3. Определение влажности воздуха

Процентное содержание влаги в каком-либо материале, во многом определяет возможность и простоту его обработки, качество и стоимость конечного продукта. По этой причине определение влажности материала является очень важным этапом многих производственных процессов.

Влажность воздуха определяют с помощью психрометров и гигрометров. Психрометры показывают температуру сухого и влажного термометров, по показаниям которых рассчитывается абсолютная и относительная влажность воздуха. Используют два вида психрометров: стационарный (Августа) и аспирационный (Ассмана).

Гигрометры показывают непосредственно относительную влажность воздуха.

Принцип психрометрии заключается в определении показаний двух термометров, шарик одного из которых увлажнен. Влага, испаряясь с различной скоростью в зависимости от влажности и скорости движения воздуха, отнимает тепло от термометра, поэтому показания влажного термометра будут ниже, чем показания сухого. На основании показаний двух термометров вычисляют относительную влажность воздуха.

Психрометр

Психрометр – прибор для измерения влажности воздуха и его температуры. Простейший психрометр состоит из двух независимых термодатчиков, один из которых используется как сухой термометр, а другой – как влажный. Влажный термодатчик обернут хлопчатобумажной тканью, которая обмакнута в сосуде с водой. Благодаря протекающему воздушному потоку и, вследствие этого, испарению, поверхность увлажнённого термодатчика охлаждается. Одновременно измеряется температура окружающего воздуха с помощью второго термодатчика (температура сухого термометра). Полученная таким образом разность температур является мерой относительной влажности – количества влаги, находящейся в воздухе относительно максимально возможного при данной температуре.

Самый простой комнатный психрометр состоит из двух спиртовых термометров, один из которых имеет устройство увлажнения. В конструкции прибора обычно включается таблица для чтения показаний, позволяющая, зная температуру каждого из термометров, найти относительную влажность воздуха.

Современные психрометры можно разделить на три категории: станционные, аспирационные и дистанционные. В станционных психрометрах термометры закреплены на специальном штативе в метеорологической будке. Основной недостаток станционных психрометров – зависимость показаний увлажнённого термометра от скорости воздушного потока в будке. В аспирационном психрометре термометры расположены в специальной оправе, защищающей их от повреждений и теплового воздействия прямых солнечных лучей, где обдуваются с помощью аспиратора (вентилятора) потоком исследуемого воздуха с постоянной скоростью около 2 м/с. При положительной температуре воздуха аспирационный психрометр — наиболее надёжный прибор для измерения температуры и влажности воздуха. В дистанционных психрометрах используются термометры сопротивления, терморезисторы, термопары.

Гигрометр

Гигрометр – измерительный прибор для определения влажности воздуха. Существует несколько типов гигрометров, действие которых основано на различных принципах: весовой, волосной, плёночный и прочих.

Весовой (абсолютный) гигрометр состоит из системы U-образных трубок, наполненных гигроскопическим веществом, способным поглощать влагу из воздуха. Через эту систему насосом протягивают некоторое количество воздуха, влажность которого определяют. Зная массу системы до и после измерения, а также объём пропущенного воздуха, находят абсолютную влажность.

Действие волосного гигрометра основано на свойстве обезжиренного волоса изменять свою длину при изменении влажности воздуха, что позволяет измерять относительную влажность от 30 до 100 %. Волос натянут на металлическую рамку. Изменение длины волоса передаётся стрелке, перемещающейся вдоль шкалы.

Плёночный гигрометр имеет чувствительный элемент из органической плёнки, которая растягивается при повышении влажности и сжимается при понижении. Изменение положения центра плёночной мембраны передаётся стрелке. Волосной и плёночный гигрометр в зимнее время являются основными приборами для измерения влажности воздуха. Показания периодически сравниваются с показаниями более точного прибора – психрометра, который также применяется для измерения влажности воздуха.

В электролитическом гигрометре пластинку из электроизоляционного материала (стекло, полистирол) покрывают гигроскопическим слоем электролита – хлористого лития – со связующим материалом. При изменении влажности воздуха меняется концентрация электролита, а, следовательно, и его сопротивление; недостаток этого гигрометра – зависимость показаний от температуры.

Действие керамического гигрометра основано на зависимости электрического сопротивления твёрдой и пористой керамической массы (смесь глины, кремния, каолина и некоторых окислов металла) от влажности воздуха.

Конденсационный гигрометр определяет точку росы по температуре охлаждаемого металлического зеркальца в момент появления на нём следов воды (или льда), конденсирующейся из окружающего воздуха. Конденсационный гигрометр состоит из устройства для охлаждения зеркальца, оптического или электрического устройства, фиксирующего момент конденсации, и термометра, измеряющего температуру зеркальца.

Абсолютная влажность определяется по формуле

А = Pвл  a.(t1  t2) .B, мм рт.ст.,

(1)

где Р_вл – максимальное давление водяных паров при температуре влажного термометра, мм рт.ст. (Табл.П1 Приложения);

а  психрометрический коэффициент (для атмосферы а = 0,00074, для закрытых помещений а = 0,0011);

t₁ – температура сухого термометра, ^оС;

t₂  температура влажного термометра, ^оС;

В  барометрическое давление, мм рт. ст.

Относительную влажность (определяют по формуле

(2)

где А  абсолютная влажность, мм рт.ст.;

Р_с  максимальное давление водяных паров при температуре сухого термометра, мм рт.ст. (Табл.П1 Приложения).

При определении влажности с помощью психрометра Августа прибор устанавливают так, чтобы на него не влияли тепловые излучения или движения воздуха, которые могут повлиять на точность замера. Отсчет показаний производят через 10...15 мин. Абсолютную влажность определяют по формуле (1), относительную  по формуле (2).

Аспирационный психрометр Ассмана дает более точные показания, так как ртутные резервуары термометра заключены в металлические гильзы, предохраняющие их от воздействия теплового излучения. Корпус прибора заключен в защитную трубку, в который помещен аспирационный вентилятор, обеспечивающий постоянную скорость движения воздуха (2 м/с).

Для определения влажности воздуха психрометр подвешивают в исследуемой точке на расстоянии 1,5 м от пола. Показания снимаются летом через 4...5 мин., зимой  через 15...20 мин.

Абсолютную влажность определяют по формуле

(3)

где P_в  максимальное давление водяных паров при температуре влажного термометра, мм рт.ст. (см.табл.П1 Приложения);

t₁  показания сухого термометра, ⁰ С;

t₂  показания влажного термометра, ⁰С;

В  барометрическое давление в момент определения, мм рт.ст.;

0,58  постоянный психрометрический коэффициент.

Относительную влажность (К) по определяют по формуле

, %

(4)

где А – абсолютная влажность, мм рт.ст.;

М – максимальное давление водяных паров при температуре сухого термометра, мм рт. ст. (табл.П1 Приложения).

Относительную влажность можно определить также по табл. 2 Приложения.