Лабораторна робота № 15 Вимірювання вологості повітря психрометричним методом

15.1 Мета роботи

Ознайомитись з принципом роботи психрометричних термометрів; набути практичних навиків роботи з приладами для вимірювання вологості повітря; навчитися практично вимірювати вологість повітря.

15.2 Вказівки з підготовки до лабораторної роботи

Перед виконанням роботи необхідно ознайомитися з методичними вказівками та рекомендованою літературою до цієї лабораторної роботи, порядком її виконання, принципом дії приладів. Підготувати бланки протоколів і відповіді на контрольні запитання.

15.3 Загальні теоретичні положення

Оточуюче нас повітря представляє собою суміш різних газів (азот-78%, кисень-21%, аргон-1%). В атмосферному повітрі завжди знаходиться і деяка кількість водяної пари, що випаровується з поверхні річок, морів і океанів. Вміст водяної пари в повітрі називається його вологістю. В суміші реальних газів також, як правило міститься водяна пара. Газ називається ідеальним, якщо він не містить сторонніх домішок.

Кількість водяної пари, що фактично міститься в 1 м³ повітря чи природного газу, називається абсолютною його вологістю. Вона визначається числом грамів водяної пари в 1 м³ повітря (газу) при нормальному атмосферному тиску і нульовій температурі і позначається буквою” f ”. (Р_норм=101.325 кПа). Максимальна кількість водяної пари, яка може знаходитись в 1 м³ повітря при певній температурі та тиску, називається максимальною вологістю. За одиницю максимальної вологості в системі СІ прийнятий кГ/м³

Як правило, вологоміри вимірюють не абсолютну, а відносну вологість повітря (газу). Відносною вологістю  називають відношення маси водяної пари, що містяться в 1 м³ повітря (газу) до максимально можливої маси при даній температурі. Справа в тому, що парціальний тиск водяної пари не може перевищувати певного значення, яке залежить від температури. Це значення називається тиском насиченої водяної пари.

Температура, при якій водяна пара, яка міститься в вологому повітрі, перетворюється в воду, називається точкою роси (f_mах). Відносна вологість вимірюється в процентах:

=( f / fmax )  100,

(15.1)

На практиці відносну вологість вимірюють кількома методами:

1. Психрометричним методом;

2. Методом точки роси;

3. Сорбційним методом;

4. Конденсаційним методом;

5. Спектрометричним методом;

6. Методом теплопровідності.

Для вимірювання відносної вологості повітря користуються волосяними або електронними гігрометрами. В принцип дії волосяних гігрометрів покладена властивість обезжирених гігроскопічних волосків змінювати свою довжину при зміні вологості. Принцип дії електронних гігрометрів оснований на зміні резонансної частоти електричних коливань кварцового резонатора в залежності від відносної вологості оточуючого середовища. Чутливим елементом резонатора служить плівка полікапроаміда, здатного поглинати водяні пари пропорційно до відносної вологості середовища. Плівка наноситься на кварцовий резонатор і відповідно впливає на частоту його електричних коливань. Виміряне відхилення частоти від номінального значення, як правило фіксується електронними приладами в аналоговому або цифровому вигляді.

Психрометричний метод теж широко застосовується для вимірювання вологості і на даний момент є одним з основних. В принцип роботи психрометрів покадено вимірювання різниці температур сухого і змоченого термометрів, яка змінюється в залежності від вологості оточуючого середовища.

Існують різні конструктивні види психрометрів. В кожному з них один термометр вимірює температуру оточуючого повітря, а інший-температуру змоченої в воді батистової тряпочки.

Причиною охолодженння є витрата тепла на випаровування во­ди. Мірою відносної вологості в цьому приладі служить різниця темпе­ратур At, що вимірюється сухим і вологим термометрами. Залежність відносної вологості від різниці температур визначається за формулою:

(15.2)

де Рв і Рс- тиски насичених парів, що відповідають показам сухо­го і вологого термометрів;

А - аспіраційний коефіцієнт, що залежить від швидкості обду­вання мокрого термометра повітряним потоком.

Із збільшенням швидкості обдування коефіцієнт А швидко змен­шується. При швидкості обдування більшій ніж 3 м/с коефіцієнт А за­лишається практично незмінним. Це використовується в аспіраційних психрометрах, що мають спеціальний пристрій, з допомогою якого створюється повітряний потік, який проходить через трубки психромет­ра з швидкістю 3-5 м/с. Значення вологості при такому обдуванні зале­жать тільки від різниці температур t, які вимірюються двома термомет­рами. Це дозволяє скласти спеціальні психрометричні таблиці для аспіраційних психрометрів. При відсутності повітряного потоку судити про значення коефіцієнта А неможливо, а отже не можна і вимірювати відносну вологість .

На практиці існують різноманітні конструкції психрометрів. Аспіраційний психрометр МВ-4М, що застосовується в даній роботі, вимірює вологість повітря в діапазоні від 10 до 100% при температурах від -10°С до +40°С. Він складається з двох одинакових ртутних термо­метрів 1 і 2, що закріплені в термотримачі, який в свою чергу складаєть­ся з двох трубок захисту 3, аспіраційної чашки 4, повітрепровідної трубки 5 і термозахисту 6. В верхній частині психрометра знаходиться аспіраційна головка з ключом 7.

Перед роботою резервуар правого термометра огортається одним слоєм батиста і змочується чистою дистильованою водою при допомозі піпетки. Це змочування проводиться за 4 хвилини до початку спостере­жень.

Настінний (станційний) психрометр має більш просту будову, ніж аспіраційний психрометр. До його складу (рисунок 15.2) входять сухий та мокрий спиртові термометри 1 і 2 і трубка з водою 3 для змочування батистової тканини 4.

Електричний психрометр представляє собою електричний міст, з допомогою якого почергово вимірюються опори двох однакових термометрів опору, які вмикаються почергово в одне із пліч моста. Один термометр сухий, а другий обмотаний вологою батистовою тка­ниною. Значення вимірюваних температур визначаються з допомогою вторинного приладу, шкала якого градуйована в одиницях температу­ри. По різниці температур з допомогою психрометричної таблиці зна­ходять значення відносної вологості. Треба зауважити, що вода, якою змочують вологі термометри, повинна мати кімнатну температуру. Змочування батистої тканини здійснюється при допомозі піпетки.

Переваги психрометричного методу вимірювання вологості по­вітря: достатня точність при додатніх температурах і незначна інер-ційність, недоліки - залежність результатів вимірювань від швидкості руху газів і коливань атмосферного тиску, зменшення чутливості і ріст похибки при пониженні температури.

Рисунок 15.1

Рисунок 15.2