Измерение относительной влажности воздуха психрометрическим методом при помощи МК
Если погуглить по фразе “измерение влажности при помощи микроконтроллера“, то поисковая система предложит вам использовать специальные датчики для измерения влажности – SHT21, DHT11 (DHT12, DHT21), BME280. HR202L (HR31), HTU21D и так далее.
Зачастую эти датчики работают по шине I2C, и подключить их можно не более 1-2 штук к одному микроконтроллеру (например, BME280 и SHT21). Датчики семейства DHT требуют отдельный вывод микроконтроллера каждому датчику, да и точность их не велика. Точность датчиков BME280 выше чем у DHT11, но подключить их можно всего 2 .
Но что делать если необходимо измерять влажность сразу в нескольких точках одновременно. да ещё и с достаточно высокой точностью? Что делать если точки измерения разнесены на значительные расстояния? Выход – использовать датчики температуры DS1820, для которых есть и герметичное исполнение для измерения температуры жидкости.
Часть датчиков будет измерять температуру воздуха, другая часть температуру воды. расчеты будет проводить микроконтроллер, благо они не сложные. А теперь собственно к алгоритму измерения влажности.
Что бы измерить относительную влажность в процентах необходимо использовать формулу
где е – парциальное давление водяного пара,
Ec(t) – давление насыщенного водяного пара. при температуре t (температура сухого термометра).
Что бы измерить парциальное давление пара, необходимо использовать формулу
где Ec(t') – давление насыщенного водяного пара. при температуре t (температура влажного термометра),
А – психрометрический коэффиицент: 0,795е-6 при естественном движении воздуха или 0,662е-6 при принудительном обдуве 2 м/с,
р – общее давление парогазовой смеси в гПа,
t – температура сухого термометра,
t' – температура влажного термометра,
а – еще один коэффициент равный 0,00115 (в подробности вдаваться не буду).
Температуру мы замерили, коэффициенты есть, необходимо вычислить давление насыщенного водяного пара, вычислить два раза, для сухого и влажного термометров. Это можно сделать по этой формуле (которую я не буду использовать, потому и не буду рассматривать её подробнее)
или по упрощенной, но менее точной формуле
где Е0=6,1121 гПа,
а = 17,5043
в = 241,2
t – температура (воды или воздуха, смотря в какую формулу вы собрались подставлять вычисленное значение)
Эту формулу я и буду использовать.
Сразу возникает вопрос насколько точна упрощенная формула. Ответ выражен в виде графика.
В пределах от 0 до 54 градусов по Цельсию погрешность примерно равна 0,1%, затем она начинает возрастать и при температуре 80 градусов составляет 1%, что все же выше точности датчика DHT11.
Я проверил эти формулы при помощи программы SMathStudio и получил достоверные, совпадающие с психрометрическими таблицами результаты.
Теперь собственно перейдем к программе для МК.
Я специально не добавил в программу функции измерения температуры, так же закоментировал все выводы в serial port и задержки, для того что бы проверить, какой размер занимает скомпилированная программа.
Несмотря на то, что программа была написана в ArduinoIDE, который не отличается бережным использованием памяти МК, размер скомпилированной программы составил всего 444 байт и 9 байт под переменные.
Полный код программы для ArduinoIDE привожу ниже.
int Tc = 30; //температура сухого термометра
int Tv = 25; //температура влажного термометра void setup() {
// Serial.begin(9600);
} void loop() {
// Serial.print(“Tc=”);
// Serial.println(Tc);
// Serial.print(“Tcv=”);
// Serial.println(Tv);
/// Serial.print(“HR=”); float Hum=HR(Tc, Tv);
// Serial.println(Hum);
//delay(1000);
} float HR(float Tc, float Tv)
{ float Ec = E(Tc); float Ev = E(Tv); float e1 = Ev – 0.7945 * (Tc – Tv); float HR = 100.0 * (e1 / Ec); return HR;
} float E(float T)
{ float E = 6.1121 * exp((17.5043 * T) / (241.2 + T)); return E;
}
Для того, чтобы увидеть результат работы программы в терминале уберите комментарии.
Поскольку давление насыщенного водяного пара необходимо вычислить два раза, для сухого и влажного термометров, то это формулу я вывел в отдельную функцию. Измерение давления здесь не производится и установлено давление воздуха 1000 гПа.
P.S. Что можно измерить ещё двумя термометрами? Поскольку мы уже научились вычислять влажность воздуха, то можно так же вычислить точку росы по формулам
и индекс жары по формуле (которая тоже является упрощенной формулой, подробнее смотрите на https://en.wikipedia.org/wiki/Heat_index )
где T и Air temperature – температура воздуха (формулу рисовал не я, не знаю почему так отделили),
Н – относительная влажность в процентах.
Эти формулы я так же проверил в программе SMathStudio, и они так же выдали достоверные результаты.
И наконец стоит рассказать о недостатке такого способа измерения влажности – необходимо постоянно доливать воду в колбу с влажным термометром.
Надеюсь эта короткая заметка будет вам полезна как начинающим, так и более опытным радиолюбителям.
Источник: http://cxem.net/beginner/beginner157.php
Инфофиз – мой мир..
Лабораторная работа № 4
Тема: «ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА.»
Цель: освоить прием определения относительной влажности воздуха, основанный на использовании психрометра..
Оборудование: 1. Психрометр.
Теория.
В атмосферном воздухе всегда присутствуют пары воды, которая испаряется с поверхности морей, рек, океанов и т.п.
Воздух, содержащий водяной пар, называютвлажным.
Влажность воздуха оказывает огромное влияние на многие процессы на Земле :на развитие флоры и фауны, на урожай сельхоз. культур, на продуктивность животноводства и т.д.
Влажность воздуха имеет большое значение для здоровья людей, т.к. от неё зависит теплообмен организма человека с окружающей средой.
При низкой влажности происходит быстрое испарение с поверхности и высыхание слизистой оболочки носа, гортани, что приводит к ухудшению состояния.
Значит, влажность воздуха надо уметь измерять. Для количественной оценки влажности воздуха используют понятия абсолютной и относительной влажности.
Абсолютная влажность – величина, показывающая, какая масса паров воды находится в 1 м³ воздуха (т.е. это плотность водяного пара). Она равна парциальному давлению пара при данной температуре.
Парциальное давление пара – это давление, которое оказывал бы водяной пар, находящийся в воздухе , если бы все остальные газы отсутствовали.
Относительная влажность воздуха – это величина, показывающая, как далек пар от насыщения. Это отношение парциального давления p водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению насыщенного пара p0 при той же температуре, выраженное в процентах:
Если воздух не содержит паров воды, то его абсолютная и относительная влажность равны 0. Предельное значение относительной влажности – 100%. Нормальной для человеческого организма считается влажность 60%.
Для измерения влажности воздуха используют приборы гигрометры и психрометры.
1. Конденсационный гигрометр. Состоит из укрепленной на подставке металлической круглой коробочки с отполированной плоской поверхностью. В коробочке сверху имеются два отверстия. Через одно из них в коробочку наливают эфир и вставляют термометр, а другое соединяют с резиновой грушей. Действие конденсационного гигрометра основано на определении точки росы.
Точка росы – это температура, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным.
Продувают воздух через эфир (с помощью резиновой груши), при этом эфир быстро испаряется и охлаждает коробочку. Слой водяного пара, находящийся вблизи поверхности коробочки, благодаря теплообмену тоже станет охлаждаться.
При определенной температуре этот водяной пар начнет конденсироваться и на отполированной поверхности коробочки появляются капельки воды (роса). По термометру определяют эту температуру, это и будет точка росы.
В таблице «Давление насыщенных паров и их плотность при различных температурах» по точке росы находят абсолютную влажность – соответствующую этой температуре плотность паров или их давление.
Давление насыщенных паров и их плотность при различных температурах
| t, 0С | р, Па | ρ*10-3, кг/м3 | t, 0С | р, Па | ρ*10-3, кг/м3 | t, 0С | р, Па | ρ*10-3, кг/м3 |
| – 5 | 401 | 3,24 | 6 | 933 | 7,30 | 17 | 1933 | 14,5 |
| – 4 | 437 | 3,51 | 7 | 1000 | 7,80 | 18 | 2066 | 15,4 |
| – 3 | 476 | 3,81 | 8 | 1066 | 8,30 | 19 | 2199 | 16,3 |
| – 2 | 517 | 4,13 | 9 | 1146 | 8,80 | 20 | 2333 | 17,3 |
| – 1 | 563 | 4,47 | 10 | 1226 | 9,40 | 21 | 2493 | 18,8 |
| 613 | 4,80 | 11 | 1306 | 10,0 | 22 | 2639 | 19,4 | |
| 1 | 653 | 5,20 | 12 | 1399 | 10,7 | 23 | 2813 | 20,6 |
| 2 | 706 | 5,60 | 13 | 1492 | 11,4 | 24 | 2986 | 21,8 |
| 3 | 760 | 6,00 | 14 | 1599 | 12,1 | 25 | 3173 | 23,0 |
| 4 | 813 | 6,40 | 15 | 1706 | 12,8 | 26 | 3359 | 24,4 |
| 5 | 880 | 6,80 | 16 | 1813 | 13,6 | 27 | 3559 | 25,8 |
Чтобы найти относительную влажность, надо давление насыщенного пара при температуре точки росы разделить на давление насыщенного пара при температуре окружающего воздуха и умножить на 100%.
2. Волосной гигрометр. Его работа основана на том, что обезжиренный человеческий волос при увеличении влажности воздуха удлиняется, а при уменьшении влажности укорачивается.
Волос оборачивают вокруг легкого блока, прикрепив один конец к раме, а к другому подвешивают груз. При изменении длины волоса указатель (стрелка), прикрепленный к блоку, будет двигаться, перемещаясь по шкале.
Шкалу градуируют по эталонному прибору.
3. Психрометр. (от греч «психриа» – холод). Состоит из двух одинаковых термометров. Резервуар одного из них обернут марлей, опущенной в сосуд с водой. Вода смачивает марлю на резервуаре термометра и при её испарении он охлаждается. По разности температур сухого и влажного термометров по психрометрической таблице определяют влажность воздуха.
Ход работы.
Задание 1. Измеритьвлажность воздуха с помощью психрометра.
- Подготовить таблицу для записи результатов измерений и вычислений:
| № опыта | tсухого, 0С | tвлажного, 0С | Δt, 0С | φ, % |
| 1 |
- Рассмотреть устройство психрометра.
- По показаниям сухого термометра измерить температуру воздуха tсухого в помещении.
- Записать показания термометра, резервуар которого обмотан марлей tвлажного
- Вычислить разность показаний термометров Δt = tсухого – tвлажного
- По психрометрической таблице определить влажность воздуха φ
- Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.
- Сделайте вывод о том, нормальная ли влажность воздуха в помещении.
- Ответьте на контрольные вопросы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
- Почему при продувании воздуха через эфир, на полированной поверхности стенки камеры гигрометра появляется роса? В какой момент появляется роса?
- Почему показания «влажного» термометра меньше показаний «сухого» термометра?
- Могут ли в ходе опытов температуры «сухого» и «влажного» термометров оказаться одинаковыми?
- При каком условии разности показаний термометров наибольшая?
- Может ли температура «влажного» термометра оказаться выше температуры «сухого» термометра?
- Сухой и влажный термометр психрометра показывают одну и ту же температуру. Какова относительная влажность воздуха?
- Каким может быть предельное значение относительной влажности воздуха?
Психрометрическая таблица.
| tсухого,0С | Разность показаний сухого и влажного термометров | |||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | ||
| 5 | 100 | 86 | 72 | 58 | 45 | 32 | 19 | 6 | ||||
| 6 | 100 | 86 | 73 | 60 | 47 | 35 | 23 | 10 | ||||
| 7 | 100 | 87 | 74 | 61 | 49 | 37 | 26 | 14 | ||||
| 8 | 100 | 87 | 75 | 63 | 51 | 40 | 28 | 18 | ||||
| 9 | 100 | 88 | 76 | 64 | 53 | 42 | 31 | 21 | ||||
| 10 | 100 | 88 | 76 | 65 | 54 | 44 | 34 | 24 | 14 | 4 | ||
| 11 | 100 | 88 | 77 | 66 | 56 | 46 | 36 | 26 | 17 | 8 | ||
| 12 | 100 | 89 | 78 | 68 | 57 | 48 | 38 | 29 | 20 | 11 | ||
| 13 | 100 | 89 | 79 | 69 | 59 | 49 | 40 | 31 | 23 | 14 | 6 | |
| 14 | 100 | 90 | 79 | 70 | 60 | 51 | 42 | 33 | 25 | 17 | 9 | |
| 15 | 100 | 90 | 80 | 71 | 61 | 52 | 44 | 36 | 27 | 20 | 12 | 5 |
| 16 | 100 | 90 | 81 | 71 | 62 | 54 | 45 | 37 | 30 | 22 | 15 | 8 |
| 17 | 100 | 90 | 81 | 72 | 64 | 55 | 47 | 39 | 32 | 24 | 17 | 10 |
| 18 | 100 | 91 | 82 | 73 | 64 | 56 | 48 | 41 | 34 | 26 | 20 | 13 |
| 19 | 100 | 91 | 82 | 74 | 65 | 58 | 50 | 43 | 35 | 29 | 22 | 15 |
| 20 | 100 | 91 | 83 | 74 | 66 | 59 | 51 | 44 | 37 | 30 | 24 | 18 |
| 21 | 100 | 91 | 83 | 75 | 67 | 60 | 52 | 46 | 39 | 32 | 26 | 20 |
| 22 | 100 | 92 | 83 | 76 | 68 | 61 | 54 | 47 | 40 | 34 | 28 | 22 |
| 23 | 100 | 92 | 84 | 76 | 69 | 61 | 55 | 48 | 42 | 36 | 30 | 24 |
| 24 | 100 | 92 | 84 | 77 | 69 | 62 | 56 | 49 | 43 | 37 | 31 | 26 |
| 25 | 100 | 92 | 84 | 77 | 70 | 63 | 57 | 50 | 44 | 38 | 33 | 27 |
| 26 | 100 | 92 | 85 | 78 | 71 | 64 | 58 | 51 | 45 | 40 | 34 | 29 |
| 27 | 100 | 92 | 85 | 78 | 71 | 65 | 59 | 52 | 47 | 41 | 36 | 30 |
| 28 | 100 | 93 | 85 | 78 | 72 | 65 | 59 | 53 | 48 | 42 | 37 | 32 |
Вариант выполнения работы.
Показания сухого термометра 24 0С.
Показания влажного термометра 21 0С.
Источник: http://infofiz.ru/index.php/mirfiziki/lkf/166-lr46
Измерение влажности воздуха
На станциях используются два метода измерения влажности воздуха: психрометрический метод в теплый период года и гигрометрический – в холодный.
Основным методом для определения влажности воздуха является психрометрический метод (психрос – холодный) основанный на измерении температуры воздуха и температуры смоченного водой термометра –температуры динамического равновесия между затратами тепла на испарение со смоченной поверхности и притоком тепла к термометру от окружающей среды.
Испарение и понижение температуры будут тем больше, чем больше дефицит насыщения пара при прочих равных условиях. Парциальное давление пара можно получить решением уравнения Дальтона в виде:
е = Е' – Ар (t – t') • (1 + 0,00115 • t'), гПа (13)
где Е' – парциальное давление водяного пара, насыщающего пространство, при температуре смоченного термометра t'; р – атмосферное давление, гПа;
t и t' – соответственно температура сухого и смоченного термометров, °С; (1 + 0,00115 • t') – учитывает зависимость теплоты испарения от температуры; А – психрометрический коэффициент, учитывающий скорость движения воздуха.
Для станционного психрометра А = 0,0008, а для аспирационного – А = 0,00066;
На практике е, Е' относительная и абсолютная влажность воздуха определяются по специальным психрометрическим таблицам.
Психрометрические таблицы содержат 7 таблиц. Основной является таблица 2, рассчитанная по психрометрической формуле (13). Она состоит из колонок для определения температур (t) через 0,1°С. Колонка состоит из пяти столбцов чисел.
Первый столбец – значения температур смоченного термометра (t'), остальные – вычисленные для «воды» или «льда» значения td, e, f, d.
Таблица рассчитана для давления атмосферы Р=1000 гПа, поправки (Δе) к значениям парциального давления (е) на истинное давление атмосферы приведены в таблицах 3а, 3б, 3в (для станционного психрометра) и 4а, 4б, 4в (для аспирационного психрометра): если P < 1000, то +Δe, а если P > 1000, то –Δe.
Приборы, которые измеряют влажность психрометрическим методом, называются психрометрами.
Станционный психрометр (рис. 24)состоит из двух одинаковых ртутных психрометрических термометров ТМ-4, укрепленных в вертикальном положении на штативе в жалюзийной будке. Левый термометр служит для измерения температуры воздуха.
Резервуар правого термометра обвернут в один слой батистом, конец которого опущен в стаканчик с дистиллированной водой. Батист, впитывая воду, непрерывно смачивает резервуар правого термометра. По этой причине правый термометр называется смоченным.
Для измерения влажности воздуха психрометр используется главным образом при положительной температуре.
Рис. 24 Психрометр станционный. Подвязка батиста на термометр:
а – при положительной температуре, б – при отрицательной температуре
При положительной температуре,при подвязывании батиста его края на резервуарене должнызаходить друг на другаболее чем на ¼ окружности резервуара.
Нитку под шариком термометра затягивают не слишком туго, чтобы не нарушать тягу воды батистом.
Стаканчик должен быть ниже резервуара смоченного термометра на 2-3 см, чтобы края стаканчика не мешали свободному обмену воздуха.
При отрицательной температуре до -10°С следующий порядок наблюдений:
· Стакан с водой находится в помещении.
· Конец батиста обрезаетсянепосредственно под шариком термометра на 3-5 мм ниже резервуара,а обвязка батиста под резервуаром смоченного термометра плотно затягивается.
· За полчаса до наблюдений, резервуар смоченного термометра, обернутый батистом, погружают в стаканчик с водой комнатной температуры и держат его, пока температура смоченного термометра повысится до +2° ÷ +3°С. После этого, стаканчик убирают и снимают каплю воды с конца батиста.
· Через полчаса делается отсчет.
· При этом важно отметить состояние воды на батисте: покрыт ли он переохлажденной водой или корочкой льда.
· Для определения фазы воды на батисте необходимо кончиком карандаша коснуться батиста и наблюдать за показанием смоченного термометра; если температура не изменилась – на батисте – лед, повысилась – вода.
· Показания смоченного термометра отсчитывают вслед за отсчетом температуры воздуха по сухому термометру.
Аспирационный психрометр (рис. 25) очень удобен для измерения влажности воздуха в полевых условиях и среди растений.
| Рис. 25. Аспирационный психрометр. 1- сухой термометр; 2 – смоченный термометр; 3 – трубка с тройником; 4 – планочная защита; 5, 6 – защитные трубки; 7 – аспиратор; 8 – заводной ключ; 9, 10 – пластмассовые втулки; 10 – батист; 11, 12- внутренние трубки; 13 – крюк; 14 – резиновая груша; 16 – зажим; 18 – ветровая защита. По принципу действия он аналогичен станционному психрометру. |
Аспирационный психрометр состоит из двух одинаковых ртутных термометра 1, 2, укрепленных в металлической оправе, состоящей из трубки с тройником 3 и планочных защит 4. Верхний конец трубки 3 соединен с головкой аспиратора 7.
Головка состоит из пружинного механизма и вентилятора, создающего ток воздуха через трубки 3 и 11, 12 около резервуаров термометров. Пружина заводного механизма заводится ключом 8. В результате работы аспиратора вокруг резервуаров термометров создается постоянный ток воздуха со скоростью 2 м/с.
Для исключения влияния ветра (более 4 м/с) на аспиратор надевают с наветренной стороны ветровую защиту 18.
Резервуар правого термометра 2 являющимся смоченным обернут батистом 10, коротко срезанным под резервуаром. Все металлические поверхности никелированы, что обеспечивает отражение падающих на них солнечных лучей, исключая нагрев корпуса.
Для смачивания батиста пользуются резиновой грушей со стеклянной пипеткой и зажимом 15, 16.
После этого заводят пружинный механизм аспиратора и устанавливают психрометр на место с помощью специального крюка 15 так, чтобы резервуары термометров находились на высоте 2-х метров над поверхностью земли.
По истечении 4-5 мин берут отсчёты по сухому и смоченному термометрам, сначала десятые доли, а затем целые градусы. Зимой психрометр устанавливают за 30 мин, а летом за 15 мин до начала измерений.
Дополнительным методом определения влажности воздуха является сорбционный метод или гигрометрический метод (гигро – влажный), основанный на изменении длины чувствительного элемента (обезжиренный человеческий волос и различные органические пленки) при изменении влажности.
ВОЛОСНОЙ ГИГРОМЕТР.
Волосной гигрометр (рис. 26) применяется для определения относительной влажности воздуха. При температуре воздуха ниже —10°С он является основным прибором для наблюдений за влажностью воздуха.
Рис. 26. Волосной гигрометр.
Устройство. Приемной частью гигрометра служит обезжиренный человеческий волос 1, натянутый на металлическую раму 2. Один конец его закреплен в нижней части регулировочного винта 3, другой — в отверстии металлической дужки 5, насаженной на стержень 6, зажатый винтом 9.
Стержень 6 и стрелка 8 укреплены на одной оси 11. Поэтому изменение длины волоса в результате изменения влажности воздуха вызывает поворот, стрелки вокруг оси и смещение ее свободного конца по шкале 10 с делениями от 0 до 100%. Цена деления равна 1% относительной влажности.
Волос поддерживается в натянутом состоянии грузиком 7, которым заканчивается стержень 6.
Волосной гигрометр устанавливают в психрометрической будке между сухим и смоченным термометрами.
Волосной гигрометр — относительный прибор. Поэтому в его показания вводят поправку, которую получают путем сравнения показаний гигрометра с показаниями психрометра.
Для определения поправки строят график по ежедневным отсчетам психрометра и волосного гигрометра в течение одного месяца до наступления морозов: по оси абсцисс откладывают относительную влажность по гигрометру, по оси ординат — относительную влажность по психрометру (рис. 27).
Рис. 27. График для сравнения гигрометра и психрометра.
Если наблюдения и состояние гигрометра были удовлетворительными, то все точки, соответствующие влажности воздуха по психрометру и гигрометру, располагаются узкой полосой, идущей под углом, близким к 45° к осям координат, через которые проводят плавную линию зависимости.
Исправленные значения влажности воздуха находят по графику, пользуясь линией зависимости, или по таблице, составленной на основании данных, снятых с графика (такая таблица дана с правой стороны рис. 27).
Показания гигрометра в этой таблице даны в левой графе (десятки) и верхней горизонтальной строке (единицы). Исправленное значение влажности воздуха определяется на пересечении десятков и единиц влажности воздуха по гигрометру. Допустим, отсчет по гигрометру составляет 75%.
Исправленное значение относительной влажности воздуха (по таблице) будет 73%.
Гигрограф(рис. 28) применяется для непрерывной регистрации относительной влажности воздуха. Гигрографы изготавливаются двух видов: волосные (чувствительный элемент – человеческий волос) и пленочные (чувствительный элемент – органическая пленка). Гигрографы могут быть с суточным и недельным заводом.
Приемником волосного гигрографа является пучок обезжиренных волос (30-40 штук), натянутых между стойками (3). Укорачивание или удлинение этого пучка передается стрелке (6) с пером на конце, которое чертит на ленте, навернутой на барабан с часовым механизмом (1), кривую относительной влажности воздуха.
| Рис. 28. Гигрограф: 1 – барабан, 2 – зажимная пружина, 3 – пучок волос, 4 – криволинейный рычаг, 5 – грузик, 6 – стрелка с пером |
Гигрограф является относительным прибором, поэтому его показания необходимо сравнивать с показаниями психрометра. Для этого во время отсчета по психрометру делают засечки времени на ленте гигрографа легким подъемом пера.
Обработка ленты производится графическим методом по отсчетам гигрографа и данным психрометра, аналогично тому, как это делается для определения поправок волосного гигрометра.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
Источник: https://megalektsii.ru/s35673t6.html
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Cтраница 2
| Высверленные керны.| Механизм для высверливания кернов. [16] |
Психрометрический метод определения влажности газов основан на разности показаний температур сухого и увлажненного термометров. Сухой термометр показывает температуру окружающего ненасыщенного газа, а мокрый термометр, помещенный в той же среде, показывает меньшую температуру, так как с его поверхности происходит испарение воды, связанное с расходом тепла. [17]
Психрометрический метод определения влажности воздуха основан на зависимости разности показаний сухого и мокрого термометров психрометра от степени насыщения воздуха водяными парами. [18]
| Относительная влажность воздуха. [19] |
Психрометрический метод определения влажности воздуха основан на измерении разности температур сухого и влажного термометров при помощи психрометров Августа и Асмана. Психрометр Августа состоит из двух одинаковых ртутных термометров с ценой деления 0 2 С, укрепленных рядом.
Ртутный резервуар одного из них плотно обернут кусочком батиста или марли, опущенным в сосуд с чистой водой. С поверхности ткани вода испаряется тем легче, чем меньше в воздухе влаги.
По разности показаний двух термометров находят относительную влажность воздуха, используя психрометрические таблицы, прилагаемые к прибору. [20]
| Волосяной гигрометр. [21] |
Психрометрический метод определения относительной влажности воздуха является наиболее простым и надежным. Он основан на зависимости испарения воды от влажности воздуха. [22]
Используютпсихрометрический метод, основанный на измерении температур двумя термометрами – сухим и влажным. Влажный термометр находится в термодинамическом равновесии с окружающей средой. Испарение с поверхности влажного термометра происходит тем интенсивнее, чем ниже влажность окружающего воздуха. Разность показаний термометров зависит, следовательно, от значения влажности воздуха. [23]
Однакопсихрометрический метод находит применение и для дистанционного измерения относительной влажности воздуха. В этом случае в качестве сухого и мокрого термометров психрометра используются любые термометры для дистанционного измерения температуры, например, ртутные контактные термометры, различные термометры сопротивления. [24]
| Схема включения логометра. [25] |
Сущностьпсихрометрического метода основана на использовании для расчетов показаний двух одинаковых термометров, и. [26]
Основойпсихрометрического метода является зависимость между упругостью водяного пэра е и показаниями сухого ( tc) и мокрого ( м) термометров. [27]
Припсихрометрическом методе определяют относительную влажность газа. [28]
К преимуществампсихрометрического метода следует отнести достаточно высокую точность и чувствительность при температурах выше 0 С. К недостаткам метода относится уменьшение чувствительности и точности при низких температурах, а также погрешность, связанная с непостоянством психрометрической постоянной А. [30]
Страницы: 1 2 3 4
Источник: http://www.ngpedia.ru/id148957p2.html
Как определить уровень влажности с помощью психрометра
6 137
Уровень влажности воздуха окружающей среды может влиять не только на самочувствие человека, но и также на состояние бытовой техники, мебели и продуктов. Количество влаги в воздухе зависит от особенностей климата региона или техногенных факторов.
Нормой для здорового человека считается влажность воздуха от 30 до 60 %. Чтобы создать оптимальный микроклимат в помещении используют специальные увлажнители или осушители, а также кондиционеры с функциями автоматического контроля уровня влаги.
Методы определения влажности воздуха
Используют специальные приборы для измерения:
Гигрометр – один из измерительных приборов, благодаря которому можно определить уровень влажности.
Есть несколько типов гигрометров:
- волосной;
- весовой;
- конденсационный;
- электронный;
- электролитический;
- пленочный;
- керамический.
Каждый из приспособлений имеет особенный принцип работы. Например, конструкцию волосного гигрометра составляет система U – образных трубок. Они наполнены специальным веществом, которое поглощает водяной пар. С помощью насоса через эту систему подают воздух и определяют его влажность.
Наиболее точным измерителем считается конденсационный гигрометр. Он измеряет количество конденсата, который образуется на стеклянной поверхности после воздействия на нее солнечного луча. Погрешность при работе такого устройства очень низкая.
Психрометр – еще один из измерителей влажности воздуха окружающей среды.
Виды психрометров:
- психрометр Августа (станционный);
- психрометр Ассмана (аспирационный);
- дистанционный психрометр.
Психрометр Августа — один из наиболее известных приборов для измерения влажности. Строение этой конструкции достаточно несложное. Конструкция психрометра состоит из прикрепленных на одном штативе двух одинаковых термометров. Один из них называется сухим, он показывает температуру в помещении.
Второй термометр называют влажным или смоченным. Конец этого термометра в виде чехла обматывают батистовой тканью или марлей, конец которой опускают в резервуар с водой, находящийся на тыльной стороне конструкции психрометра.
Вода с кусочка ткани испаряется, из-за чего температура на влажном термометре снижается до момента, пока термометр не начнет показывать температуру, при которой пар становится насыщенным. В такой момент показываемые на влажном термометре данные будут представлять показатели реальной температуры окружающей среды.
Определения влажности воздуха в определенном помещении с помощью психрометра занимает немного времени. Для этого устройство помещают в место, изолированное от попадания солнечных лучей и посторонних тепловых воздействий на 10 – 15 минут, после чего записывают результаты измерения каждого из термометров прибора.
Шкала термометра поделена от — 25˚ до + 50˚ на интервалы в 0,2 градуса.
Как пользоваться психрометрической таблицей
Для определения уровня влажности на основании данных психрометра нужна специальная психометрическая таблица. В первом столбце таблицы в ˚С показано температуру сухого термометра. В первой строке – разницу между показателями температур обеих термометров. Относительная влажность воздуха вычисляется на пересечении результата первого столбца и первой строки психометрической таблицы.
В чем плюсы и минусы психрометра?
Главным преимуществом психрометра есть его несложное строение. Соответственно, определение влажности воздуха с помощью психрометра намного проще по сравнению с другими измерительными приспособлениями. Плюс ко всему, в изготовлении он гораздо более дешевый, чем любой другой прибор.
Но кроме положительных сторон, у психрометра есть и недостатки. На показания этого измерительного инструмента очень влияет движение окружающего воздуха.
То есть, чем выше будет скорость движения воздуха в месте измерения, тем больше будет разница в окончательном результате обеих термометров психрометра.
Эту погрешность было исправлено в психрометре аспирационного типа или, как его еще называют, психрометре Ассмана.
В чем особенность психрометра ассмана?
Психрометр Ассмана – это гораздо сложнее и более надежное устройство для измерения влажности воздуха.
Оба термометра конструкции находятся нижними концами в специальном металлическом корпусе, который защищает их от попадания солнечных лучей, тепловых воздействий, а также от различных повреждений.
Воздух движется с постоянной скоростью благодаря работе вентилятора. Этот вентилятор, еще известный как аспиратор, обдувает термометры со скоростью 2 м/сек.
Определение влажности с помощью этого психрометра: прибор подвешивают в месте исследования на высоте 1,5 м от пола; результаты получают через 10 – 15 минут зимой и через 4 – 5 минут в летнее время.
Общим для психрометра Августа и психрометра Ассмана является то, что в конструкции обеих есть стеклянно – ртутные термометры. Минус этих приспособлений – их хрупкость и, соответственно, отсутствие возможности проводить измерения дистанционно.
Чем отличается дистанционный психрометр от остальных приборов
Дистанционный психрометр – это еще один экземпляр приспособления для измерения влажности. В конструкции этого измерительного приспособления используют такие электронные приборы как термометр сопротивления или терморезисторы.
Основные типы дистанционных психрометров:
- манометрические;
- электрические.
Манометрический психрометр составляет один или два термометра манометрического типа. В электронных психрометрах, как и во всех остальных дистанционных измерителях, используют кремниевые транзисторы, которые заменяют датчики сухого и влажного термометров.
В чем разница между психрометром и гигрометром
Главное отличие этих приспособлений для определения влажности заключается в принципе их работы. В функции гигрометра входит измерение не только влажности воздуха, но и влажности различных твердых тел.
Показатели психрометра, не смотря простоту его конструкции, всегда более надежны, из – за чего в примечания к инструкциям некоторых гигрометров рекомендуют проверять показания по психрометру.
Как узнать влажность воздуха без измерительных приборов
Для проведения этого эксперимента будут необходимы обычный стакан, немного воды и холодильник. На несколько часов в холодильник помещается стакан с холодной водой. Когда температура жидкости в сосуде достигнет 3 – 5˚С, стакан ставят в помещение, где будет измеряться влажность воздуха.
Если воздух в комнате очень сухой, то на поверхности стакана будет наблюдаться конденсат, который исчезнет после 5 – 10 минут наблюдения. Если воздух в помещении очень влажный, то на стенках стакана в течение 5 – 10 минут образуются большие капли конденсата. Если же не наблюдается ничего из двух предыдущих вариантов – воздух в комнате средней влажности.
Как сделать измеритель влажности воздуха своими руками
Психрометр – достаточно несложное по своей конструкции изобретение, поэтому любой желающий сможет сделать его самостоятельно.
Необходимые материалы:
- два спиртовых термометра;
- небольшой отрезок батистовой ткани;
- несколько деревянных реек;
- мелкие шурупы;
- стеклянная баночка.
Для подставки психрометра необходимо взять небольшую деревянную пластину размером 50 мм в ширину и 120 мм длинной. К ней шурупами крепим рейку, длина которой зависит от длины используемых измерительных приборов. Перпендикулярно к ней крепится еще одна планка, на которой будут держаться термометры.
Основу прибора можно соединить с подставкой просверлив в ней небольшое отверстие, либо же использовать клей ПВА. После того, как корпус психрометра собран, нижний баллон одного из термометров обматывается батистовой тканью. Конец ткани опускается в сосуд, в котором находится незамерзающая жидкость.
При проверке показателей изготовленного прибора следует проверить результаты заводского измерителя и сравнить оба показателя. В дальнейшем для определения уровня влажности воздуха необходимо пользоваться специальной психрометрической таблицей.
Использовав минимум материалов и свободного времени, владелец готового изделия получит полезный инструмент для измерения уровня влаги воздуха.
Prev Post
Звукоизоляция пенопластом, особенности выбора и установки
Next Post<\p>
Пароизоляция в бане, как правильно ее сделать?
Источник: https://teplota.guru/gidroizolyatsiya/kak-opredelit-uroven-vlazhnosti-s-pomoshhyu-psihrometra.html
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 (tросы), при температуре исследуемого воздуха t =+20 °С.
| φ,% | а, г/м3 | X, ppm | tросы,°С | φ, % | а, г/м3 | X, ppm | tросы,°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 | 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 ta=0 °С; относительная влажность в атмосфере φa=100 % (=> tросы этого воздуха при этом =tа=0 °С).
Температура точки росы (tросы) – величина, характеризующая влажность воздуха: это температура, при которой исследуемый воздух имеет φ=100 % (отн. вл.) или а=аmax (абсолютная влажность в г/м3) – полное влагонасыщение (т.е.
при понижении температуры исследуемого воздуха нижеtросы 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 tросы= 0 °С), имеет величину относительной влажности φ =26 %, см, строку, где tросы =0 °С.
Пример 2: По данным метеосводки ta = -10 °С; φa =80 %.
По таблице 2 определяем, что при tросы = ta = -10 °С максимальное значение абсолютной влажности аmax=2,27 г/м3 (т.е. при 100% относительной влажности).
Соответственно, при относительной влажности 80% абсолютная влажность атмосферного воздуха (при ta =-10 °С) составит а=аmax*φ =2,27*0,8=1,82 г/м3.
В помещении t=+21 °С (см. в таблице строка tросы =+21 °С). Находим, что максимальная абсолютная влажность (аmax) воздуха при t=+21 °С составила бы 18,3 г/м3. Получаем значение φ проникшего воздуха (для t=+21 °С): φ =(а/аmax)*100 % =(1,82/18,3)*100 % =9,9%
Пример 3. Допустим, что при той же метеосводке (ta =-10 °С, φa=80 %) исследуется помещение с температурой t =+18 °С. По примеру 2 аатм воздуха 1,82 г/м3.
Тогда, по таблице 2 аmax (см. строчку tросы =+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)=(аа.в.
/аmax)*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.
Источник: https://RelSib.com/articles/izmerenie-otnositelnoj-vlazhnosti-vozduha-kakoj-metod-izmereniya-predpochtitelnej
Загрузка...