Психрометрический метод определения влажности воздуха

Название психрометрического метода произошло от слова психрос – охлаждение, холод. Метод основан на зависимости интенсивности испарения с водной поверхности от дефицита влажности соприкасающегося с ней воздуха. Измерение влажности воздуха осуществляется при охлаждении одного из двух термометров. По этому методу работают основные приборы для определения влажности воздуха – стационарный и аспирационный психрометры.

Стационарный психрометр (рис. 2.5) состоит из двух психрометрических термометров, которые устанавливаются в психрометрической будке. Резервуар правого термометра обвязывается кусочком батиста, конец которого погружен в воду, заполняющую стаканчик как показано на рис 5.5. При этом обеспечивается поступление воды к поверхности резервуара термометра по батисту и в то же время создается возможность свободного обмена воздуха у резервуара.

Рисунок 2.5. Стационарный психрометр, установленный в будке Селянинова
а) будка Селянинова; б) приборы, устанавливаемые в будку Селянинова.

Психрометр аспирационный (рис. 2.6) имеет большое распространение и состоит из двух термометров: сухого и смоченного.

Рисунок 2.6. Психрометр аспирационный

Ртутные резервуары этих термометров заключены в блестящие оправы цилиндрической формы с двойными стенками. Эти оправы соединяются общей трубкой, имеющей вверху расширение, в котором помещается вентилятор. Последний приводится в действие особой пружиной или электродвигателем и при вращении всасывает наружный воздух через цилиндрические оправы. Благодаря этому воздух во время действия психрометра непрерывно обтекает резервуары термометров со скоростью 2 м/сек. Все наружные части психрометра хорошо отполированы, поэтому они отражают солнечные лучи и не нагреваются.

Аспирационный психрометр очень удобен для переноски и не требует каких-либо особых установок.
Он состоит из двух термометров: мокрого и сухого, укрепленных в металлической оправе. Верхний коней трубки соединен с головкой аспиратора просасывающего воздух через трубки и около резервуаров термометров. Измерение по психрометру. Психрометр устанавливают с помощью крюка подвеса, который ввинчивают в столбик горизонтально так, чтобы резерву-ары термометров находились на высоте 2 м от поверхности земли.
Таблица 2.1 – Психрометрическая таблица

Показания сухого термометра, °С

Разность показаний сухого и влажного термометров, °С

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Относительная влажность воздуха , %

100 81 63 45 28 11 — — — — 2 100 84 68 51 35 20 — — — — 4 100 85 70 56 42 28 14 — — — 6 100 86 73 60 47 35 23 10 — — 8 100 87 75 63 51 40 28 18 7 — 10 100 88 76 65 54 44 34 24 14 5 12 100 89 78 68 57 48 38 29 20 11 14 100 90 79 70 60 51 42 34 25 17 16 100 91 81 71 62 54 46 37 30 22 18 100 91 82 73 65 56 49 41 34 27 20 100 92 83 74 66 59 51 44 37 30 22 100 92 83 76 68 61 54 47 40 34 24 100 92 84 77 69 62 56 49 43 37 26 100 92 85 78 71 64 58 51 46 40 28 100 93 85 78 72 65 59 53 48 42 30 100 93 86 79 73 67 61 55 50 44

Смачивают батист термометра зимой за 30 мин, летом за 4 мин до снятия показаний термометров. При скорости ветра более 3 м/с на аспиратор надевают с наветренной стороны ветровую защиту.
Вычисление влажности производят при помощи психрометрических таблиц. Основная таблица (таблица 2.1) . Таблица рассчитана для атмосферного давления р = 1000 мб. Для других значений атмосферного давления в характеристики влажности вводятся поправки, которые рассчитываются по дополнительным таблицам.

Измерение влажности воздуха пирометрическим (сорбционным) методом

Сорбционный метод измерения влажности воздуха, основан на использовании свойства гигроскопических тел, реагировать на изменение влажности воздуха. На этом свойстве основано действие гигрометров. Волосной гигрометр служит для измерения относительной влажности воздуха в %. Действие прибора, основано на свойстве обезжиренного человеческого волоса, изменять длину в зависимости от относительной влажности. Изменение длины волоса передается на стрелку, указывающую относительную влажность на шкале, градуированной от 0 до 100%.

Рисунок 2.7. Пленочный гигрометр

Пленочный гигрометр (рис. 2.7) служит для измерения относительной влажности воздуха. Приемной частью его является натянутая на металлическое кольцо гигроскопическая животная пленка, мембрана, в центре которой находится металлическая шайба. Приемник прикрепляется подпружинными винтами 6 к металлической раме 8. Тягой 2 мембрана соединена с передаточным механизмом прибора, состоящим из оси 4, стрелки 5 и грузика 3, который обеспечивает постоянное натяжение пленки. Благодаря такому устройству передаточного механизма изменения упругих свойств мембраны, происходящие в результате изменения влажности воздуха, передаются на стрелку. Отсчет влажности воздуха производится по шкале 7. Деления шкалы равномерны, так как упругие свойства пленки меняются равномерно с изменением влажности воздуха.
Для крепления прибора в металлической раме есть отверстия 9 и лапки 10. Стрелку гигрометра устанавливают на заданную влажность воздуха винтом 6.
Пленочный гигрометр – прибор относительный. Поэтому в его показания, как и в показания волосного гигрометра, вводятся поправки, полученные сравнением показаний пленочного гигрометра с показаниями психрометра.
Волосной гигрометр ( MB – 1) (рис. 2.8). При увеличении относительной влажности волос удлиняется, и стрелка поворачивается вправо по шкале. При уменьшении влажности стрелка смещается влево, отсчеты по шкале снимаются в целых делениях, цена деления 1%.

Рисунок 2.8. Гигрометр волосной

Прибор устанавливают в центре психрометрической будки и крепят на штатив между сухим и смоченным психрометрическими термометрами.

Гигрограф служит для непрерывной записи изменений влажности воздуха.
Прибор показан на рисунке 5.9. Принцип действия его аналогичен термографу, чувствительным элементом прибора является пучок волос, укрепленный на задней стенке прибора. Через передающее устройство (систему рычагов) изменение натяжения пучка волос передается на стрелку с пером. Перо вычерчивает на бумажной ленте график изменения относительной влажности воздуха за сутки или неделю.

Читайте также:  Какой утеплитель нужен для каркасного дома

Рисунок 2.9. Гигрограф(доступно при скачивании полной версии учебника)
1 – барабан; 2 – полосовая пружина; 3 – пучок обезжиренных волос; 4 – рычаг; 5 – грузик; 6 – перо гигрографа.

Обработка записей на ленте гигрографа – производится путем введения поправок в величины относительной влажности воздуха, снятые для каждого часа с графика гигрографа. Эти поправки определяются из отдельного графика составленного на основании сравнительных данных значений относительной влажности, полученных по психрометру, и значений, снятых с лент гигрографа с точностью до 1%

Лабораторная работа №2

Приборы для измерения температуры и подвижности (скорости) внутреннего воздуха, скорости воздуха в вентиляционных решетках, температуры внутренних поверхностей ограждающих конструкций

1. Измеритель плотности теплового потока и температуры ИТП-МГ4.03/Х(I) «ПОТОК»

Измерители выпускаются с различным количеством каналов измерения плотности

теплового потока и температуры. Имеют обозначение: ИТП-МГ4.03/X(I) «ПОТОК», где:

Х – общее количество измерительных каналов (от десяти до ста);

I – вариант исполнения

ОПИСАНИЕ И РАБОТА ИЗМЕРИТЕЛЯ

Дата добавления: 2018-04-15 ; просмотров: 267 ; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ

Методы и средства измерения влажности воздуха

Наиболее распространенными методами измерения влажности воздуха являются психрометрический и гигрометрический, а наиболее распространенными приборами – психрометры и волосные гигрометры. В качестве образцовой установки для проверки измерителей влажности воздуха используется гигрометр точки росы.

Психрометрический метод широко применяется при измерении влажности воздуха и в метрологии до сего времени является основным. Он основан на зависимости интенсивности испарения с водной поверхности от дефицита влажности соприкасающегося с ней воздуха. Интенсивность испарения определяется путем измерения понижения температуры тела, с поверхности которого происходит испарение, за счет затраты тепла тела на испарение воды.

Вычисления проводятся по психрометрической формуле, на основании которой составлены психрометрические таблицы:

,

где — парциальное давление водяного пара в воздухе,

— давление насыщенного водяного пара при температуре испаряющей поверхности;

— психрометрический коэффициент;

— давление атмосферы;

, — температура воздуха и температура испаряющей поверхности соответственно.

Приборы, которые применяются при измерении влажности воздуха психрометрическим методом, называются психрометрами.

Психрометры содержат два термометра. Одним измеряют температуру тела , с поверхности которого происходит испарение воды (этот термометр называют «смоченным» или «влажным»), а другим температуру окружающего воздуха («сухой» термометр).

Поскольку с поверхности резервуара смоченного термометра испаряется вода и на испарение расходуется тепло, показания этого термометра ниже показаний сухого (и тем ниже, чем интенсивнее испарение, т.е. чем меньше парциальное давление водяного пара в воздухе). По температуре сухого и смоченного термометров определяется влажность воздуха.

Для случаев, когда на батисте смоченного термометра вода (жидкая фаза, она может наблюдаться и при температуре ниже — переохлажденная вода), парциальное давление водяного пара рассчитывают по формуле

;

для случаев, когда на батисте смоченного термометра лед, используют формулу

.

Здесь и — давление насыщенного водяного пара при температуре смоченного термометра над плоской поверхностью жидкой воды () и льда (); дополнительный член учитывает зависимость теплоты испарения воды от температуры; коэффициент учитывает отличие удельной теплоты испарения воды от удельной теплоты испарения льда.

Психрометр аспирационный МВ-4М

Психрометр аспирационный МВ-4М предназначен для измерения температуры и влажности воздуха в экспедиционных условиях, а также в промышленных помещениях. Пределы измерений относительной влажности (при температуре воздуха от -10 до +30º C ) 3-100%, пределы измерений температуры воздуха от -25 до +50º C .

Прибор имеет два одинаковых ртутных термометра, закрепленных в специальной оправе, состоящей из трубки с тройником и планочных защит. К тройнику с помощью пластмассовых втулок прикреплены по две трубки (для радиационной защиты и вентиляции резервуаров термометров). Верхний конец трубки соединен с головкой аспиратора. Головка состоит из заводного механизма и вентилятора, закрытых кожухом. Пружина заводного механизма заводится ключом.

Измерения по аспирационному психрометру.

Аспирационный психрометр подвешивается на столбе с помощью специального крюка таким образом, чтобы резервуары термометров находились на высоте 2 м. Зимой психрометр подвешивают за 30 минут, а летом за 15 минут до начала измерений. При некоторых специальных наблюдениях психрометр может устанавливаться и в горизонтальном положении и на высоте, отличной от 2 м.

Смачивание термометра, обвязанного батистом, зимой производят за 30 минут, летом за 4 минуты до отсчета.

Для смачивания термометра пользуются прилагаемой к прибору резиновой грушей с пипеткой. Ее наполняют дистиллированной водой, затем легким нажимом на грушу вводят воду в стеклянную пипетку до отмеченной риски (на 1 см от края пипетки) и удерживают ее на этом уровне с помощью зажима. Потом вводят пипетку в правую трубку защиты термометров, где находится резервуар смоченного термометра до упора. Выждав несколько секунд для того, чтобы батист пропитался водой, открывают зажим и отсасывают лишнюю воду. При этом нужно следить, чтобы вода из груши не выливалась и не смочила стенки защитных трубок. Это может привести к дополнительным погрешностям.

Зимой, как и в стационарном психрометре, термометр смачивают для того, чтобы корка льда на батисте растаяла.

После смачивания термометра заводят механизм аспиратора, который в момент отсчета должен работать на максимальных оборотах. Поэтому зимой за 4 минуты до начала отсчета нужно произвести вторичный завод механизма.

Аспирационный психрометр является надежным прибором. Однако хорошие результаты с его помощью можно получить только при строгом соблюдении правил измерений.

При производстве отсчетов сначала следует быстро отсчитать десятые доли градуса по сухому и смоченному термометрам, записать результаты и только после этого уже отсчитать и записать целые градусы. При этом необходимо строго следить, чтобы во время отсчетов ветер дул по направлению от прибора к наблюдателю.

Читайте также:  Самодельная дровяная печь длительного горения

Зимой при отрицательных температурах после отсчета необходимо убедиться в том, что находится на батисте термометра – лед или вода (как и для стационарного психрометра).

При сильном ветре скорость аспирации нарушается вследствие затруднения выброса воздуха из вентилятора. Чтобы исключить это, на аспиратор надевают с наветренной стороны (откуда дует ветер) особую ветровую защиту, прилагаемую к психрометру. Защиту следует обязательно надевать на вентилятор уже при скоростях ветра более 4 м/с.

При вычислении влажности по аспирационному психрометру скорость обтекания воздуха около приемников термометров принимается равной 2 м/с, поэтому необходимо, чтобы скорость аспирации у резервуаров термометров была действительно близка к 2 м/с. Поверка скорости аспирации производится при выпуске психрометра. Однако со временем она может изменяться. Поэтому не реже одного раза в месяц ее следует проверять. Это производится следующим образом. Сначала полностью заводят пружину. Затем устанавливают психрометр в вертикальном положении и наблюдают в окошечко появление метки на барабане. Когда метка на барабане совпадает с вертикальной риской на окошечке, отмечают время; после их вторичного совпадения определяют с точностью до одной секунды время одного оборота барабана и сравнивают его со временем, указанным в поверочном свидетельстве. Если оно отличается не больше чем на 5 с, то скорость вращения барабана можно считать достаточной.

Для правильной работы аспирационного психрометра необходимо следить за чистотой батиста и своевременно его менять. Повязка батиста на термометр производится так же, как и для станционного психрометра для зимнего времени, т.е. батист подрезается непосредственно под резервуаром термометра.

В целях предохранения покрытой оправы прибора от порчи рекомендуется психрометр всегда держать в футляре, предохранять от запотевания, механических повреждений. После наблюдений прибор следует протереть чистой тряпкой.

Аспирационный психрометр является самым надежным прибором для определения температуры и влажности воздуха при положительной температуре, но не ниже -15º C , поскольку при более низкой температуре разность становится меньше 1º C , что приводит к большим погрешностям измерения (более 10%). В этих случаях используют другие приборы, такие как волосные гигрометры.

ИЗМЕРЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ – СОДЕРЖАНИЕ ВЛАГИ

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

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

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

1. Измерение влажности газов

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

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

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

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

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

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

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

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

φ = ℓ / Е или φ = 100*ℓ / Е,

где ℓ – упругость водяного пара, находящегося в воздухе;

Е – упругость насыщенного водяного пара при данной температуре.

Основными методами для измерения влажности газов являются следующие:

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

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

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

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

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

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

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

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

Читайте также:  Плюсы и минусы пеноизола

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

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

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

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

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

ℓ – упругость водяного пара в измеряемой среде;

Eм – максимально возможная упругость пара при температуре tм;

Р – атмосферное давление;

А – психометрический коэффициент

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 1. Принципиальная схема психрометра

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

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

Метод точки росы

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

Метод точки росы

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

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

где Eτ упругость насыщенного пара при температуре τ, а Eθ
упругость насыщенного пара при температуре θг

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

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

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

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

Сорбционный метод

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

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *