3. Автоматизовані системи моніторингу вологості атмосферного повітря

Під вологістю повітря (вологовмістом) розуміють вміст водяних парів у повітрі.

Вміст водяної пари в повітрі може оцінюватися багатьма величинами: абсолютною і відносною вологістю, пружністю водяної пари точкою роси, дефіцитом вологості та ін..

Абсолютна вологість - кількість водяної пари в грамах, яка міститься в одному кубічному метрі повітря (г/м³).

Пружність водяної пари , яка знаходиться в повітрі, або парціальний тиск водяної пари, виражається в мілібарах (мбар) або в міліметрах ртутного стовпа (мм.рт.ст.). Абсолютна вологість і парціальний тиск водяної пари повітря (мбар) зв’язані виразом

або , (4.1)

де і - температура водяної пари (повітря) в К і ºС відповідно;

- температурний коефіцієнт об’ємного розширення пари, (ºС) ^{– 1} .

При даній температурі повітря і даному тиску парціальний тиск водяної пари не може бути більше від тиску насичення .

Відносна вологість повітря - відношення парціального тиску водяної пари, яка є в повітрі, до тиску насичення водяної пари, що насичує простір при температурі , виражене у віідсотках:

. (4.2)

Дефіцит насищення (або нестача насичення) - різниця між максимально можливою пружністю водяної пари при даній температурі і парціальним тиском водяної пари, яка знаходиться в повітрі:

.

Точка роси - температура, при якій водяна пара, що знаходиться в повітрі, досягає стану насичення при незмінному тиску, тобто .

Масова частка водяної пари - маса водяної пари, що міститься в одному кілограмі вологого повітря (г/кг; ‰):

, (4.3)

де - тиск атмосфери.

Через те, що , то з достатньою точністю

. (4.4)

Відношення суміші - відношення маси водяної пари, що міститься в об’ємі вологого повітря, до маси сухого повітря в тому ж об’ємі (г/кг; ‰):

. (4.5)

На практиці метеорологічних вимірювань доводиться зустрічатися в першу чергу з парціальним тиском водяної пари ( ), відносною вологістю повітря ( ), точкою роси ( ) і дефіцитом насичення ( ).

Найбільш розповсюдженими методами вимірювання вологості повітря є психрометричний і гігрометричний (методи визначення вологості за допомогою гігрометрів різного типу), а найбільш розповсюдженими приладами - психрометри і волосяні гігрометри. Проте вони не повністю задовольняють вимоги, які ставляться до приладів для вимірювання вологості, особливо при від’ємних температурах повітря. Тому проводяться пошуки нових методів вимірювання вологості повітря.

Методи вимірювання вологості практично реалізуються шляхом застосування приладів з первинними перетворювачами, для яких вимірюваними вхідними величинами є дефіцит вологості , відносна вологість і точка роси . Проте через тісний взаємозв’язок всіх величин, які характеризують вологість повітря, не завжди легко визначити, яка саме з них є вхідною для того чи іншого вимірювача вологості.

Психрометричний метод. Психрометри.

Психрометричний метод широко застосовується при вимірюванні вологості повітря і в метеорології до цього часу є основним. Він заснований на залежності інтенсивності випаровування з водної поверхні від дефіциту вологості повітря, яке стикається з нею. Для вимірювання вологості цей метод практично реалізується непрямим визначенням інтенсивності випаровування шляхом вимірювання зниження температури тіла, з поверхні якого відбувається випаровування, за рахунок витрат тепла тіла на випаровування води.

Гігрометр точки роси. Його дія основана на принципі встановлення динамічної рівноваги між конденсатом у вигляді крапель води або кристалів льоду, які сконденсувалися на поверхні твердого тіла, температура якого дорівнює точці роси навколишнього повітря, і парами води повітря. Практично цей метод здійснюється шляхом охолодження твердого тіла до точки роси навколишнього повітря і вимірювання при цьому температури тіла.

Як охолоджене тіло звичайно застосовують металеве дзеркальце, коефіцієнт відбиття якого різко зменшується при осадженні конденсату на його поверхні. Вимірювання температури дзеркальця в момент осадження конденсату здійснюється за допомогою мініатюрного терморезистора. Для охолодження дзеркальця доцільно застосовувати напівпровідникові термоелементи – напівпровідникові термохолодильники.