Методы и приборы определения влажности воздуха

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Физико-технический институт

Кафедра Механики многофазных систем

Домашнее задание №3 по дисциплине «Экспериментальные методы исследований»

Тема: «Методы и приборы определения влажности воздуха»

Тюмень 2019

Выполнила: студентка 2 курса Айткужинова З.Ф.

Методы и приборы определения влажности воздуха Психрометрический

Основным методом измерения влажности воздуха при положительной температуре является психрометрический. Пcихрометрический метод измерения относительной влажности воздуха основан на зависимости интенсивности испарения с водной поверхности от дефицита насыщения водяного пара соприкасающегося с ней воздуха. Определение влажности осуществляется по показаниям двух термометров с точностью 0.1 градус Цельсия. Один термометр измеряет температуру воздуха, а второй термометр обертывают смоченной тканью, таким образом он показывает свою собственную температуру, зависящую от интенсивности испарения воды с поверхности. Чем меньше водяного пара в воздухе, тем сильнее испарение с поверхности второго термометра, и тем ниже его показания. Собственно, такая система из двух термометров и называется психрометр. Из разницы показаний температур определяется текущее давление водяного пара в воздухе по формуле – парциальное давление водяного пара в воздухе; – давление насыщенного водяного пара при температуре испаряющей поверхности; – психрометрический коэффициент; – температура воздуха и температура испаряющей поверхности соответственно.

Приборы, которые измеряют влажность психрометрическим методом, называются психрометрами. Нашли применение два их типа: станционный психрометр без принудительного обдува и аспирационный психрометр, в котором применяется обдув резервуара смоченного термометра с постоянной скоростью. В этом преимущество аспирационного психрометра, т.к. коэффициент А определяется более надежно. Кроме того, аспирационный психрометр устроен так, что позволяет производить измерения при самых различных погодных условиях без какой-либо дополнительной защиты от Солнца и ветра, т.е. может использоваться в походных условиях.

Общим недостатком всех психрометров является ограниченное их применение при температуре ниже ( )С. При более низких температурах влагонасыщенность воздуха становится очень малой, в результате чего даже незначительные неточности в отсчетах по термометрам приводят к значительным погрешностям при расчете самих значений влажности.

Станционный психрометр представляет собой пару ртутных психрометрических термометров, помещенных в метеорологическую будку на специальном штативе. Резервуар правого термометра обвязан батистом, конец которого погружен в стаканчик с дистиллированной водой (смоченный термометр). Левый термометр - сухой.

Психрометр Ассмана относится к аспирационному типу вследствие создания искусственной вентиляции термометров для гарантированного выполнения условия равенства температур датчиков значениям tм и tc. Экранирование ртутных капсул металлическими трубками и продувании через них воздуха с помощью специального вентилятора с завозным или электрическим приводом повышают точность измерений (устраняются внешние тепловые излучения на прибор и улучшается теплообмен воздуха с чувствительными элементами термометров). Относительную влажность φ определяют с точностью 1…2%.

Гигрометрический метод

Гигрометрический метод основан на эффекте изменения длины нити из того или иного гигроскопического материала (обезжиренные волосы, капроновая нить и др.) при изменении влажности окружающего воздуха. Приборы, реализующие этот метод, получили название гигрометров. Чем суше воздух, тем короче становится чувствительный элемент прибора (нить, связанная системой рычагов со стрелкой, указывающей текущее значение относительной влажности φ на градуированной шкале). Распространение получили волосные гигрометры типа МВ-1 и МВК, пленочные М-39 и др.

Конденсационный гигрометр – точный прибор, который славится высокой точностью измерений. Его использование позволяет получать точные данные о микроклимате в помещении. Принцип действия конденсационного гигрометра на измерении количества конденсата, который скапливается на стеклянных поверхностях. Узкий луч света направляется на специальное охлаждаемое зеркало. Из-за воздействия света на нем начинают проявляться капли воды или кристаллы льда. Вмонтированный под зеркало электронный термометр замеряет показания, после чего преобразовывает их в значение относительной влажности воздуха.

Современные версии устройства оснащены дисплеем, на который выводятся полученные показания. Ввиду особого принципа действия прибора результат довольно точен, а погрешность – минимальна.

Волосяной гигрометр – прибор, использующийся для определения влажности окружающей среды. Может применяться для контроля микроклимата помещений.

Волосяной метеорологический гигрометр используется для выявления относительной влажности окружающей среды. Диапазон измерения составляет от 30 до 80%. Он широко используется для постоянного контроля одной из составляющих микроклимата помещения. Применяется преимущественно для постановки разнообразных опытов, в ходе которых проходит замер влажности.

Принцип действия волосяного гигрометра основывается на естественном изменении длины обезжиренного человеческого волоса в зависимости от влажности окружающей среды.

При изменении микроклимата помещения длина волоса уменьшается или увеличивается. Вследствие этого происходит ослабление/увеличение натяжения волоса, которое влияет на шкив. Он поворачивается в соответствии с изменением влажности и воздействует на стрелку, конец которой свободно перемещается по специальной шкале с нанесенными на ней делениями. Так можно увидеть точные показатели влажности окружающей среды.

По точке росы

Тонка росы - это температура начала конденсации насыщенного водяного пара, обнаруживаемой по помутнению (появлению мельчайших капелек воды) зеркальной поверхности. Метод применяют в температурном интервале от -70 до +50 °С с погрешностью 2 - 3%.

Предельное содержание водяного пара в любом некондиционируемом газе зависит от температуры. Чем она ниже, тем меньше воды содержится в газовой фазе. При конденсации влаги парциальное давление водяных паров будет равно максимальному парциальному давлению водяного пара над водой при данной температуре, являющейся точкой росы.

Для определения высокой влажности (выше 5 мг/л) применяют простой прибор (рис.). Он состоит из стеклянной склянки 8 и пробирки 6, изготовленной из нержавеющей стали (диаметр 25 мм, высота 100 - 110 мм) с полированной наружной поверхностью. В прибор наливают 5 - 10 мл этилового эфира 7. В склянку 8 подают через трубку 4 исследуемый газ в течение 5 - 10 мин для удаления содержащегося в ней воздуха и выравнивания температур склянки подаваемого газа. Если при этом на поверхности металлического цилиндра 6 не появилось мельчайших капель влаги, то при помощи резиновой груши через трубку 2 пропускают воздух для испарения эфира и охлаждения пробирки до тех пор, пока блестящая поверхность металла не помутнеет. После этого испарение эфира прекращают и отмечают температуру по термометру 1, а исследуемый газ продолжают пропускать до исчезновения росы.

Среднее значение температуры появления и исчезновения помутнения зеркальной поверхности цилиндра 6 дает точку росы. По найденному значению точки росы из таблицы находят содержание влаги в газе (в мг/л) и давление насыщенного пара воды, отвечающее той же температуре. Трубки 3 и 5 служат для выхода воздуха и газа.

При небольшой влажности газа применяют влагомер конструкции, показанной на рисунке. Анализируемый газ пропускают через стеклянную камеру 1 и следят за появлением капелек влаги (росы) на полированной поверхности зеркала 2. Для этого температуру зеркала постепенно понижают, опуская медленно медный стержень 4 в сосуд Дьюара 6 с охлаждающей смесью из этанола и твердого СО₂. В момент помутнения поверхности зеркала отмечают температуру по показаниям термопары 3, связанной с гальванометром 5. Вместо термопары под зеркалом можно поместить резервуар ртутного термометра, для которого высверливают отверстие в верхней части медного стержня (под зеркалом).

После фиксации температуры помутнения зеркала повышают температуру, вынимая медный стержень из охлаждающей смеси. В момент просветления зеркала опять записывают температуру - среднее значение из двух измерений считают точкой росы.

Психрометр Илфельда (рис. б) для определения точки росы состоит из зеркала 3, охлаждаемого струей СO₂ из баллона 1 подача которого регулируется краном 2. Анализируемый газ проходит через трубку 4 вдоль зеркала. Для наблюдения за поверхностью зеркала применяют микроскоп 6 или лупу. При помутнении зеркала измеряют температуру термопарой 5. Прибор позволяет устанавливать точку росы с точность 1 - 2 °С.

Массовый метод

Этот метод основан на точном замере содержания влаги в воздухе. Исследуемый воздух, объем которого контролируется специальным счётчиком, прогоняют через трубки, заполненные поглотителем влаги (силикагель, хлористый кальций и др.). Разность масс трубок с адсорбентом до и после пропускания воздуха показывает количество поглощенной влаги. Разделив массу влаги на объём пропущенного воздуха, получают плотность ρ_п, то есть абсолютную влажность воздуха. Зная температуру t_c, по таблице насыщенного воздуха определяют плотность его в состоянии насыщения ρ_п. н и относительную влажность: