува заложена конструктивно. Однако зачастую применяются психрометры Августа без какой-либо внешней аспирации, что приводит к большому увеличению погрешности измерения;
- величина атмосферного давления — определяет величину давления паровоздушной смеси Pном, а также незначительно влияет на значение повышающих функций fw(P,t’), fi(P,t’). В случае работы на уровне моря, давление можно принять равным 1013,25 гПа (согласно нормальным условия из ГОСТ 8.395-80) и пренебречь колебаниями атмосферного давления, однако в случае работы на высоте свыше 200-300 метров влиянием барической ступени уже нельзя пренебрегать, и в расчетах необходимо учитывать реальное значение атмосферного давления.
При соблюдении перечисленных выше условий, результирующая погрешность измерения относительной влажности, согласно государственным метрологическим методикам, для простых психрометров составит 5-7%, а для аспирационных психрометров 3-5%.
Однако в случае использования психрометров в промышленности, возникает ряд дополнительных трудностей.
Психрометрический метод в промышленности
Психрометры Августа или Ассмана могут с успехом применяться в офисах, квартирах, домах, аптеках, при пропарке бетона, в небольших теплицах и простых инкубаторах – это простой и дешевый метод косвенного измерения относительной влажности. Причем многие из этих психрометров, распространенных на рынке, являются средствами измерения утвержденного типа, и при их поверке поверяют отдельно оба термометра, входящих в их состав, без использования генераторов влажного воздуха и эталонных гигрометров, что значительно упрощает саму процедуру.
Но также очевидно, что использование подобных психрометров во многих отраслях промышленности сопряжено с некоторыми особенностями:
1. Так как применяются ртутные или спиртовые термометры, не имеющие аналогового или цифрового сигнала, невозможно интегрировать психрометры в систему автоматического управления технологическим процессом;
2. Почти все таблицы или номограммы, идущие в документации на психрометры, составлены для области положительных температур, а также не учитывают поправочные коэффициенты в результате влияния перечисленных выше факторов. В этом случае требуется аналитический перерасчет коэффициентов, а без возможности реализации на контроллере в автоматическом режиме это создает большие затруднения для оператора;
3. Во многих технологиях, таких как расстойка теста, выращивание грибов, сушка древесины, животноводство / птицеводство, в паровоздушной смеси присутствуют различные загрязняющие вещества или запыленность — это приводит к постепенному загрязнению воды в питателе и батистовой ткани, что увеличивает погрешность измерения;
4. В некоторых применениях, таких как сушка макарон, кирпича, древесины, требуется контроль относительной влажности при постоянно высоких температурах свыше 70 °С. Во-первых, большинство доступных на рынке психрометров из-за применения в своем составе жидкостных термометров имеют ограничение по верхнему значению температуры окружающего воздуха 40-50 °С. Во-вторых, испарение воды из питателя будет происходить достаточно интенсивно и он достаточно быстро опорожнится — от оператора потребуется постоянный контроль уровня воды и смоченности ткани. В-третьих, при температурах свыше 100 °С измерение станет невозможным по причине кипения воды.
Таким образом, в случае применения в промышленности психрометров Ассмана или Августа, неустранимое влияние перечисленных выше факторов, таких как запыленность, присутствие в атмосфере агрессивных веществ и работа в условиях низких и/или высоких температур, приводит либо к невозможности применения данного метода вообще, либо увеличению погрешности измерения влажности по опыту вплоть до 10-15%, что недопустимо в ряде технологических процессов.
Также психрометрический метод возможно реализовать, как упоминалось ранее, на базе двух термосопротивлений типа Pt100 с классом точности А или АА — один датчик будет являться «сухим» термометром, а другой обернут тканью, помещен над резервуаром с водой и являться «мокрым» термометром. При этом их сигналы подключаются на внешний контроллер, что позволяет уже обеспечить вычисление относительной влажности в автоматическом режиме. Например, возможен следующий алгоритм реализации:
1. В контроллер вводятся формулы 1 и 2, формулы расчета давления насыщенного водяного пара Ew(t’), Ei(t’), таблицы коэффициентов fw(P,t’), fi(P,t’), зависимость психрометрического коэффициента Aном от внешних факторов. Формулы расчетов приведены в статье “Новые возможности датчиков влажности Galltec+Mela D серии”
2. К контроллеру подключается:
- внешний вентилятор, обеспечивающий постоянную скорость аспирации, при этом желательно контролировать наличие потока воздуха дискретным датчиком, чтобы определять момент, когда вентилятор выйдет из строя и вычисляемые значения не будут достоверными;
- внешний дискретный датчик, определяющий фазовое состояние воды. При невозможности применяется «упрощенный» алгоритм, когда по температуре «сухого» термометра в области -5…+5 °С происходит расчет значения относительной влажности по формуле 3:
φ
=φ
w+
φ
i2
%varphi={ %varphi _w+%varphi _i} over {2}
- датчики контроля уровня воды в резервуаре и клапан, который обеспечит автоматическое наполнение резервуара дистиллированной водой из-за ее испарения;
- ТЭНы для предварительного подогрева подаваемой дистиллированной воды до температуры, равной температуре «мокрого» термометра до того, как вода окончательно испарилась (если работа идет в области положительных температур). При отрицательных же температурах желательно подавать охлажденную воду с тем, чтобы ее переход в твердую фазу происходил как можно быстрее;
- опционально возможно подключение датчика абсолютного давления для обеспечения компенсации влияния атмосферного давления на измерения влажности.
3. Вся система измерения защищается вентилируемым фильтрующим кожухом с тем, чтобы свести к минимуму влияние загрязняющих факторов и/или запыленности.
При таком подходе, можно добиться абсолютной погрешности измерения влажности вплоть до 2-3% без участия оператора в течении продолжительного времени.
В результате, пользователь может на базе программируемых логических контроллеров организовать полноценную систему непрерывного измерения относительной влажности психрометрическим методом в автоматическом режиме и с достаточно высокой точностью.
Альтернативный метод измерений влажности в промышленности
Очевидно, что при описанном выше подходе психрометрический метод измерения превращается в достаточно сложную измерительную систему, реализация которой является нетривиальной задачей. В свою очередь, упрощенный метод без учета указанных выше особенностей зачастую не обеспечивает требуемую точность или вообще не может применяться. По этой причине намного более распространенным в промышленности методом измерения относительной влажности является емкостной метод, который, в отличие от психрометрического, является прямым методом измерения относительной влажности воздуха. В основе метода лежит влагозависимый конденсатор (см. рисунок 6).
Он представляет собой керамическую подложку, в которую вмонтированы электроды (обкладки), а сверху нанесен очень тонкий полимерный слой (диэлектрик), абсорбирующий молекулы воды из окружающего воздуха. Для понимания принципа измерения, обратимся к формуле 4 для расчета емкости плоского конденсатора:
C
=
ε
ε
0
S
d
C= %varepsilon %varepsilon _0 {S} over {d}
где:
Ɛ0 — электрическая постоянная 8,85*10-12 Ф/м;
S — площадь обкладок конденсатора, м2;
d — расстояние между обкладками, м;
Ɛ — относительная диэлектрическая проницаемость среды.
Все величины в формуле 4 являются константами, кроме диэлектрической проницаемости Ɛ — она прямопропорционально увеличивается вместе с увеличением степени насыщенности воздуха. Соответственно, чем выше относительная влажность воздуха, тем больше емкость влагозависимого конденсатора (сенсора). А дальше электронная плата датчика преобразует текущую емкость сенсора в аналоговый унифицированный сигнал 4…20 мА или 0…10 В, либо в цифровой сигнал по интерфейсу RS485 или RS232.
На основе данного метода измерений работают промышленные датчики влажности Galltec-Mela, в основе которых лежат уникальные сенсоры собственного производства, которые не боятся образования конденсата на своей поверхности, в отличии от сенсоров некоторых других производителей. Датчики имеют следующие преимущества:
- 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 перечисленные ранее ограничения и особенности применения психрометрического метода, можно выделить области, в которых он успешно применяется:
1. Простые применения (измерение влажности в офисе или квартире, аптеках, теплицах, инкубаторе), где не требуется высокая точность измерений или автоматизация процесса — в этом cлучае выбор в пользу наиболее простого и бюджетного метода полностью оправдан.
2. Специальные применения, в которых в атмосфере присутствуют сильные загрязняющие факторы (например, процессы копчения колбасы, сушки дуба, пропарки бетона). В таких применениях датчики влажности на основе емкостного принципа измерения покрываются влагонепроницаемой пленкой и достаточно быстро выходят из строя, при этом постоянное техническое обслуживание и даже применение специальных фильтров не могут обеспечить полную защиту сенсора. В свою очередь, психрометры в таких применениях надежно работают, а их большая погрешность измерения, которая со временем увеличивается из-за загрязнения воды и ткани, отходит на второй план в сравнении с их долгим сроком службы.
Во многих других применениях успешно используются датчики на основе емкостных сорбционных элементов:
- 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).
При этом необходимо отметить, что некоторые пользователи ошибочно используют обычные психрометры Августа в качестве эталонов для определения погрешности измерений датчиков на основе емкостного принципа измерений. В рамках данной статьи показано, что даже при соблюдении условий эксплуатации психрометров, компенсирующих влияние окружающих факторов, результирующая погрешность величиной 5-7% (а без аспирации даже до 10-15%) не предполагает применения психрометров для оценки точности измерений емкостных датчиков влажности с классом точности 1,5-3%.
Инженер ООО «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
Читайте также:
- Новые возможности датчиков влажности Galltec+Mela D серии
- Применение систем туманообразования в различных отраслях промышленности
- Применение датчиков влажности воздуха в животноводстве
Психрометрическая разность
Cтраница 1
Психрометрическая разность является функцией не только влажности испытуемой среды, но и ряда других факторов, из которых главными являются: барометрическое давление и температура среды, скорость обтекания мокрого термометра испытуемой средой, теплопроводность деталей преобразователя термометра. Скорость протекания газа желательно выбрать возможно большей, однако уже при значении ее 4 м / сек гарантируется устойчивая работа психрометра.
[1]
Психрометрическая разность является функцией не только влажности испытуемой среды, но и ряда других факторов, из которых главными являются: барометрическое давление, температура, скорость обтекания мокрого термометра испытуемой средой, теплопроводность деталей преобразователя термометра.
[2]
Психрометрическая разность зависит от влажности окружающего воздуха. Чем она ниже, тем интенсивнее происходит испарение воды со смоченной ткани, чго приводит к охлаждению термобаллона и понижению температуры мокрого термометра.
[3]
Психрометрической разности, равной нулю, соответствует положение движка в точке О. Сопротивление реохорда должно равняться половине максимальной разности сопротивлений сухого и мокрого термометров.
[4]
Психрометрической разности, равной нулю, соответствует положение движка в точке О.
[5]
С психрометрическая разность A tF – 5 06; следовательно, в данном случае имеется отклонение ЛЧ1 – Д Ф 10 – 5 06: 4 94 С.
[6]
По психрометрической разности и показанию сухого термометра, пользуясь таблицами, определяют относительную влажность воздуха. При пользовании таблицами следует учитывать, что показания прибора существенно зависят от скорости воздуха, обдувающего баллон мокрого термометра.
[7]
Величина психрометрической разности зависит также от состояния увлажняющего фитиля.
[9]
Измерение психрометрической разности температур и автоматическая компенсация температуры измеряемой среды осуществляется во вторичном приборе.
[10]
Измерение психрометрической разности температур и автоматическая компенсация температуры измеряемой среды осуществляется во вторичном приборе.
[11]
Зная психрометрическую разность и температуру сухого термометра, по таблице определяют относительную влажность ср в процентах.
[12]
Для определения психрометрической разности служил второй дифференциальный термограф, причем для характеристики влажности данных суток Briggs и Shantz брали не среднюю психрометрическую разность, а сумму психрометрических разностей для каждого часа суток начиная с шести утра до полуночи.
[13]
Таким образом, возникает отрицательная психрометрическая разность температур.
[15]
Страницы:
1
2
3
4
Для
измерения психрометрического эффекта
психрометр имеет два одинаковых
термометра, у одного из которых (мокрого),
тепловоспринимающая часть все время
остается влажной, так как соприкасается
с гигроскопическим телом, всасывающим
воду из сосуда. При испарении влаги с
увлажненной поверхности мокрого
термометра его температура понижается.
В результате между сухим и мокрым
термометрами создается разность
температур, называемая психрометрической
разностью.
Зависимость
относительной влажности ф от
психрометрической разности tС
—
tB
имеет
вид
где
рB
—
давление насыщенных паров испытуемой
среды при температуре tB
влажного
термометра; рC
—
давление насыщенных паров испытуемой
среды при температуре tC
сухого
термометра; А
—
психрометрический коэффициент, зависящий
от конструкции психрометра, скорости
обдувания влажного термометра газом и
давления газа.
Коэффициент
А
определяют
по психрометрическим таблицам,
составленным для психрометров определенных
конструкций. Наибольшее влияние на
величину А
оказывает
скорость обдувания влажного термометра.
С возрастанием скорости газового потока
А
быстро
уменьшается и при скорости больше 2,5—3
м/с практически остается постоянным. В
промышленных психрометрах предусматривают
устройства, обеспечивающие постоянную
скорость газового потока не менее 3—4
м/с. В электрических психрометрах
применяют термометры термоэлектрические,
полупроводниковые, металлические
термометры сопротивления.
Термоэлектрические
датчики изготовляют в виде термобатарей,
разделенных на две группы, одна из
которых смачивается. ЭДС, измеряемая
на выводах термобатарей, пропорциональна
психрометрической разности температур.
Большей частью
электрические психрометры снабжают
стандартными термометрами сопротивления.
На
“рис. 1 приведена принципиальная схема
электрического психрометра с термометрами
сопротивления. Измерительная часть
прибора состоит из двух мостов I
и II.
Оба моста питаются переменным током от
обмотки силового трансформатора
электронного усилителя и имеют два
общих плеча R1
и
R3.
Сухой
термометр сопротивления Rrc
включен
в плечо моста I,
мокрый RTM
—
в плечо моста II.
Мост
I
образован постоянными резисторами R1,
R2,R3,
RTC,
а
мост II
— резисторами R1,
R3,
R4
и
RTM.
Разность
потенциалов на вершинах а
и
b
диагонали
моста I
пропорциональна температуре сухого
термометра сопротивления, а разность
потенциалов на вершинах а
и с —
температуре мокрого термометра
сопротивления.
Падение
напряжения между точками b
и
с
диагонали
двойного моста пропорционально разности
температур сухого и мокрого термометров
сопротивления. Равновесие измерительной
схемы устанавливается автоматически
изменением положения движка КПР Rр,
приводимого в движение реверсивным
двигателем РД.
Одновременно
перемещается стрелка прибора.
Шкала
прибора отградуирована в единицах
измерения относительной влажности (%).
При отрицательных температурах (не
очень низких) для смачивания мокрого
термометра применяют 3 %-ный водный
раствор формальдегида.
Преимущества
психрометрического метода — достаточная
точность при положительных температурах
и незначительная инерционность;
недостатки — зависимость результатов
измерения от скорости движения газов
и колебаний атмосферного давления,
уменьшение чувствительности и рост
погрешности с понижением температуры.
Рис.
1. Схема электрического психрометра
Рис.
2. Принципиальная схема конденсационного
гигрометра точки росы
Соседние файлы в папке ЛабораторныеРаботы
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Для определения влажности воздуха значительно чаще применяются физические методы, основанные на измерении психрометрической разности температур посредством сухого и влажного термометров. Психрометры основаны на том принципе, что вода на воздухе тем легче испаряется, чем меньше в нем имеется водяных паров. Содержание в воздухе водяных паров вычисляется по эмпирической формуле [c.295]
Особенностью измерения влажности психрометрическим методом является то обстоятельство, что величина относительной влажности воздуха зависит не только от психрометрической разности температур, но и от температуры воздуха, что заставляет контролировать обе эти величины. Наиболее удобными чувствительными элементами для дистанционного измерения влажности оказываются термометры сопротивления. Имея в виду необходимость контроля двух величин, измерение влажности ведется в этом случае по схеме двойного неравновесного моста. [c.241]
Темпе- ратура воз- духа, С Психрометрические разности – сух) [c.31]
Последний состоит из основной и вспомогательной катушек, вращающие моменты которых при протекании тока направлены противоположно друг другу. Как основная, так и вспомогательная катушки работают под взаимодействием уравнительных токов соответствующих мостиков (фиг. 15). Сила тока в главном мостике пропорциональна психрометрической разности (Г—Т), а сила тока во вспомогательной катушке мостика должна быть пропорциональна (Л + Г — Последнее может быть достигнуто помещением в цепь вспомогательного мости- [c.53]
Примечание. В психрометрических таблицах курсивом показаны данные психрометрической разности , т. е. разности между показаниями влажного и сухого термометров. [c.58]
Расчетная разность температур определялась как среднелогарифмическая от психрометрической разности температур в фонтанирующем слое, а поверхность теплообмена Р — как [c.45]
При омывании испытуемым газом тепловоспринимающей части мокрого термометра вода испаряется. Так как на испарение воды с поверхности термометра затрачивается тепло, то температура термометра понижается. В результате получается разность температур между сухим и мокрым термометрами. По этой разности температур, называемой психрометрической разностью, относительная влажность газа определяется по специальным номограммам или психрометрическим таблицам. Следует учитывать, что при малых скоростях испытуемого газа получаются сравнительно большие ошибки при определении влажности. В этом случае надо пользоваться специальными таблицами поправок. [c.525]
Средняя психрометрическая разность температур 1,8-20 В1, = 1,895 – юЗ Не Х В1 =0,238.10 Не х = 250-720 <1 Л -2,4—2 – =(2,1-26)10-3 [c.95]
Когда большое количество поверхностной влаги удаляется из высушиваемого материала и температура твердой фазы неизвестна, хорошим приближением к величине Д/ср будет средняя логарифмическая разность между психрометрическими разностями сушильного агента (воздуха) на входе и выходе из сушилки. [c.248]
Психрометр (рис. 44,а) состоит из двух манометрических (или других) термометров сухого 4 и мокрого Термобаллон мокрого термометра обернут фитилем, конец которого опущен в сосуд с водой 1. При уменьшении относительной влажности ф испарение влаги на фитиле становится более интенсивным, что приводит к снижению температуры (и соответственно давления) в термобаллоне /м-Психрометрическая разность температур /с — (и давлений) вызывает перемещение вправо стрелки 2, которая преодолевает усилие пружины 3. [c.89]
Относительная влажность (в %) при психрометрической разности, [c.90]
Измерение влажности психрометрическим методом при низких температурах требует повышенной точности определения психрометрической разности, так как даже небольшая погрешность приводит к серьезным ошибкам в величине влажности. Так, при температуре —10° С погрешность в измерении психрометрической разности в 0,2° влечет за собой ошибку в величине относительной влажности на 5%. Кроме того, при отрицательных температурах вода на мокром термометре замерзает. Это не препятствует измерению психрометром как местным прибором, поскольку в расчет может быть принято давление пара над льдом. Для дистанционного измерения замерзание воды создает большие трудности, так как практически невозможно постоянно обновлять слой льда на мокром термометре. В связи с этим психрометрический метод дистанционного измерения влажности находит применение лишь при положительных температурах. [c.241]
Ко эффициент теплоотдачи определялся расчетным путем по количеству испаренной влаги и расходу тепла на нагрев материала от начальной температуры мокрого термометра. Причем в расчетных уравнениях температурный напор определялся как среднелогарифмическая психрометрическая разность для воздуха перед входом и после выхода из слоя. [c.59]
Область применения этих элементов из-за замерзания воды практически ограничена плюсовыми температурами. Кроме того, относительная влажность зависит не только от психрометрической разности температур, но и от температуры воздуха. Поэтому для точного регулирования влажности психрометрическим методом необходимо вводить корректирующее устройство, которое компенсировало бы изменения температуры воздуха. Это усложняет конструкцию прибора. [c.162]
Температура воздуха t, °С Психрометрическая разность ( —< ) [c.247]
Работа СВ как теплообменного аппарата оценивалась коэффициентом эффективности теплообмена Е , который характеризует отношение конечной психрометрической разности температур газа, достигнутой в условиях охлаждения, к начальной психрометрической разности [c.52]
Температура возд а Ь, Психрометрическая разность (1- -м [c.255]
По показаниям сухого термометра и психрометрической разности М = сух мокр можно В специальных таблицах найти величину относительной влажности. [c.91]
Таким образом, по психрометрической разности можно судить о влажности воздуха. [c.17]
Слой материала после определенного времени сушки взвешивался. По количеству испаренной влаги и расходу тепла на нагрев материала от начальной температуры до температуры мокрого термометра определялся коэффициент теплообмена. За температурный напор Ас принималась среднелогарифмическая психрометрическая разность для воздуха до и после слоя материала. [c.199]
Чаще всего влажность воздуха определяют по показаниям сухого и мокрого термометров, не продувая воздух около шарика термометра с большой скоростью. Поэтому необходимо или вносить поправку на показания мокрого термометра, или пользоваться эмпирическими формулами, которые дают возможность непосредственно определить влажность по наблюдаемой психрометрической разности ( — [c.379]
В результате этого показания влажного термометра всегда ниже показаний сухого термометра, показывающего температуру помещения. Чем суше воздух, омывающий влажный термометр, тем интенсивнее испарение, тем больше разница в показаниях влажного и сухого термометров. Наоборот, для влажного воздуха разница между показаниями термометров меньше и при насыщенном воздухе показания обоих термометров одинаковы. Разность в показаниях сухого и влажного термометров, так называемая психрометрическая разность, является критерием степени насыщения воздуха водяными парами. По этой разности, пользуясь психрометрической таблицей (см. Прилож. 12, стр. 316—317), определяется относительная влажность. [c.262]
В таблице приведены влажность воздуха и точка росы для различных значений разности М65КДУ показаниями влажного и сухого термометров ( психрометрическая разность ) при данной температуре. [c.28]
Например, при отсутствии движения воздуха он вносит искажения, поэтому, как правило, применяется в условиях вынужденной конвекции. В условиях естественной конвекции предпочтительнее пользоваться термогигрометром. В термопсихрометре применены тонкие дифференциальные термопары (фиг. 10-11), служащие для измерения температуры поверхности (термопара /), температуры воздуха 2 и психрометрической разности температур 3 я 2. [c.391]
Стандартные режимы сушки (режимы по Руководящим материалам по камерной сушке пиломатериалов сходны со стандартными) регламентируют параметры сушильного агента, изменяющиеся по ходу процесса в зависимости от вдажности древесины. Все стандартные режимы обеспечивают бездефектную сушку пиломатериалов. Основными параметрами сушильного агента, характеризующими режим сушки, являются его температура t, степень насыщения ф и психрометрическая разность А< = —где /м — температура смоченного термометра психрометра. [c.98]
Температура воздуха легко и достаточно точно может быть измерена термометрами или термопарами. Определив влажность воздуха и зная температуру, аналитически или с помощью d–I 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 tм ≤ t. Устройство простейшего психрометра Августа показано на рис. 1.
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 (t – tм) 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:
I = 1,0·t + 1,89·t·d + 2500·d,
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 d–l 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·(dн – d)·tм, где dн – влагосодержание насыщенного воздуха, a d – влагосодержание ненасыщенного воздуха. Из-за малости величины 4,19·(dн – d)·tм 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 (t – tм) 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 (t – tм) 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 t‘м будут несколько завышены в сравнении с истинной температурой tм. По данным Каррье, при нулевой скорости воздуха ошибка в определении (t – tм) 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 (t – tм) 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.
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 d–I 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 d–l 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 d–I 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.