Лабораторная работа № 9 измерение влажности воздуха с помощью резистивных датчиков влажности

1. Задачи работы

1.1. Изучение принципа работы и устройства резистивных датчиков влажности (РДВ).

1.2. Ознакомление с ускоренной методикой построения градуировочной характеристики РДВ и обработкой результатов измерения РДВ в условиях различной влажности.

1.3. Экспериментальное определение градуировочных характеристик.

1.4. Обработка результатов измерений.

2. Описание экспериментальной установки

Лабораторная установка создана на основе резистивных датчиков влажности (рис. 9.1), изготовленных в НПО «Позитрон» (РФ).

Рис. 9.1. Резистивный датчик влажности (РДВ), где 1- контакты, 2 - резистивная пленка, 3 - резина, 4 - основание (полимер)

Датчик крепится на эластичной подложке, обеспечивающей герметичность при помещении в микрокамеру. В качестве измерительного прибора могут быть использованы тестер, омметр Е6-13А, цифровой вольтметр В7-21А, М830, Digital Multimeter DT-830B или другой аналогичный. Для измерения времени выдержки при заданной влажности могут быть использованы любые часы или секундомер.

Микрокамеры с калибровочной влажностью представляют собой стеклянные емкости, примерно на четверть заполненные с насыщенными растворами солей. В замкнутом объеме над насыщенными растворами солей устанавливаются стабильные значения влажности, зависящие только от типа соли. В данной работе используются соли, которые в замкнутом объеме создают следующие значения влажности Табл.9.1:

Табл. 9.1

Значения влажностей, создаваемых насыщенными растворами солей

Формула соли	Относительная влажность (%)	Поправочный коэффициент k
KNO3	93%	1,5
NaCl	76%	1,1
Mg(NO3)2	55%	1,0
MgCl2	33%	0,9
LiCl	12%	0,8

Значения поправочных коэффициентов потребуются при построении градуировочной прямой.

3. Методика выполнения работы

Измерения производить в следующей последовательности:

3.1. Произвести измерения при комнатной влажности, далее перенести датчик в микрокамеры с насыщенными растворами солей для измерения в условиях с известной относительной влажностью: 93, 76, 55, 33 и 12 %. Измерения при комнатной влажности используются для того, чтобы определить влажность в районе рабочего места. Для получения в микрокамерах заданного ряда влажностей используют соответственно следующие растворы солей: KNO₃, NaCl, Mg(NO₃)₂, MgCl₂, LiCl.

После помещения образца РДВ в микрокамеру измеряют его сопротивление с помощью вольтметра. Затем измерения сопротивления повторяют через каждые 30 секунд. Результаты измерений заносят в протокол №1 (Табл. 9.2).

Табл. 9.2

Протокол измерений №1

№ изм.	Время, с	Влажность, %
		93	76	55	33	12
		Значение сопротивления (кОм)
0	Т1
1	Т2
2	Т3
3	Т4
4	Т5
5	Т6

Измерения заканчивают через 2,5 минуты. По измеренным значениям построить 5 графиков в Excel для каждого значения влажности. Для построенных графиков провести линейную аппроксимацию и вычислить коэффициенты уравнения прямой и коэффициент корреляции между расчетной и экспериментальной зависимостями. Угол наклона прямой соответствует предельному значению сопротивления R_. Пример графика приведен на рис. 9.2.

Рис. 9.2. График экспериментальной зависимости изменения сопротивления во времени для одного из значений влажности. Здесь значение 163,03 соответствует R_..

Для получения предельных значений сопротивлений РДВ при каждой влажности микрокамеры используют алгоритм, основанный на методике предсказывания предельного значения функции. Предельное значение сопротивления R_, как функции времени выдержки РДВ при постоянной влажности, согласно алгоритму вычисляют на основании зависимости:

, (9.1)

где: _i - время выдержки; R_i - измеренное через время _i сопротивление; A - постоянный коэффициент (в данной работе не используется), R_ - предельное (установившееся) значение сопротивления при влажности .

Если коэффициент корреляции r0,9, то необходимо проверить корректность измерений и расчетов.

Процесс сорбции (десорбции) влаги в углеродполимерную чувствительную пленку РДВ, как правило, отклоняется от закона Генри, что вынуждает корректировать величину R_i с помощью уравнения:

, (9.2)

где: k - коэффициент, известный для данной партии РДВ и для данной влажности при одной температуре (Табл. 9.1). Полученные данные занести в протокол измерений №2. (Табл. 9.3).

Табл. 9.3

Протокол измерений №2

	Влажность, %
	93	76	55	33	12
R
r
R2

Для того чтобы определить неизвестную влажность в помещении, необходимо построить градуировочную характеристику (рис. 3.8.3), используя данные Табл. 3.8.3. Для этого рассчитывают проводимость:

(9.3)

Используя Excel, проводят линейную аппроксимацию зависимости проводимости от влажности:

, (9.4)

где: G - проводимость образца при влажности ; c и d – коэффициенты линейного уравнения.

Рис. 9.3. Градуировочный график РДВ.

Определить значение влажности в помещении и сравнить с показаниями образцового влагометра.