Лабораторна робота № Тема: Вимірювання вологості повітря психрометричним методом

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

Прилади і обладнання: аспіраційний вологомір ТМ6-1, вторинний прилад типу КСМ, гігрометр психрометричний ВИТ 2, термометр опору типу ТСМ сухий та вологий, пароутворювач, витяжна труба.

Загальні теоретичні відомості

Оточуюче нас повітря представляє собою суміш різних газів (азот-78%, кисень-21%, аргон-1%). В атмосферному повітрі присутня 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 вологістю. Вона визначається числом грамів водяної пари в 1м³ 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.

Як правило, вологоміри вимірюють не абсолютну, а відносну вологість повітря (газу). Відносною вологістю  називають відношення маси водяної пари, що міститься 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 у відсотках:

=( f / fmax )  100,

(1)

На практиці відносну вологість вимірюють наступними 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 використовують волосяні або електронні гігрометри. Принцип дії волосяних гігрометрів базується на властивості 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.

Одним із основних методів є психрометричний метод для вимірювання вологості. У принцип роботи психрометрів покладено вимірювання різниці температур сухого і вологого термометрів, яка змінюється в залежності від вологості поточуючого середовища.

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

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

(2)

де Рв і Рс- тиск насиченої пари, що відповідає показам вологого і сухо­го термометрів відповідно;

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, 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 однакових ртутних термо­метрів 1 і 2, що закріплені в термотримачі, який в свою чергу складаєть­ся з двох трубок захисту 3, аспіраційної чашки 4, повітропровідної трубки 5 і термозахисту 6. В верхній частині психрометра знаходиться аспіраційна головка з ключем 7.

Перед роботою резервуар правого термометра огортається одним шаром 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 1) 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 додатних температурах і незначна інерційність, недоліки - залежність результатів вимірювань від швидкості руху газів і коливань атмосферного тиску, зменшення чутливості і ріст похибки при пониженні температури.