Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Гигрометры – что это такое?

16.10.2017


Гигрометры — приборы, основной функцией которых является измерение влажности. Этот показатель влияет и на здоровье людей, и на работу многих приборов, и на свойства материалов, поэтому необходимость его контролировать может возникать в различных отраслях. За время использования гигрометра были разработаны различные принципы действия, получившие широкое распространение.

Виды гигрометров


Существует несколько методов измерения влажности. Абсолютная влажность характеризует, сколько весит водяной пар, который в настоящий момент содержится в кубическом метре атмосферы. Относительная влажность — характеристика, которая показывает, насколько количество влаги, содержащейся в воздухе в момент измерения, близко к максимуму, возможному для данной температуры. Она измеряется в процентах и часто именно с ее помощью описывают метеообстановку. Наконец, кроме абсолютной и относительной влажности, гигрометр может определять точку росы — температуру конденсации водяного пара, содержащегося в воздухе, на холодной поверхности.


Как правило, измерительное оборудование определяет один из трех перечисленных показателей. Однако существуют формулы, позволяющие с помощью вычислений получить остальные два. Поэтому, вне зависимости от того, что измеряет ваш гигрометр — точку росы, абсолютную или относительную влажность — вы сможете при необходимости рассчитать все три характеристики.


За время существования гигрометра было разработано несколько методик, позволяющих определить влажность воздуха. Они отличаются по точности получаемых данных и по сфере применения.


В волосяных гигрометрах измерение выполняется за счёт того, что длина тонкого волоса меняется, реагируя на количество влаги, с которой он контактирует. Прибор имеет определенные ограничения — измерения проводятся лишь в пределах от 30 до 80%. Индикация влажности осуществляется посредством несложного механизма. Изменение микроклимата воздействует на волос, сила натяжения которого усиливается или ослабляется. Он воздействует на шкив, к которому подсоединен. Шкив поворачивается и перемещает стрелку вдоль дугообразной шкалы. Поскольку действие такого гигрометра определяется исключительно законами механики, он не требует внешнего источника питания.



Для определения абсолютной влажности воздуха применяют весовой гигрометр. Он состоит из изогнутых в форме буквы U трубок, соединенных друг с другом и заполненных веществом с хорошей гигроскопичностью, то есть активно впитывающим влагу из воздуха. Через описанную систему трубок продувают фиксированное количество воздуха. Содержавшаяся в нём влага оседает на содержимом трубок, и их масса меняется. Разница между массой системы трубок до и после выполнения измерений позволяет рассчитать, сколько влаги присутствует в данном объеме.



В основе работы механического (керамического) гигрометра — изменение электрического сопротивления массы, содержащей керамические и металлические компоненты. За основу берутся кремний, глина или каолин, к которым добавляются окислы металлов. В результате получается смесь, заметно меняющая сопротивление в ответ на изменение влажности. Гигрометры этого типа часто используются в быту.



Конденсационный гигрометр позволяет получить более точные данные, чем описанные выше механические приборы. Конструкция такого устройства включает в себя охлаждаемую поверхность, на которой конденсируется влага. Встроенный термометр фиксирует температуру, при которой произошла конденсация, а узкий пучок света, направленный на упомянутую поверхность, позволяет точно зафиксировать момент образования конденсата. На основании этих данных электроника рассчитывает относительную влажность и выводит ее на дисплей. Такой принцип действия позволяет свести погрешность к минимуму, выполняя измерения в пределах от 0 до 100%.



В электронных гигрометрах могут использоваться различные принципы действия, в том числе:

  • измерение электропроводимости воздуха, которая зависит от содержащейся в нём влаги;
  • определение точки росы оптоэлектронным методом;
  • измерение электрического сопротивления солей или полимеров, меняющегося в зависимости от влажности;
  • отслеживание изменения ёмкости металлоксидного или полимерного конденсатора.


Все эти методы позволяют получить более точные данные, чем при использовании механического гигрометра. Электронный гигрометр дает меньшую погрешность и особенно удобен, если необходима дальнейшая обработка собранных данных.



Психрометрический гигрометр используется для измерения относительной влажности воздуха за счёт сравнения показаний двух термометров, один из которых помещен во влажную среду. Поскольку влажный будет охлаждаться за счёт испарения жидкости, он покажет более низкую температуру, чем контрольный. При этом, чем меньше влаги в воздухе, тем сильнее показания термометров будут отличаться. Относительная влажность определяется по специальной таблице, а на ее основании при необходимости вычисляется абсолютная.



На основе этого принципа функционируют несколько разновидностей психрометров:

  • Стационарный представляет собой простую конструкцию, смонтированную в метеорологической будке. На штативе укрепляются два термометра, один из которых контактирует с влажной тканью. Считывание показаний и вычисления производятся вручную.
  • Дистанционный конструируется с использованием преобразователей температуры, таких как термисторы или термопары. Например, такой психрометр может состоять из двух манометрических термометров, один из которых увлажняется. Дистанционный психрометр может быть манометрическим или электрическим.
  • Аспирационный состоит из двух термометров, смонтированных в защищенном корпусе и обдуваемых вентилятором-аспиратором. Такая конструкция позволяет получить наибольшую точность измерений.

Сфера применения гигрометров


Задачи, требующие контроля влажности, нередко возникают в различных отраслях промышленности. Современные производители выпускают гигрометры, рассчитанные на конкретную специфику применения, а значит, они наилучшим образом приспособлены для эксплуатации в той или иной сфере деятельности. Вот лишь несколько примеров ситуаций, которые можно решить с помощью этих измерительных приборов:

  • Для длительного хранения сельскохозяйственной продукции, например, в овощехранилищах или зернохранилищах, необходимо соблюдать температурно-влажностный режим. Добиться этого можно, постоянно контролируя микроклимат с помощью гигрометра.
  • Многие лекарственные препараты требуют особых условий хранения и могут потерять свои свойства, если находятся в условиях избыточной влажности.
  • Гигрометр необходим и в библиотеке, поскольку книги, особенно старинные, во влажном микроклимате значительно быстрее приходят в негодность. Материалы, которым уже много лет, могут разрушиться от избытка влаги, а значит, контролировать влажность воздуха нужно, чтобы обеспечить оптимальный режим хранения.
  • Необходимость проконтролировать влажность материалов часто возникает на стройке. Например, степень просушки древесины проверяется для определения, можно ли ее использовать как стройматериал, и если да, то каким образом. Также существуют специализированные гигрометры, предназначенные для определения влажности бетона.
  • Проверка влажности материалов часто проводится и при производстве мебели, ведь изделие, изготовленное из слишком сырой или пересушенной древесины, произведено с нарушением технологии и, скорее всего, прослужит намного меньше.

Профессиональные гигрометры


Гигрометр позволяет измерить не только влажность атмосферного воздуха, но и долю влаги в газовых средах. Для этого используется профессиональные устройства для анализа температуры и влажности неагрессивных газовых сред. Результат измерений часто выражается в единицах точки росы. Они могут быть переносными или стационарными.

Портативные


Основная сфера применения портативных гигрометров — нефтегазовая и нефтехимическая промышленность. С помощью такого прибора определяют микровлажность газа в баллонах или трубопроводах. Они могут работать в широком температурном диапазоне и выводить влажность в различных единицах измерения. Компактность гигрометра позволяет без проблем проводить измерения в нужных точках.

Видеообзор портативного электронного гигрометра


Стационарные


Стационарные гигрометры позволяют не только проводить измерения, но и контролировать технологические процессы. Конструкция прибора позволяет детектировать даже небольшой процент микровлажности. Система подогрева датчика делает измерения более точными, поскольку предотвращает воздействие на него осушающих агентов, которые могут содержаться в газовой смеси.

Сфера применения профессиональных гигрометров


Портативные и стационарные приборы для измерения влажности применяются, в первую очередь, в нефтегазовой и химической промышленности. Однако сфера их использования этим не ограничивается. Гигрометр может понадобиться всюду, где предполагается работа с неагрессивными газовыми смесями и нужно контролировать их состояние. Благодаря этому оборудование для измерения доли влаги в воздухе находит применение на атомных электростанциях, на производстве микроэлектроники, в энергетике. Также их применяют для контроля за процессом осушки природного газа.



Профессиональные гигрометры используются для решения широкого круга задач, связанных с организацией различных производственных процессов. В частности, они становятся незаменимыми, если нужно:

  • обеспечить заданный уровень влажности в помещении, например, для хранения продукции в определенных условиях;
  • оценить влажность в производственном помещении для целей охраны труда;
  • обеспечить нормальное функционирование электротехнического оборудования различного назначения;
  • обеспечить уровень влажности, нужный для реализации конкретного производственного процесса.

Как выбрать гигрометр


Чтобы выбрать подходящий гигрометр, определитесь, как его предстоит использовать. В быту отдают предпочтение недорогим механическим гигрометрам, тогда какна производстве эксплуатируются в основном электронные различных типов, ведь именно они дают наивысшую точность измерений.


Важно определиться, для чего прибор будет использоваться в первую очередь и насколько часто предстоит проводить измерения. Для использования в строительстве может понадобиться специализированный гигрометр для работы с определенной группой материалов, например, древесиной, а в других случаях подходящей окажется стандартная модель. Определите, что именно предстоит измерять, и оцените возможности различных гигрометров, представленных на рынке.


Значимым фактором являются и условия использования. Обратите внимание на то, в каком диапазоне температуры и влажности прибор будет давать корректные показания. В зависимости от особенностей производства может понадобиться гигрометр, функционирующий при крайне высоких или крайне низких температурах. Также следует учитывать погрешность изменений.


Имеет значение и то, как в дальнейшем будут обрабатываться полученные данные. В самом простом случае вам нужно просто однократно провести измерения, чтобы оценить влажность воздуха в помещении или микровлажность газовой смеси. Но стационарные гигрометры позволяют решать и более сложные задачи. С их помощью можно отслеживать изменение параметров, сигнализировать о достижении пороговых значений, а значит, более эффективно контролировать технологический процесс.


Не стоит забывать и об эргономических характеристиках прибора. Крупные цифры на дисплее должны быть контрастными и легко читаемыми. Возможно, вы предпочтете приобрести модель с подсветкой, чтобы без проблем считывать показания при любом уровне освещенности. Эргономика в особенности важна для переносных приборов: их корпус должен быть легким, таким, чтобы его было удобно держать в руке.


Профессиональный гигрометр — инструмент, имеющий широкое применение в различных отраслях промышленности. Он помогает контролировать влажность воздуха, обеспечивая безопасность людей и стабильное функционирование оборудования.

 

www.eksis.ru

Конденсационный гигрометр. Гигрометр для измерения влажности воздуха

Широко распространенным прибором для измерения влажности воздуха (и других газов) является гигрометр конденсационный. Принцип действия его состоит в измерении температуры, называемой точкой росы, при которой начинается конденсация влаги из воздуха.

Что такое влажность воздуха

Гигрометр измеряет содержание влаги в воздухе, которое может быть представлено абсолютной или относительной величиной. Первая из них дает просто массу водяного пара в 1 куб. м воздуха при данной температуре. А вот вторая показывает, насколько водяной пар в воздухе близок к состоянию насыщения, т. е. к динамическому равновесию со своей жидкой фазой — когда нет ни испарения, ни конденсации. Она равна отношению измеренной абсолютной влажности воздуха к его же абсолютной влажности в состоянии насыщения. Когда водяной пар в воздухе насыщен (опять же, при данной температуре), относительная влажность такого воздуха равна 100%. У воздуха же с ненасыщенным водяным паром она, соответственно, меньше.

Как работает гигрометр конденсационный

Принцип действия любого прибора для определения влажности воздуха, как правило, заключается в измерении какой-либо другой величины, такой как температура, давление, масса или механические и электрические изменения в веществе, впитывающем влагу. Путем соответствующей калибровки и расчета эти измеренные величины могут привести к определению абсолютной или относительной влажности. Весьма важную роль в этом процессе играет температура, при которой наступает насыщение пара, называемая точкой росы. Как правило современные электронные приборы для определения влажности воздуха измеряют именно эту температуру или изменения в электрической емкости или сопротивлении различных впитывающих влагу веществ, которые затем пересчитываются (автоматически) в показатели влажности.

Конденсационный гигрометр: устройство

Его работа основана именно на измерении содержания паров воды в воздухе методом точки росы. Этот способ включает охлаждение поверхности, как правило, металлического зеркала, до температуры, при которой вода на поверхности зеркала находится в равновесии с давлением паров воды в газовой пробе выше поверхность. При этой температуре масса воды на поверхности зеркала ни увеличивается (при слишком холодной поверхности), ни уменьшается (при слишком теплой поверхности), т. е пар над зеркалом находится в динамическом равновесии с водяным конденсатом на зеркале (пар насыщен).

Такое зеркало изготавливается из материала с хорошей теплопроводностью (вроде серебра или меди) и покрывается слоем инертного металла, такого как иридий, рубидий, никель или золото, чтобы предотвратить потускнение и окисление. Зеркало охлаждается с помощью термоэлектрического кулера (эффект Пельтье) до начала формирования конденсата. Луч света, как правило, из твердотельного широкополосного светоизлучающего диода, направлен ​​на зеркальную поверхность, а фотодетектор мониторит отраженный свет, поток которого максимален при полном отсутствии конденсата на зеркале.

Способ работы гигрометра с охлаждаемым зеркалом

Когда капли росы формируются на зеркальной поверхности зеркала, то отраженный свет рассеивается. При этом его поток, попадающий в фотодетектор, уменьшается, что приводит к изменению выходного сигнала последнего. Это, в свою очередь, контролируется аналоговой или цифровой системой управления термоэлектрическим кулером, которая поддерживает стабильную температуру зеркала в точке росы. С должным образом разработанной системой зеркало поддерживается при температуре, при которой скорость конденсации в точности равна скорости испарения слоя росы. Точный миниатюрный платиновый термометр сопротивления (PRT), вмонтированный в зеркало, измеряет его температуру в этой точке, которая автоматически пересчитывается в показание влажности.

Гигрометр для измерения влажности воздуха рассматриваемой конструкции включает также вакуумный насос, чтобы закачивать анализируемую порцию газа, и дополнительные элементы фильтрации в грязных условиях.

Преимущества рассматриваемых гигрометров

Подобные приборы, основанные на простом принципе работы, с широким диапазоном измерений, высокой точностью и стабильностью показаний, широко используются в промышленности и в научных исследованиях. Типичный конденсационный гигрометр, в отличие от многих других датчиков влажности, может быть сделан очень стабильным, практически не поддающимся износу, что сводит к минимуму необходимость повторной калибровки. Гигрометр влажности по точке росы способен измерять ее в диапазоне температур от 100 °C до минимальной в -70 °C. При этом точность измерений составляет десятые доли градуса.

Многие гигрометры рассматриваемой конструкции оснащены микропроцессорным управлением и в сочетании с резистивным датчиком температуры способны рассчитать и вывести на внешний индикатор любые желаемые параметры влажности в дополнение или вместо точки росы. Кроме того, эти устройства позволяют передачу результатов с использованием беспроводных технологий. Естественно, что подобные приборы широко используются в составе различных промышленных систем автоматизированного сбора данных и управления соответствующими техпроцессами.

Сколько может стоить подобный гигрометр? Цена его, конечно, определяется в основном набором реализуемых функций, зависящих от наличия и сложности электронной системы управления прибором. Так, стационарный конденсационный гигрометр, внешне похожий на цифровой осциллограф, стоит не менее 4000 долларов. Особо «продвинутые» модели могут стоить и более 10 000 долларов. На рынке можно найти и вполне функциональный портативный гигрометр. Цена его составляет от 1 до 2 тыс. долларов.

Недостатки конденсационных гигрометров

В то время как рассматриваемая система гигрометров считается наиболее эффективной в процессе измерения, ее недостатком является неизбежное загрязнение деталей измерительного тракта в процессе работы.

Гигрометры, оснащенные охлаждаемыми зеркалами, имеют тенденцию к росту неточности измерений из-за наличия растворимых и нерастворимых загрязнений, оседающих на зеркале. Нерастворимые частицы влияют на оптические характеристики зеркала. Умеренная запыленность или появление на зеркале нерастворимых частиц обеспечивают наличие центров концентрации, на которых может образовываться роса или иней, тем самым повышая время отклика прибора. Растворимые примеси влияют на величину давления паров от конденсируемой влаги на зеркало, что смещает точку росы. Современные измерительные гигрометры (по крайней мере, их более сложные модели) включают в себя функции «самопроверки», которые позволяют устройству обнаруживать и реагировать на загрязнение путем введения соответствующих поправок в алгоритмы расчетов показателей влажности.

Независимо от наличия подобных возможностей практически все рассматриваемые гигрометры нуждаются в периодической проверке и очистке.

Обслуживание гигрометров с охлаждаемым зеркалом

Что рекомендует пользователю прибора в этом смысле его инструкция. Гигрометр, являющийся чувствительным к загрязнениям, необходимо периодически очищать для обеспечения стабильности результатов измерений, хотя это и может увеличивать стоимость его обслуживания. Осмотр зеркала прибора обычно выполняется посредством встроенного микроскопа, а техобслуживание его — вручную, после открытия измерительного отсека.

Если очистка поверхности зеркала выполняется с требуемой в инструкции по его эксплуатации периодичностью, то таким образом можно сохранить точность измерений. Удобный доступ к зеркальной поверхности для ее очистки обычно обеспечивается шарниром между оптическими компонентами и зеркалом. На рынке сейчас можно найти любой нужный потребителю конденсационный гигрометр. Фото ниже показывает пример его исполнения.

Применение гигрометров в метрологии

Должным образом разработанный и эксплуатируемый гигрометр с охлаждаемым зеркалом обеспечивает измерения влажности с точностью на несколько порядков большей, чем позволяют другие популярные измерители влажности. Присущая им точность измерений, особенно при оснащении платиновым термометром сопротивления для измерения температуры, зеркалом и микроскопом средней мощности для мониторинга состояния зеркала, делает его идеальным для метрологических измерений. Возможности же передачи информации по беспроводным цифровым каналам связи открывают широкие возможности использования таких гигрометров в глобальных системах сбора и обработки метеоинформации.

Использование в заводских лабораториях и загрязненных средах

Данные приборы для определения влажности воздуха идеально подходят для измерения ее абсолютной величины в заводских климатических лабораториях. Они часто используются в качестве эталонов для контроля точности других инструментов, таких как датчики относительной влажности, применяемые для управления камерами для климатических испытаний.

Стабильность характеристик материалов, используемых в конструкциях данных гигрометров, а также возможность их многократной очистки делают приборы пригодными для весьма долгосрочной службы в средах с наличием большинства загрязняющих веществ без потери калибровки. Эта стабильность характеристик делает их подходящими для использования в газовых потоках, где высокие уровни загрязняющих веществ в пробах газа оказывают на менее стабильные типы датчиков влажности необратимо вредное воздействие. Например, данный тип гигрометров широко используется для контроля точки росы при термоупрочнении поверхностей металлических изделий в воздушной среде со спецпримесями. В таких случаях обеспечение легкого доступа к зеркалу для очистки особенно желательно.

Влагочувствительное производство

Специализированные техпроцессы упаковки, необходимые в производстве фармацевтических препаратов, пленок, покрытий и других продуктов часто контролируются гигрометрами с охлаждаемым зеркалом. Опять же, на их выбор в данном случае влияет стабильность точности измерений и длительный срок эксплуатации. Кроме того, поскольку эти процессы, как правило, менее чувствительны к приборным затратам, высокая стоимость данных гигрометров не является определяющим фактором в выборе схемы мониторинга влажности.

Высокотемпературные газы и их точки росы

Гигрометры данного типа часто выбирают для измерения температур точки росы выше температуры окружающей среды. Приборы с охлаждаемыми зеркалами были использованы еще в 1966 году для мониторинга водородных топливных элементов ракет Apollo, работающих при температуре 250 °C и давлении 700 фунтов на квадратный дюйм. При сегодняшних термоэлектрических технологиях охлаждения зеркал точки росы до 100 °C (и выше, при условии давления выше атмосферного) легко измеряются. В таких случаях все поверхности измерительного отсека гигрометра, находящиеся в контакте с образцом газа, должны иметь температуру выше самой высокой ожидаемой точки росы, иначе на этих поверхностях происходит конденсация, и измерение будет ошибочным.

В гигрометрах, предназначенных для измерения точки росы высокотемпературных газов, обычной практикой является использование электрических обогревателей с терморегулятором для поддержания температуры стенок измерительного отсека выше самых высоких ожидаемых точек росы. Твердотельные оптические компоненты, такие как светодиоды и детекторы, поддерживают при номинальной рабочей температуре (обычно 85 °C) для предотвращения их разрушения и выхода гигрометра из строя. Это может быть достигнуто путем термической изоляции этих компонентов от нагретого измерительного отсека.

fb.ru

Конденсационный гигрометр принцип работы — VashSlesar.ru

Измерение влажности жидких веществ зависит от полярности жидкости, то есть, если вода хорошо растворяется в жидкости, то такая жидкость полярная, и наоборот. Например, бензин является неполярной жидкостью, а спирт – полярной. Концентрация воды в полярной жидкости может быть любой. Плотность жидкости наиболее удобно определять ареометром, который имеет плавающую шкалу.

В неполярной жидкости содержание воды определяют по изменению диэлектрической проницаемости, так как вода в таких жидкостях растворяется в незначительных количествах. Измерение влажности сухих веществ производят методом высушивания в лабораторных условиях. Для этого сравнивают массу вещества до сушки, и после нее. Чтобы быстро определить влажность, применяют специальные измерительные устройства.

В настоящее время наиболее популярным стало:

  • Измерение влажности воздуха для осуществления мониторинга погодных условий с некоторым предсказанием возможного изменения влажности.
  • Нормы гигиены по содержанию в воздухе влаги.
  • Условия технологии, зависящие от влажности внешней среды.

Измерение влажности на химическом производстве требуется для определения влаги в сыпучих или твердых материалах. Например, для управления режимом работы печей требуется контроль текущей величины влажности газов или воздуха. При выполнении сушки в химическом производстве также необходимо периодически измерять содержание влаги в различных веществах. Такой процесс требует значительных затрат энергии, достигающих 15% расходуемого топлива. Например, перед фасовкой цемента, удобрений в мешки осуществляют предварительную сушку.

Методы измерений

В каждом конкретном случае, в котором необходимо измерение влажности, существуют специальные методы. Рассмотрим основные из таких методов.

Психрометрический метод

Заключается в том, что измеряется разность температур 2-х термометров: сухого и влажного. С помощью специального фитиля мокрый термометр поддерживается во влажном состоянии, путем его непрерывного смачивания водой. Вода испаряется с поверхности термометра, тем самым охлаждает его. Скорость испарения прямо пропорционально зависит от влажности. Чем более сухой газ, тем быстрее будет испаряться вода с мокрого термометра. Возникает разность температур влажного и сухого термометров, по которой определяют влажность газа.

Формула для определения влажности использует зависимость между значениями обоих термометров, и давлением пара:

р н.м – р = А рб (t c – t m), где р –давление газа, р н.м. – давление пара при tm (влажного термометра), рб – давление по барометру, А – психрометрическая константа, t c – температура сухого термометра.

По следующей формуле определяют относительную влажность:

φ = р : р н.с *100 = 100 * [р н.м – А р б (tc – tm)] : р н.с

где р н.с, р н.м – парциальное давление насыщенного пара при температурах t c и t m. В связи с тем, что р н.с и р н.м однозначно определяются t c и t m, то при А = const, можно получить зависимость:

φ = f(t c – t m , t c)

Исходя из этой формулы, рассчитываются психометрические таблицы, которые отличаются в зависимости от различных видов термометров. Константа А зависит от условий отведения тепла от термометра во внешнюю среду. В связи с этим для отдельного устройства термометра величина А будет отличаться от других.

Для создания постоянного значения параметра А в каждом термометре создают такой обдув термометра, при котором этот параметр будет постоянным. Шкала психрометра имеет градуировку в влажности. Принцип действия разных видов психрометров одинаков.

Сорбционный метод

Заключается в связи свойств материалов с количеством поглощенной влаги, зависит от влажности контролируемого газа. Работа сорбционного влагомера описана ниже.

Метод точки росы

Фиксация температуры конденсации пара до момента насыщения влагой. Абсолютную влажность вычисляют по температуре точки росы. Это наиболее точный способ, позволяющий при любом давлении газа измерить влажность.

Чувствительным элементом является зеркало, которое требуется охлаждать для образования на нем конденсата влаги газа. Для измерений температуры образования росы спроектированы влагомеры с автоматическим действием.

Очищенная газовая смесь поступает по каналу 1 в камеру 2. В этой камере газ касается с зеркалом оптического канала 3. По нему поток света попадает на оптрон 5 от источника 4. Происходит охлаждение поверхности 3 с помощью термобатареи 6, которая функционирует на элементах Пельтье. Ее принцип действия заключается в протекании тока через поверхности прикосновения разных типов проводников. Вследствие этого выделяется тепло или холод.

При подходе к точке росы оптрон закрывается, и протекание тока по термобатарее прерывается. Термопара 7 определяет температуру точки росы.

На практике имеются трудности в осуществлении этого метода измерения:

  • Определение момента конденсации зависит от способа фиксации.
  • Температура конденсации росы зависит от вида поверхности. Значительно снизить температуру росы может наличие жирных веществ.
  • В агрессивных химически активных газах точка росы может иметь значительные отличия от расчетных значений. Агрессивные газы могут взаимодействовать на поверхность выпадения росы, вызывая ее коррозию.
Влагомеры сорбционного типа

В таких типах чувствительный компонент должен быть в равновесии с контролируемым газом. Практическую популярность получили несколько видов преобразователей.

Электролитические

Содержат электролит. Влажность газа изменяется, вследствие чего изменяется объем влаги на чувствительном элементе. Это ведет к изменению концентрации электролита на чувствительном элементе.

В состав электролита входит хлористый литий. Схемы измерений таких моделей являются мостовыми схемами измерений. Электролитические гигрометры имеют такие недостатки, как влияние концентрации вещества, а также непостоянство характеристики градуировки на измерения.

Электролитические измерители с подогревом по конструкции подобны измерителям электролитического типа без подогрева. Но их принцип работы имеет отличия. Изменение величины электропроводности обуславливает изменение температуры преобразователя.

В случае, если влажность газа повышается, следовательно, повышается электрическая проводимость преобразователя. Это приводит к повышению тока, испарению влаги, что приводит к снижению электрической проводимости.

Температура, которая соответствует этому равновесию, подлежит измерению преобразователем. Модели электролитических влагомеров, имеющих подогрев, обладают повышенной надежностью и простотой конструкции. Их свойства не зависят от загрязнения и пыли

Кулонометрические преобразователи

Выполняют измерение влажности по электрической энергии, потраченной на электролиз влаги, поглощаемой пентаоксидом фосфора. В таких приборах преобразователь включает в себя пластиковый корпус. В его внутреннем канале находятся два электрода, выполненных в виде спиралей, которые не касаются друг друга. Промежуток между электродами занят пентаоксидом фосфора, который обладает хорошей способностью к сушке.

Влага, находящаяся в газе, при соединении с гигроскопическим веществом, создает раствор фосфорной кислоты, имеющей повышенную удельную проводимость. При подключении питания возникает электролиз поглощаемой влаги. При неизменном расходе газа объем воды равен концентрации влаги в контролируемом газе.

Достоинством кулонометрических влагомеров стала независимость показаний от питания и составных частей газа. На качество измерения не влияет загрязненность сорбента. Этот способ не нуждается в градуировке эталонных смесей, и является оптимальным для замеров минимальных концентраций влаги в газе.

Отрицательным фактором способа является необходимость недопущения газов, которые имеют щелочную реакцию. Чувствительный элемент может выйти из строя при их присутствии. Также на точность измерения влияет наличие спиртов.

Пьезосорбционные гигрометры

Работают по принципу применения зависимости частоты колебаний от веса влаги, которая поглощена сорбентом, находящемся на кварцевой пластине.

Характеристики метрологии пьезосорбционных влагомеров зависят от материала сорбента и способа его нанесения на кварцевую пластину. Использование силикагеля позволяет применять пьезосорбционный способ для измерения минимальной концентрации влаги. Устройство чувствительного компонента имеет элементарную конструкцию.

Гигрометры пьезосорбционного типа нуждаются в градуировке по газам, имеющим уже известную величину влажности. Могут быть дополнительные погрешности из-за сорбирования кроме влаги других компонентов контролируемого газа. Такие модели гигрометров используются в химическом производстве и при исследованиях материалов в термобарокамерах.

Измерение влажности

Оптический метод основывается на ослаблении ИК излучения из-за поглощения его водяными парами.

Конденсационный метод заключается в охлаждении газа в холодильнике до окончательной конденсации влаги. Затем влагу измеряют. Этот метод является абсолютным, однако при этом необходимы более трудные процессы.

Тепловой способ измерение влажности заключается в эффекте разной теплопроводности влажных и сухих газов.

Радиационный метод основан на зависимости поглощения инфракрасных лучей, зависящих от влажности.

Емкостный метод основывается на принципе действия емкости, ее емкость будет намного выше, если газ более сухой, так как влага, попавшая между обкладками, снижает емкость.

Кондуктометрический метод работает на зависимости влажности газа от его электрической проводимости. При возрастании влажности повышается и проводимость газа.

Рисунок 1.2 пленочный гигрометр

Гигрометр, в котором приемником является мембрана из гигроскопической органической пленки. Центр мембраны соединен с передаточным механизмом прибора. Упругие деформации пленки при колебаниях влажности воздуха передаются с помощью кинематической системы на стрелку прибора, перемещающуюся по шкале.

Вариант абсорбционного гигрометра для определения абсолютной влажности по увеличению веса гигроскопического вещества после поглощения водяного пара из влажного воздуха. Состоит из системы U-образных трубок, наполненных хлористым кальцием. Прирост веса системы, деленный на объем пропущенного воздуха, позволяет определить абсолютную влажность.

Синоним: химический гигрометр.

В электролитическом гигрометре используется покрытая гигроскопическим слоем электролита ( обычно, хлористого лития, со связующим материалом) пластинка из электроизоляционного материала, такого, как стекло или полистирол. Концентрация электролита, при изменении влажности воздуха, меняется, а следовательно, меняется и сопротивление покрытой слоем электролита пластинки. Недостатком такого гигрометра является зависимость его показаний от температуры.

Керамический гигрометр действует на основании физической зависимости электрического сопротивления твёрдой и пористой керамических масс (смесь глины, каолина, кремния и окислов металла) от влажности воздуха.

Принцип действия конденсационных гигрометров основан на определении точки росы. Конденсационный гигрометр способен определить точку росы по температуре охлаждаемого металлического зеркальца в момент появления на нём следов воды (или льда), которые конденсируются из окружающего воздуха. Конденсационный гигрометр конструктивно состоит из устройства охлаждения зеркальца, термометра, измеряющего, непосредственно, температуру зеркальца, а также оптического или электрического устройства, которое фиксирует момент конденсации. В современных конденсационных гигрометрах для охлаждения зеркальца используется полупроводниковый элемент, принцип действия которого основывается на эффекте Пельтье, а температура зеркальца измеряется вмонтированным в него проволочным сопротивлением или с помощью полупроводникового микротермометра.

По принципу работы

В простейшем случае емкостные гигрометры это просто обычные конденсаторы с воздушным зазором. Диэлектрическая проницаемость воздуха зависит от влажности, и ее изменение приведет к изменению емкости.

В более сложном случае воздушный зазор может быть заменен диэлектриком, диэлектрическая проницаемость которого сильно меняется под действием влажности. Такой подход позволяет улучшить качества датчика. Кроме того, этот подход может использован для измерения содержания влаги в твердых веществах. Между обкладками конденсатора кладется измеряемый объект, например таблетка, конденсатор подключается к генератору и LC колебательному контуру, счетчик будет измерять частоту контура, по этой частоте можно говорить об величине колебательного контура. Этот метод имеет некоторые недостатки: при влажности ниже 0.5% он неточен, также требует очистки образца от частиц с высокой диэлектрической проницаемости, кроме того важна форма образца во время проведения испытаний, она не должна меняться.

Последний тип это тонкопленочный емкостных гигрометр. Он состоит из подложки, а на него нанесены два электрода имеющие гребенчатую форму. На рисунке один из них изображен красным, второй синим. Эти два электрода и будут играть роль обкладок конденсатора. Для дополнительной термокомпенсации в датчики такого типа вводят два датчика температуры.

Этот датчик состоит из двух электродов нанесенных на подложку, а сверху этих электродов наносится слой материала с достаточно низким сопротивлением, но это сопротивление очень сильно зависит от влажности. Таким материалом может является оксид алюминия. Этот материал хорошо поглощает воду из окружающей среды, отчего меняется его удельное сопротивление. В итоге общее сопротивление этого датчика будет зависеть от влажности, а по величине протекающего тока судят об уровне влажности.

Главное преимущество этих датчиков их малая стоимость.

Термисторные гигрометры состоят из двух термисторов. Напомним, что термистор это сопротивление чувствительное к изменению температуры. Один из этих терморезисторов помещают в герметичную камеру с сухим воздухом. А второй в камеру с отверстием, через которое поступает воздух с неизвестной влажностью. Эти терморизисторы соединяют в мостовую схему. На одну диагональ моста падают напряжение, а на другой снимают результаты. Если выходной напряжение равно нулю, то значит, температура обоих термисторов одинакова, а значит и одинакова влажность. Соответственно, если на выходе появляется напряжение, то значит влажности в сухой и измеряемой камере разные, по величине и знаку напряжения можно судить о величине влажности.

Почему же температура терморезистора изменяется при взаимодействии на него влажного воздуха!? Дело в том, что при повышенной влажности на терморезисторе начинает испаряться влага, а при испарении температура уменьшается. Чем выше влажность, тем интенсивней идет испарение и тем сильнее остывает терморезистор.

Самый точный вид гигрометров. В основу работы этого типа датчиков влажности заложено понятие точки росы.

Точка росы — это температура, при которой жидкая и газообразная фазы находятся в термодинамическом равновесии. Если взять стекло поместить его в газообразную среду, при температуре выше точки росы и начать охлаждать, то при определенной температуре на стекле будут выступать капли воды. Температура при которой начнут появляться эти капли и будет точкой росы. Точка росы зависит от двух параметров: давления и влажности окружающей среды. В итоге если мы сможем измерить точку росы и давление, то сможем с легкостью определить характеристики влажности. Этот принцип и заложен в оптических датчиках влажности.

На рисунке изображена упрощенная схема оптического гигрометра. Он состоит из диода, который светит на зеркало. Зеркало в свою очередь отражает свет на фотодетектор. Зеркало может подогреваться или охлаждаться специальным высокоточным устройством регулирование температуры. В качестве такого устройства часто используется термоэлектрический насос. На зеркале установлендатчик измерения температуры. В начале измерения температура зеркала выставляется на уровень выше точки росы. Затем происходить его постепенное охлаждение. Как только температура пересекает точку росы, на зеркале начинают появляться капли и луч света преломляясь от них, рассеивается, что влечет уменьшение тока на выходе фотодетектора. Фотодетектор с помощью обратной связи соединен с устройством регулирования температуры зеркала. Это устройство с помощью сигналов от фотодетектора будет удерживать температуру равную точке росы, не больше и не меньше, а термодатчик выдаст сигнал соответствующий этой температуре. При известном давлении по этой информации можно будет определить все показатели влажности(RH, давление пара и другие)

Этот тип датчиков имеет как неоспоримое преимущество — самая высокая точность, недостижимая другими типами датчиков, и отсутствие гистерезиса. Так и недостатки — самая высокая стоимость, большое потребление электроэнергии и иногда может возникать необходимость чистки зеркала.

Широко распространенным прибором для измерения влажности воздуха (и других газов) является гигрометр конденсационный. Принцип действия его состоит в измерении температуры, называемой точкой росы, при которой начинается конденсация влаги из воздуха.

Что такое влажность воздуха

Гигрометр измеряет содержание влаги в воздухе, которое может быть представлено абсолютной или относительной величиной. Первая из них дает просто массу водяного пара в 1 куб. м воздуха при данной температуре. А вот вторая показывает, насколько водяной пар в воздухе близок к состоянию насыщения, т. е. к динамическому равновесию со своей жидкой фазой — когда нет ни испарения, ни конденсации. Она равна отношению измеренной абсолютной влажности воздуха к его же абсолютной влажности в состоянии насыщения. Когда водяной пар в воздухе насыщен (опять же, при данной температуре), относительная влажность такого воздуха равна 100%. У воздуха же с ненасыщенным водяным паром она, соответственно, меньше.

Как работает гигрометр конденсационный

Принцип действия любого прибора для определения влажности воздуха, как правило, заключается в измерении какой-либо другой величины, такой как температура, давление, масса или механические и электрические изменения в веществе, впитывающем влагу. Путем соответствующей калибровки и расчета эти измеренные величины могут привести к определению абсолютной или относительной влажности. Весьма важную роль в этом процессе играет температура, при которой наступает насыщение пара, называемая точкой росы. Как правило современные электронные приборы для определения влажности воздуха измеряют именно эту температуру или изменения в электрической емкости или сопротивлении различных впитывающих влагу веществ, которые затем пересчитываются (автоматически) в показатели влажности.

Конденсационный гигрометр: устройство

Его работа основана именно на измерении содержания паров воды в воздухе методом точки росы. Этот способ включает охлаждение поверхности, как правило, металлического зеркала, до температуры, при которой вода на поверхности зеркала находится в равновесии с давлением паров воды в газовой пробе выше поверхность. При этой температуре масса воды на поверхности зеркала ни увеличивается (при слишком холодной поверхности), ни уменьшается (при слишком теплой поверхности), т. е пар над зеркалом находится в динамическом равновесии с водяным конденсатом на зеркале (пар насыщен).

Такое зеркало изготавливается из материала с хорошей теплопроводностью (вроде серебра или меди) и покрывается слоем инертного металла, такого как иридий, рубидий, никель или золото, чтобы предотвратить потускнение и окисление. Зеркало охлаждается с помощью термоэлектрического кулера (эффект Пельтье) до начала формирования конденсата. Луч света, как правило, из твердотельного широкополосного светоизлучающего диода, направлен ​​на зеркальную поверхность, а фотодетектор мониторит отраженный свет, поток которого максимален при полном отсутствии конденсата на зеркале.

Способ работы гигрометра с охлаждаемым зеркалом

Когда капли росы формируются на зеркальной поверхности зеркала, то отраженный свет рассеивается. При этом его поток, попадающий в фотодетектор, уменьшается, что приводит к изменению выходного сигнала последнего. Это, в свою очередь, контролируется аналоговой или цифровой системой управления термоэлектрическим кулером, которая поддерживает стабильную температуру зеркала в точке росы. С должным образом разработанной системой зеркало поддерживается при температуре, при которой скорость конденсации в точности равна скорости испарения слоя росы. Точный миниатюрный платиновый термометр сопротивления (PRT), вмонтированный в зеркало, измеряет его температуру в этой точке, которая автоматически пересчитывается в показание влажности.

Гигрометр для измерения влажности воздуха рассматриваемой конструкции включает также вакуумный насос, чтобы закачивать анализируемую порцию газа, и дополнительные элементы фильтрации в грязных условиях.

Преимущества рассматриваемых гигрометров

Подобные приборы, основанные на простом принципе работы, с широким диапазоном измерений, высокой точностью и стабильностью показаний, широко используются в промышленности и в научных исследованиях. Типичный конденсационный гигрометр, в отличие от многих других датчиков влажности, может быть сделан очень стабильным, практически не поддающимся износу, что сводит к минимуму необходимость повторной калибровки. Гигрометр влажности по точке росы способен измерять ее в диапазоне температур от 100 °C до минимальной в -70 °C. При этом точность измерений составляет десятые доли градуса.

Многие гигрометры рассматриваемой конструкции оснащены микропроцессорным управлением и в сочетании с резистивным датчиком температуры способны рассчитать и вывести на внешний индикатор любые желаемые параметры влажности в дополнение или вместо точки росы. Кроме того, эти устройства позволяют передачу результатов с использованием беспроводных технологий. Естественно, что подобные приборы широко используются в составе различных промышленных систем автоматизированного сбора данных и управления соответствующими техпроцессами.

Сколько может стоить подобный гигрометр? Цена его, конечно, определяется в основном набором реализуемых функций, зависящих от наличия и сложности электронной системы управления прибором. Так, стационарный конденсационный гигрометр, внешне похожий на цифровой осциллограф, стоит не менее 4000 долларов. Особо «продвинутые» модели могут стоить и более 10 000 долларов. На рынке можно найти и вполне функциональный портативный гигрометр. Цена его составляет от 1 до 2 тыс. долларов.

Недостатки конденсационных гигрометров

В то время как рассматриваемая система гигрометров считается наиболее эффективной в процессе измерения, ее недостатком является неизбежное загрязнение деталей измерительного тракта в процессе работы.

Гигрометры, оснащенные охлаждаемыми зеркалами, имеют тенденцию к росту неточности измерений из-за наличия растворимых и нерастворимых загрязнений, оседающих на зеркале. Нерастворимые частицы влияют на оптические характеристики зеркала. Умеренная запыленность или появление на зеркале нерастворимых частиц обеспечивают наличие центров концентрации, на которых может образовываться роса или иней, тем самым повышая время отклика прибора. Растворимые примеси влияют на величину давления паров от конденсируемой влаги на зеркало, что смещает точку росы. Современные измерительные гигрометры (по крайней мере, их более сложные модели) включают в себя функции «самопроверки», которые позволяют устройству обнаруживать и реагировать на загрязнение путем введения соответствующих поправок в алгоритмы расчетов показателей влажности.

Независимо от наличия подобных возможностей практически все рассматриваемые гигрометры нуждаются в периодической проверке и очистке.

Обслуживание гигрометров с охлаждаемым зеркалом

Что рекомендует пользователю прибора в этом смысле его инструкция. Гигрометр, являющийся чувствительным к загрязнениям, необходимо периодически очищать для обеспечения стабильности результатов измерений, хотя это и может увеличивать стоимость его обслуживания. Осмотр зеркала прибора обычно выполняется посредством встроенного микроскопа, а техобслуживание его — вручную, после открытия измерительного отсека.

Если очистка поверхности зеркала выполняется с требуемой в инструкции по его эксплуатации периодичностью, то таким образом можно сохранить точность измерений. Удобный доступ к зеркальной поверхности для ее очистки обычно обеспечивается шарниром между оптическими компонентами и зеркалом. На рынке сейчас можно найти любой нужный потребителю конденсационный гигрометр. Фото ниже показывает пример его исполнения.

Применение гигрометров в метрологии

Должным образом разработанный и эксплуатируемый гигрометр с охлаждаемым зеркалом обеспечивает измерения влажности с точностью на несколько порядков большей, чем позволяют другие популярные измерители влажности. Присущая им точность измерений, особенно при оснащении платиновым термометром сопротивления для измерения температуры, зеркалом и микроскопом средней мощности для мониторинга состояния зеркала, делает его идеальным для метрологических измерений. Возможности же передачи информации по беспроводным цифровым каналам связи открывают широкие возможности использования таких гигрометров в глобальных системах сбора и обработки метеоинформации.

Использование в заводских лабораториях и загрязненных средах

Данные приборы для определения влажности воздуха идеально подходят для измерения ее абсолютной величины в заводских климатических лабораториях. Они часто используются в качестве эталонов для контроля точности других инструментов, таких как датчики относительной влажности, применяемые для управления камерами для климатических испытаний.

Стабильность характеристик материалов, используемых в конструкциях данных гигрометров, а также возможность их многократной очистки делают приборы пригодными для весьма долгосрочной службы в средах с наличием большинства загрязняющих веществ без потери калибровки. Эта стабильность характеристик делает их подходящими для использования в газовых потоках, где высокие уровни загрязняющих веществ в пробах газа оказывают на менее стабильные типы датчиков влажности необратимо вредное воздействие. Например, данный тип гигрометров широко используется для контроля точки росы при термоупрочнении поверхностей металлических изделий в воздушной среде со спецпримесями. В таких случаях обеспечение легкого доступа к зеркалу для очистки особенно желательно.

Влагочувствительное производство

Специализированные техпроцессы упаковки, необходимые в производстве фармацевтических препаратов, пленок, покрытий и других продуктов часто контролируются гигрометрами с охлаждаемым зеркалом. Опять же, на их выбор в данном случае влияет стабильность точности измерений и длительный срок эксплуатации. Кроме того, поскольку эти процессы, как правило, менее чувствительны к приборным затратам, высокая стоимость данных гигрометров не является определяющим фактором в выборе схемы мониторинга влажности.

Высокотемпературные газы и их точки росы

Гигрометры данного типа часто выбирают для измерения температур точки росы выше температуры окружающей среды. Приборы с охлаждаемыми зеркалами были использованы еще в 1966 году для мониторинга водородных топливных элементов ракет Apollo, работающих при температуре 250 °C и давлении 700 фунтов на квадратный дюйм. При сегодняшних термоэлектрических технологиях охлаждения зеркал точки росы до 100 °C (и выше, при условии давления выше атмосферного) легко измеряются. В таких случаях все поверхности измерительного отсека гигрометра, находящиеся в контакте с образцом газа, должны иметь температуру выше самой высокой ожидаемой точки росы, иначе на этих поверхностях происходит конденсация, и измерение будет ошибочным.

В гигрометрах, предназначенных для измерения точки росы высокотемпературных газов, обычной практикой является использование электрических обогревателей с терморегулятором для поддержания температуры стенок измерительного отсека выше самых высоких ожидаемых точек росы. Твердотельные оптические компоненты, такие как светодиоды и детекторы, поддерживают при номинальной рабочей температуре (обычно 85 °C) для предотвращения их разрушения и выхода гигрометра из строя. Это может быть достигнуто путем термической изоляции этих компонентов от нагретого измерительного отсека.

vashslesar.ru

Конденсационный гигрометр устройство и принцип действия — VashSlesar.ru

Широко распространенным прибором для измерения влажности воздуха (и других газов) является гигрометр конденсационный. Принцип действия его состоит в измерении температуры, называемой точкой росы, при которой начинается конденсация влаги из воздуха.

Что такое влажность воздуха

Гигрометр измеряет содержание влаги в воздухе, которое может быть представлено абсолютной или относительной величиной. Первая из них дает просто массу водяного пара в 1 куб. м воздуха при данной температуре. А вот вторая показывает, насколько водяной пар в воздухе близок к состоянию насыщения, т. е. к динамическому равновесию со своей жидкой фазой — когда нет ни испарения, ни конденсации. Она равна отношению измеренной абсолютной влажности воздуха к его же абсолютной влажности в состоянии насыщения. Когда водяной пар в воздухе насыщен (опять же, при данной температуре), относительная влажность такого воздуха равна 100%. У воздуха же с ненасыщенным водяным паром она, соответственно, меньше.

Как работает гигрометр конденсационный

Принцип действия любого прибора для определения влажности воздуха, как правило, заключается в измерении какой-либо другой величины, такой как температура, давление, масса или механические и электрические изменения в веществе, впитывающем влагу. Путем соответствующей калибровки и расчета эти измеренные величины могут привести к определению абсолютной или относительной влажности. Весьма важную роль в этом процессе играет температура, при которой наступает насыщение пара, называемая точкой росы. Как правило современные электронные приборы для определения влажности воздуха измеряют именно эту температуру или изменения в электрической емкости или сопротивлении различных впитывающих влагу веществ, которые затем пересчитываются (автоматически) в показатели влажности.

Конденсационный гигрометр: устройство

Его работа основана именно на измерении содержания паров воды в воздухе методом точки росы. Этот способ включает охлаждение поверхности, как правило, металлического зеркала, до температуры, при которой вода на поверхности зеркала находится в равновесии с давлением паров воды в газовой пробе выше поверхность. При этой температуре масса воды на поверхности зеркала ни увеличивается (при слишком холодной поверхности), ни уменьшается (при слишком теплой поверхности), т. е пар над зеркалом находится в динамическом равновесии с водяным конденсатом на зеркале (пар насыщен).

Такое зеркало изготавливается из материала с хорошей теплопроводностью (вроде серебра или меди) и покрывается слоем инертного металла, такого как иридий, рубидий, никель или золото, чтобы предотвратить потускнение и окисление. Зеркало охлаждается с помощью термоэлектрического кулера (эффект Пельтье) до начала формирования конденсата. Луч света, как правило, из твердотельного широкополосного светоизлучающего диода, направлен ​​на зеркальную поверхность, а фотодетектор мониторит отраженный свет, поток которого максимален при полном отсутствии конденсата на зеркале.

Способ работы гигрометра с охлаждаемым зеркалом

Когда капли росы формируются на зеркальной поверхности зеркала, то отраженный свет рассеивается. При этом его поток, попадающий в фотодетектор, уменьшается, что приводит к изменению выходного сигнала последнего. Это, в свою очередь, контролируется аналоговой или цифровой системой управления термоэлектрическим кулером, которая поддерживает стабильную температуру зеркала в точке росы. С должным образом разработанной системой зеркало поддерживается при температуре, при которой скорость конденсации в точности равна скорости испарения слоя росы. Точный миниатюрный платиновый термометр сопротивления (PRT), вмонтированный в зеркало, измеряет его температуру в этой точке, которая автоматически пересчитывается в показание влажности.

Гигрометр для измерения влажности воздуха рассматриваемой конструкции включает также вакуумный насос, чтобы закачивать анализируемую порцию газа, и дополнительные элементы фильтрации в грязных условиях.

Преимущества рассматриваемых гигрометров

Подобные приборы, основанные на простом принципе работы, с широким диапазоном измерений, высокой точностью и стабильностью показаний, широко используются в промышленности и в научных исследованиях. Типичный конденсационный гигрометр, в отличие от многих других датчиков влажности, может быть сделан очень стабильным, практически не поддающимся износу, что сводит к минимуму необходимость повторной калибровки. Гигрометр влажности по точке росы способен измерять ее в диапазоне температур от 100 °C до минимальной в -70 °C. При этом точность измерений составляет десятые доли градуса.

Многие гигрометры рассматриваемой конструкции оснащены микропроцессорным управлением и в сочетании с резистивным датчиком температуры способны рассчитать и вывести на внешний индикатор любые желаемые параметры влажности в дополнение или вместо точки росы. Кроме того, эти устройства позволяют передачу результатов с использованием беспроводных технологий. Естественно, что подобные приборы широко используются в составе различных промышленных систем автоматизированного сбора данных и управления соответствующими техпроцессами.

Сколько может стоить подобный гигрометр? Цена его, конечно, определяется в основном набором реализуемых функций, зависящих от наличия и сложности электронной системы управления прибором. Так, стационарный конденсационный гигрометр, внешне похожий на цифровой осциллограф, стоит не менее 4000 долларов. Особо «продвинутые» модели могут стоить и более 10 000 долларов. На рынке можно найти и вполне функциональный портативный гигрометр. Цена его составляет от 1 до 2 тыс. долларов.

Недостатки конденсационных гигрометров

В то время как рассматриваемая система гигрометров считается наиболее эффективной в процессе измерения, ее недостатком является неизбежное загрязнение деталей измерительного тракта в процессе работы.

Гигрометры, оснащенные охлаждаемыми зеркалами, имеют тенденцию к росту неточности измерений из-за наличия растворимых и нерастворимых загрязнений, оседающих на зеркале. Нерастворимые частицы влияют на оптические характеристики зеркала. Умеренная запыленность или появление на зеркале нерастворимых частиц обеспечивают наличие центров концентрации, на которых может образовываться роса или иней, тем самым повышая время отклика прибора. Растворимые примеси влияют на величину давления паров от конденсируемой влаги на зеркало, что смещает точку росы. Современные измерительные гигрометры (по крайней мере, их более сложные модели) включают в себя функции «самопроверки», которые позволяют устройству обнаруживать и реагировать на загрязнение путем введения соответствующих поправок в алгоритмы расчетов показателей влажности.

Независимо от наличия подобных возможностей практически все рассматриваемые гигрометры нуждаются в периодической проверке и очистке.

Обслуживание гигрометров с охлаждаемым зеркалом

Что рекомендует пользователю прибора в этом смысле его инструкция. Гигрометр, являющийся чувствительным к загрязнениям, необходимо периодически очищать для обеспечения стабильности результатов измерений, хотя это и может увеличивать стоимость его обслуживания. Осмотр зеркала прибора обычно выполняется посредством встроенного микроскопа, а техобслуживание его — вручную, после открытия измерительного отсека.

Если очистка поверхности зеркала выполняется с требуемой в инструкции по его эксплуатации периодичностью, то таким образом можно сохранить точность измерений. Удобный доступ к зеркальной поверхности для ее очистки обычно обеспечивается шарниром между оптическими компонентами и зеркалом. На рынке сейчас можно найти любой нужный потребителю конденсационный гигрометр. Фото ниже показывает пример его исполнения.

Применение гигрометров в метрологии

Должным образом разработанный и эксплуатируемый гигрометр с охлаждаемым зеркалом обеспечивает измерения влажности с точностью на несколько порядков большей, чем позволяют другие популярные измерители влажности. Присущая им точность измерений, особенно при оснащении платиновым термометром сопротивления для измерения температуры, зеркалом и микроскопом средней мощности для мониторинга состояния зеркала, делает его идеальным для метрологических измерений. Возможности же передачи информации по беспроводным цифровым каналам связи открывают широкие возможности использования таких гигрометров в глобальных системах сбора и обработки метеоинформации.

Использование в заводских лабораториях и загрязненных средах

Данные приборы для определения влажности воздуха идеально подходят для измерения ее абсолютной величины в заводских климатических лабораториях. Они часто используются в качестве эталонов для контроля точности других инструментов, таких как датчики относительной влажности, применяемые для управления камерами для климатических испытаний.

Стабильность характеристик материалов, используемых в конструкциях данных гигрометров, а также возможность их многократной очистки делают приборы пригодными для весьма долгосрочной службы в средах с наличием большинства загрязняющих веществ без потери калибровки. Эта стабильность характеристик делает их подходящими для использования в газовых потоках, где высокие уровни загрязняющих веществ в пробах газа оказывают на менее стабильные типы датчиков влажности необратимо вредное воздействие. Например, данный тип гигрометров широко используется для контроля точки росы при термоупрочнении поверхностей металлических изделий в воздушной среде со спецпримесями. В таких случаях обеспечение легкого доступа к зеркалу для очистки особенно желательно.

Влагочувствительное производство

Специализированные техпроцессы упаковки, необходимые в производстве фармацевтических препаратов, пленок, покрытий и других продуктов часто контролируются гигрометрами с охлаждаемым зеркалом. Опять же, на их выбор в данном случае влияет стабильность точности измерений и длительный срок эксплуатации. Кроме того, поскольку эти процессы, как правило, менее чувствительны к приборным затратам, высокая стоимость данных гигрометров не является определяющим фактором в выборе схемы мониторинга влажности.

Высокотемпературные газы и их точки росы

Гигрометры данного типа часто выбирают для измерения температур точки росы выше температуры окружающей среды. Приборы с охлаждаемыми зеркалами были использованы еще в 1966 году для мониторинга водородных топливных элементов ракет Apollo, работающих при температуре 250 °C и давлении 700 фунтов на квадратный дюйм. При сегодняшних термоэлектрических технологиях охлаждения зеркал точки росы до 100 °C (и выше, при условии давления выше атмосферного) легко измеряются. В таких случаях все поверхности измерительного отсека гигрометра, находящиеся в контакте с образцом газа, должны иметь температуру выше самой высокой ожидаемой точки росы, иначе на этих поверхностях происходит конденсация, и измерение будет ошибочным.

В гигрометрах, предназначенных для измерения точки росы высокотемпературных газов, обычной практикой является использование электрических обогревателей с терморегулятором для поддержания температуры стенок измерительного отсека выше самых высоких ожидаемых точек росы. Твердотельные оптические компоненты, такие как светодиоды и детекторы, поддерживают при номинальной рабочей температуре (обычно 85 °C) для предотвращения их разрушения и выхода гигрометра из строя. Это может быть достигнуто путем термической изоляции этих компонентов от нагретого измерительного отсека.

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 человеческого 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 волосного и плёночного гигрометра 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. В современных конденсационных гигрометрах для охлаждения зеркальца пользуются полупроводниковым элементом, принцип действия которого основан на Пельтье эффекте, а температура зеркальца измеряется вмонтированным в него проволочным сопротивлением или полупроводниковым микротермометром.

физический влажность конденсационный гигрометр

Конденсационный гигрометр. Принцип действия конденсационного гигрометра основан на явлении «точка росы». Тело, температуру которого в любой момент времени можно измерить, постепенно охлаждают до появления росы или инея на его поверхности. Затем процесс стабилизируют таким образом, чтобы между воздухом и каплями росы поддерживалось равновесное состояние.

Измеряемая температура представляет собой, следовательно, «точку росы», Td (индекс d соответствует английскому dew point) или «точку инея», Tf (f от английского frost point). Начиная именно от этой точки росы, определяют давление пара во влажном воздухе.

Гигрометры на основе точки росы приобрели достаточную точность и стали конкурентоспособными после их автоматизации. На рисунке 1 изображена конструкция гигрометра и электрическая принципиальная схема его включения.

Основными элементами гигрометра являются зеркало и система регулирования его температуры, датчик для измерения температуры зеркала (платиновый термометр сопротивления или термопара), источник светового пучка и оптический детектор.

Источник света освещает металлическое зеркало таким образом, чтобы в отсутствие конденсата свет на детектор не попадал. Затем производится охлаждение зеркала (эффект Пельтье, блок охлаждения, сухой лед, жидкий азот и т.п.) вплоть до появления конденсации. При появлении слоя росы или инея рассеянный свет попадает на детектор, который через систему подстройки дает команду на подогрев зеркала. При повышении температуры роса исчезает и исчезает также рассеянный свет, что вновь приводит к охлаждению зеркала. С помощью надлежащей настройки можно получить слой конденсата определенной толщины и достичь, таким образом, равновесного состояния между паром и его конденсатом. Датчик температуры, прикрепляемый к обратной стороне зеркала, позволяет измерить его температуру.

Рисунок 1 — Конденсационный гигрометр а — принципиальная схема; б — конструкция гигрометра

1 — источник света; 2 — фоточувствительные детектор; 3 — регулятор; 4 — блок для охлаждения и нагрева; 5 — датчик температуры; 6 — зеркало; 7 — питание; 8 — оптический блок; 9 — термистор; 10 — фоторезистор; 11 — окно; 12 — зеркало; 13 — газ; 14 — ыоды датчика температуры; 15 — охлаждение; 16 — терморезистор

К числу факторов, влияющих на точность гигрометра относятся следующие. Градиенты температуры, утечки тепла. Согласно теоретическому определению, температура точки росы относится к границе раздела воздух — вода. В материале между этой поверхностью и датчиком температуры, закрепленным с обратной стороны зеркала, существует градиент температуры. Дополнительная погрешность вносится теплопроводностью проводов датчика и саморазогревом датчика при использовании платинового термометра сопротивления. Следует, однако, отметить, что все это — систематические погрешности, которые можно учесть при градуировке гигрометра.

Точка росы и точка инея. При точке росы ниже 0 °С вода может находиться в виде льда либо переохлажденной жидкости. Таким образом, для одинаковых массовых отношений влаги возможны два равновесных состояния, соответствующие различным равновесным парциальным давлениям. Поэтому при данном массовом отношении влаги температура точки росы и температура появления инея могут быть различными, и этим различием нельзя пренебречь. Если осажденный слой содержит примеси, то этот эффект не проявляется. Его можно избежать различными способами, например, вибрацией зеркала или охлаждением до очень низких температур, чтобы наверняка попасть в твердофазную область, с последующим повышением температуры до точки инея.

Фазовый переход вода — лед необязательно происходит около 0 °С. Некоторые приборы могут функционировать в воде, переохлажденной до температур ниже -10 °С. Некоторые гигрометры снабжены средствами оптического наблюдения зеркала, какой бы ни была температура точки росы.

Снос характеристики системы детектирования. Детектор и связанный с ним блок электроники имеют очень высокую чувствительность. Необходимо регулярно производить градуировку гигрометров для компенсации:

  • — дрейфа системы детектирования;
  • — влияния загрязнений на поверхности зеркала, рассеивающих свет;
  • — появления дефектов на поверхности зеркала (царапин в результате чистки).

Для градуировки испаряют всю росу или иней и производят автоматическую компенсацию изменения отражающей способности зеркала (обусловленного главным образом загрязнением зеркала).

Рассмотрим метрологические характеристики гигрометра.

Конденсационный гигрометр — единственный прибор, рабочий диапазон измерений которого достаточно широк: от -70 °С до +100 °С (в ряде случаев даже выше). Некоторые гигрометры этого типа предусматривают возможность функционирования при температурах вплоть до 180 °С для измерения точки росы кислот или для проведения измерений под давлением.

Точность определения точки росы зависит, с одной стороны, от точности измерения температуры, а с другой — от различных систематических погрешностей. Некоторые модели приборов имеют паспортную погрешность не более ± 0,2 °С. Такая точность требует, при температурах ниже 0 °С, знания состава конденсата. Время запаздывания самого прибора обычно мало по сравнению с постоянной времени системы отбора проб и составляет несколько минут для температуры точки росы выше примерно +20 °С. При -80 °С и расходе воздуха 10 л/ч для образования слоя льда толщиной 0,3 мкм требуется 3 ч, что дает порядок величины постоянной времени запаздывания. Важным достоинством гигрометров этого типа является их способность работать в коррозионной среде (продукты сгорания). Сложность конструкции и хрупкость конденсационных гигрометров, их высокая стоимость и необходимость частой регулировки ограничивают применение этих приборов лабораторными исследованиями.

Емкостный гигрометр на основе полимерного диэлектрика.

Слой полимерного диэлектрика толщиной несколько микрон поглощает из окружающего воздуха молекулы воды, в результате чего устанавливается равновесие с воздухом. Это приводит к изменению диэлектрической постоянной слоя и, соответственно, изменению емкости конденсатора, в котором используется этот диэлектрик. Опыт показывает, что при этом изменение емкости в зависимости от относительной влажности достаточно хорошо описывается линейным законом, а коэффициент пропорциональности слабо зависит от температуры. Существуют различные способы изготовления тонкослойных конденсаторов.

Рисунок 2 — Емкостной гигрометр на основе полимерного диэлектрика а — измерительная ячейка; б — пористый электрод, 1-тантал; 2-пористый электрод; 3-полимер; 4-подложка.

Технология изготовления включает осаждение полимера на первый танталовый электрод, а затем нанесение на полимер тонкого (толщиной от 100 до 10000 Е) слоя хрома путем вакуумного напыления. Этот слой вызывает появление трещин в диэлектрическом слое (рисунок 2, б), что, в частности, устраняет зависимость постоянной времени запаздывания от толщины этого слоя. Здесь хром используется для того, чтобы сделать датчик не чувствительным к серосодержащим примесям. В некоторых емкостных гигрометрах в качестве пористого электрода используется очень тонкий (

100 Е) слой золота.

Метрологические характеристики. Диапазон измерений влажности охватывает от 0 до 100% для температур — 40 °С ч +80 °С или даже до +100 °С в зависимости от типа датчика.

Погрешность таких гигрометров составляет от ±2 до ±3% в зависимости от рабочей области и типа прибора. Постоянная времени для достижения 90% конечной величины влажности при изменении относительной влажности от 50 до 90% (или в обратном направлении) составляет

1 ч 2 с. Влияние температуры на чувствительный элемент датчика пренебрежимо мало, что позволяет обойтись без температурной компенсации. Чувствительный элемент можно погружать в воду практически без риска его испортить. Как и резистивные датчики, эти гигрометры можно применять совместно с портативными калибровочными приборами, в которых используются насыщенные растворы солей.

Емкостный гигрометр на основе диэлектрического слоя оксида алюминия.

Используемый диэлектрик представляет собой слой оксида алюминия, нанесенный посредством анодного осаждения на алюминиевую пластинку, представляющую собой первый электрод; в качестве другого электрода служит слой металла, нанесенный на диэлектрик (рисунок 3, а). Импеданс гигрометров этого типа, как и описанных в предыдущем разделе, меняется в зависимости от относительной влажности окружающей среды (рисунок 3, б).

Исследования показали, что при толщине оксидного покрытия менее 0,3 мкм изменение импеданса этого конденсатора зависит только от парциального давления водяного пара и не зависит от температуры. Это позволяет измерять абсолютную влажность.

Анодное осаждение осуществляется путем электролиза водного раствора серной кислоты, причем анод изготавливается из алюминия. Выделяющийся на этом электроде кислород превращает металл в оксид, при осаждении которого возникает множество точек схлопывания, что приводит к пористой структуре слоя. Варьируя технологические параметры, можно изменять форму, распределение пор и, следовательно, свойства осаждаемого слоя в зависимости от ожидаемой влажности. Эти параметры включают температуру и концентрацию ванны, напряжение питания, продолжительность окисления и ионные добавки к раствору. Так же можно изготавливать датчики, приспособленные к определенным условиям: низкой влажности, высокой температуре и т.п.

Рисунок 3 — Гигрометр на основе диэлектрика (Al2O3) а — ячейка производства фирмы б — эквивалентная электрическая схема

R0, C0 — импеданс компактной части; R1 — сопротивление боковой поверхности пор; R2, C2 — импеданс участка между дном пор и внутренним электродом

Гигрометры, основанные на этом принципе, наиболее удобны для измерения низких значений влажности. В этом случае необходимо, чтобы толщина пористого слоя была минимальной; после анодного осаждения слой полируют, чтобы уменьшить его толщину и сделать датчик чувствительным исключительно к температуре точки росы конкретной окружающей среды.

Второй металлический электрод наносится на поверхность оксида алюминия; для этого могут быть использованы алюминий, медь, золото, серебро, платина, палладий, нихром. Указанный электрод должен быть достаточно малым, чтобы не закрывать сверху пористый слой оксида алюминия более, чем это необходимо.

Наиболее важное свойство гигрометра этого типа состоит в том, что он позволяет определить температуру точки росы, причем в широком интервале температур (от — 80 до +70 °С). Поскольку датчик предназначен для непосредственного использования в точке измерения, он не требует специального приспособления для отбора проб. Это значительно улучшает быстродействие прибора, поскольку при очень низких значениях точки росы для установления равновесия в самой простой системе отбора проб в виде 1 — 2 м трубки из нержавеющей стали и маленькой измерительной камеры может потребоваться несколько часов при переходе от точки росы +10 °С к -70 °С. Действительно, для таких очень низких значений точки росы время установления гигроскопического равновесия системы трубок с воздухом чрезвычайно велико, а скорость установления равновесия зависит от его расхода, температуры, используемых конструкционных материалов и давления в системе. Напротив, постоянная времени датчика на основе оксида алюминия, расположенного непосредственно в исследуемой газовой среде, очень мала и составляет всего несколько секунд.

Показания этих датчиков не зависят от потока: максимальная допустимая скорость ограничивается механической прочностью и составляет около 50 м/с. Датчики этого типа можно использовать при любых давлениях от вакуума до нескольких сотен атмосфер.

Гигрометры на оксиде алюминия позволяют измерять влажности как газов, так и жидкостей. Тем не менее, не рекомендуется использовать эти датчики в средах, содержащих корпозионно-активные вещества, такие, как хлорид натрия, сера которые взаимодействуют с алюминием и, следовательно, могут повредить чувствительный элемент.

Электролитический гигрометр. Электролитические гигрометры позволяют определить очень низкие содержания водяного пара в воздухе, содержащем другие газы.

Чувствительный элемент такого гигрометра (рисунок 4) состоит из трубки длиной 10 см, в которой размещаются скрученные в спираль электроды из платины или родия, со слоем фосфорного ангидрида (P25) между ними.

Рисунок 4 — Конструктивная схема электролитического датчика

1-оболочка из тефлона; 2-трубка для пропускания воздуха; 3-электроды; 4-корпус из нержавеющей стали; 5-соединительные зажимы.

Исследуемый газ циркулирует в измерительной трубке, а содержащийся в нем водяной пар поглощается фосфорным ангидридом, который превращается при этом в фосфорную кислоту. Между электродами создается постоянное напряжение около 70 В, вызывающее электролиз воды с выделением кислорода и водорода и регенерацию фосфорного ангидрида. Согласно закону Фарадея, который определяет соотношение между количеством электричества, проходящим между электродами, и количеством воды, подвергнутой электролизу, для того, чтобы произошла диссоциация 1 г-эквивалента (т.е. 9 г) воды, необходимо 96500 Кл электричества. Один моль воды содержит 16 г кислорода и 2 г водорода и включает две связи. Если обозначить массу воды, расщепленной в ходе электролиза за единицу времени, через dme /dt, то сила электрического тока составит:

При подходящей геометрии датчика и определенной величине расхода значение a можно довести практически до единицы. Однако в любом случае при заданной геометрии этот коэффициент остается постоянным, если постоянна скорость воздуха, и благодаря градуировке можно определить его действительную величину.

Рассматриваемый гигрометр лучше всего подходит для измерений в газах с очень малым содержанием воды. Порог измерений определяется проблемами сорбции и десорбции воды трубопроводами, которые делают результаты промышленных измерений сомнительными при достижении температуры точки росы -70 °С (10 — 20 ppm). Действительно, даже при использовании труб из нержавеющей стали вследствие этих явлении сорбции время установления равновесия составляет более 24 ч при концентрациях ниже 10 ppm (Тd

vashslesar.ru

прибор для измерения влажности воздуха

Гигрометр – прибор, который определяет уровень влажности воздуха в окружающем пространстве и тем самым играет достаточно важную роль, так как от этого показателя во многом зависит самочувствие людей.

Особенно сильному влиянию влажности воздуха подвержены метеозависимые люди, астматики и сердечники. Необходимо поддерживать нормальный уровень показателя, а для того, чтобы следить за его изменениями, и используют гигрометр.

Первые гигрометры появились еще в 18 веке. До сегодняшнего дня они прошли долгий путь развития: от простейших механических до электронных и психрометрических.

Гигрометры бывают следующих видов:

  • волосной;
  • весовой;
  • керамический;
  • конденсационный;
  • электронный;
  • психрометрический (психрометр).

Рассмотрим более подробно технологию действия каждого вида устройства.

Волосной гигрометр

Волосные гигрометры работают на основе обычного волоса и его свойств. Волос может изменять свою длину при различной влажности воздуха. Он натягивается на дощечку или рамку и, удлиняясь или укорачиваясь, двигает стрелку, которая в свою очередь перемещается по шкале устройства.

Волосной гигрометр хорош для домашнего использования, если необязательно получение предельно точных данных.

Также их не стоит перемещать или как-то иначе механически на них воздействовать. При малейшем ударе гигрометр может выйти из строя, так как вся его конструкция достаточно хрупка и деликатна.

 

Весовой гигрометр

Абсолютный весовой гигрометр состоит из нескольких трубок, приведенных в систему. В них помещается гигроскопическое вещество, которое может поглощать из воздуха влагу.

Через всю систему протягивается определенная порция воздуха, взятая в одной точке пространства.

Так, человек определяет массу трубочной системы до пропуска через нее воздуха и после, а также непосредственно объем проведенного воздуха и при нехитрых математических манипуляциях может просчитать изучаемый показатель в абсолютном значении.

 

Механический (керамический) гигрометр

Пористая или твердая керамическая масса, в состав которой также входят металлические элементы имеет электрическое сопротивление. Его уровень напрямую зависит от влажности.

Для правильного его действия керамическая масса должна состоять из некоторых окислов металла. В качестве основы используется каолин, кремний и глина.

 

Конденсационный гигрометр

Такой гигрометр достаточно прост в применении. Принцип его действия основывается на использовании встроенного зеркала. Температура этого зеркала изменяется вместе с температурой воздуха в окружающем пространстве.

Определяется его температура в первоначальный момент измерения. Далее на поверхности зеркала появляются капли влаги либо небольшие кристаллы льда. Температура измеряется еще раз.

С помощью разницы температур, определенных конденсационным гигрометром, и определяется влажность воздуха.

 

Электронный гигрометр

На пластинку из стекла или другого подобного электроизоляционного вещества наносят слой хлорида лития.

Меняется влажность – увеличивается или уменьшается концентрация и сопротивляемость хлористого лития.

Стоит отметить, что на показания электронного (электролитического) гигрометра может оказывать незначительное влияние температура воздуха, поэтому он часто оборудован встроенным термометром.

Такой гигрометр предельно точен и дает показания с минимальной погрешностью.

 

Психрометрический гигрометр (психрометр)

Психрометр представляет собой систему из двух обычных спиртовых термометров. Один из них сухой, а второй – влажный (это состояние регулярно поддерживается).

Чем быстрее испаряется влага, тем ниже относительная влажность. Конденсированная жидкость при этом начинает охлаждаться. Таким образом, устанавливают разницу между температурами двух термометров и скорость испарения, а на их основе находят влажность воздуха.

Психрометр не является гигрометром в прямом смысле, но измеряет тот же показатель, поэтому их зачастую отожествляют.

 

По сути, принцип действия любого гигрометра достаточно прост и базируется на физических или химических свойствах материалов и веществ.

Практически любой гигрометр подойдет для использования вы бытовых условиях, но самые точные данные все же дают электронные гигрометры.

xn—-8sbiecm6bhdx8i.xn--p1ai

Гигрометр – прибор для определения влажности воздуха

Гигрометр прибор для определения влажности воздуха

Всем известно, что вода является важнейшим элементом для обеспечения нормальной жизнедеятельности. В организм животных и человека она в основном поступает с пищей или питьем. Однако, достаточное количество влаги необходимо не только внутренним органам, но и слизистым оболочкам глаз, дыхательных путей, коже. Следовательно, важно не только потребление жидкости вовнутрь, но и получение ее из окружающего влажного воздуха. Для определения показателя влажности и поддержания его на нормальном уровне используют специальный измерительный прибор – гигрометр. Это особое лабораторное оборудование предназначено не только для создания комфортных условий для человека. Оно также применяется в некоторых промышленных и торговых сферах, где многие материалы: обычная и фильтровальная бумага, ткани, некоторые виды пластмасс и других веществ, а также овощи, фрукты являются гигроскопичными, т.е. меняют свои свойства в сухом воздухе.

Определение и применение

Гигрометр, также называемый гигроскоп, (от греч. гигро – влажный, и метрон – мера) – это лабораторное оборудование для измерения относительной влажности воздуха или других газов. В настоящее время существуют различные типы гигрометров: одни измеряют относительную влажность, другие – абсолютную, третьи – точку росы. Гигрометры выполнены таким образом, что при помощи несложных вычислений и подсчетов можно преобразовать результаты показаний одного типа гигрометра в показания другого. Так, например: по гигрометру абсолютной влажности можно вычислить и определить относительную влажность или точку росы, и наоборот. Кроме того, они могут различаться по видам, конструкциям в зависимости от предназначения и принципа действия.

История создания

Проблема влажности воздуха интересовала людей с давних времен, особенно там, где сухой и жаркий климат. Для ее решения применялись самые обычные методы: ткань или бумага, пропитанная водой, посуда с жидкостью. Но впервые определить уровень влажности попытался кардинал Н. Кузанский, используя лабораторную посуду из стекла и кусочки шерсти. Позже уровень влажности измеряли с помощью натянутых нитей, конического сосуда со льдом, кожаного шара. Но основоположником нынешнего гигрометра считается Б. Соссюр.

Виды гигрометров:


— весовой или абсолютный гигрометр помогает определить количество водяного пара в соотношении г/м³. В его основе лежит система U-образных трубок, наполненных гигроскопическим веществом или особыми химическими реактивами, способными впитывать влагу из воздуха;
— волосяной гигрометр – особый лабораторный прибор, предназначение которого состоит в определении относительной влажности воздуха в пределах примерно от 30 % до 100 %. Принцип работы волосяного гигрометра основан на химико-физическом свойстве обезжиренного человеческого волоса, который изменяет свою длину с изменением влажности окружающего воздуха;
— наиболее популярным измерительным прибором считается гигрометр психрометрический (психрометр). Он с высокой точностью исследует и измеряет температуру и относительное содержание влаги в воздушной среде.

Гигрометр состоит из пластикового основания, двух термометров со шкалой, психрометрической таблицы, питателя из лабораторного стекла. Принцип работы базируется на определении разности показаний «влажного» и «сухого» термометров;
— плёночный гигрометр включает органическую плёнку, способную растягиваться и сжиматься при повышении или понижении влажности. В зимнее время чаще всего используют волосной или плёночный гигрометры.

Гигрометры типа ВИТ-1 и ВИТ-2, приобрести которые можно в интернет-магазине лабораторного оборудования в Москве, предназначены для измерения температуры и влажности воздуха помещения. Приборы содержат химический реактив – толуол. Они отличаются диапазоном измерения: ВИТ-1 (0…+25), ВИТ-2 (+15…+40 ). Гигрометры типа ВИТ-3, содержащие ртуть как термометрическую жидкость, чаще всего применяются в инкубаторах.

Помимо вышеуказанных типов существуют также керамические, механические, электрические, конденсационные и другие гигрометры.

Качество измерительного прибора

Для определения качества измерительных приборов важно учесть следующие характеристики:
— постоянную величину прибора;
— пределы погрешностей;
— чувствительность прибора;
— точность прибора и используемой шкалы;
— диапазон показаний.

Лабораторное оборудование выгодно и качественно от компании “Prime Chemicals Group”!

Широкий ассортимент лабораторного оборудования по низким ценам предлагает компания “Prime Chemicals Group”. Весь товар отвечают знаку качества и прошел тщательную проверку на заводе-изготовителе.

«Прайм Кемикалс Групп» – Ваш надежный помощник в сфере лабораторного оборудования!

 

pcgroup.ru

Конденсационный гигрометр. Гигрометр для измерения влажности воздуха

Технологии

4 июля 2015

Широко распространенным прибором для измерения влажности воздуха (и других газов) является гигрометр конденсационный. Принцип действия его состоит в измерении температуры, называемой точкой росы, при которой начинается конденсация влаги из воздуха.

Что такое влажность воздуха

Гигрометр измеряет содержание влаги в воздухе, которое может быть представлено абсолютной или относительной величиной. Первая из них дает просто массу водяного пара в 1 куб. м воздуха при данной температуре. А вот вторая показывает, насколько водяной пар в воздухе близок к состоянию насыщения, т. е. к динамическому равновесию со своей жидкой фазой — когда нет ни испарения, ни конденсации. Она равна отношению измеренной абсолютной влажности воздуха к его же абсолютной влажности в состоянии насыщения. Когда водяной пар в воздухе насыщен (опять же, при данной температуре), относительная влажность такого воздуха равна 100%. У воздуха же с ненасыщенным водяным паром она, соответственно, меньше.

Как работает гигрометр конденсационный

Принцип действия любого прибора для определения влажности воздуха, как правило, заключается в измерении какой-либо другой величины, такой как температура, давление, масса или механические и электрические изменения в веществе, впитывающем влагу. Путем соответствующей калибровки и расчета эти измеренные величины могут привести к определению абсолютной или относительной влажности. Весьма важную роль в этом процессе играет температура, при которой наступает насыщение пара, называемая точкой росы. Как правило современные электронные приборы для определения влажности воздуха измеряют именно эту температуру или изменения в электрической емкости или сопротивлении различных впитывающих влагу веществ, которые затем пересчитываются (автоматически) в показатели влажности.

Конденсационный гигрометр: устройство

Его работа основана именно на измерении содержания паров воды в воздухе методом точки росы. Этот способ включает охлаждение поверхности, как правило, металлического зеркала, до температуры, при которой вода на поверхности зеркала находится в равновесии с давлением паров воды в газовой пробе выше поверхность. При этой температуре масса воды на поверхности зеркала ни увеличивается (при слишком холодной поверхности), ни уменьшается (при слишком теплой поверхности), т. е пар над зеркалом находится в динамическом равновесии с водяным конденсатом на зеркале (пар насыщен).

Такое зеркало изготавливается из материала с хорошей теплопроводностью (вроде серебра или меди) и покрывается слоем инертного металла, такого как иридий, рубидий, никель или золото, чтобы предотвратить потускнение и окисление. Зеркало охлаждается с помощью термоэлектрического кулера (эффект Пельтье) до начала формирования конденсата. Луч света, как правило, из твердотельного широкополосного светоизлучающего диода, направлен ​​на зеркальную поверхность, а фотодетектор мониторит отраженный свет, поток которого максимален при полном отсутствии конденсата на зеркале.

Способ работы гигрометра с охлаждаемым зеркалом

Когда капли росы формируются на зеркальной поверхности зеркала, то отраженный свет рассеивается. При этом его поток, попадающий в фотодетектор, уменьшается, что приводит к изменению выходного сигнала последнего. Это, в свою очередь, контролируется аналоговой или цифровой системой управления термоэлектрическим кулером, которая поддерживает стабильную температуру зеркала в точке росы. С должным образом разработанной системой зеркало поддерживается при температуре, при которой скорость конденсации в точности равна скорости испарения слоя росы. Точный миниатюрный платиновый термометр сопротивления (PRT), вмонтированный в зеркало, измеряет его температуру в этой точке, которая автоматически пересчитывается в показание влажности.

Гигрометр для измерения влажности воздуха рассматриваемой конструкции включает также вакуумный насос, чтобы закачивать анализируемую порцию газа, и дополнительные элементы фильтрации в грязных условиях.

Преимущества рассматриваемых гигрометров

Подобные приборы, основанные на простом принципе работы, с широким диапазоном измерений, высокой точностью и стабильностью показаний, широко используются в промышленности и в научных исследованиях. Типичный конденсационный гигрометр, в отличие от многих других датчиков влажности, может быть сделан очень стабильным, практически не поддающимся износу, что сводит к минимуму необходимость повторной калибровки. Гигрометр влажности по точке росы способен измерять ее в диапазоне температур от 100 °C до минимальной в -70 °C. При этом точность измерений составляет десятые доли градуса.

Многие гигрометры рассматриваемой конструкции оснащены микропроцессорным управлением и в сочетании с резистивным датчиком температуры способны рассчитать и вывести на внешний индикатор любые желаемые параметры влажности в дополнение или вместо точки росы. Кроме того, эти устройства позволяют передачу результатов с использованием беспроводных технологий. Естественно, что подобные приборы широко используются в составе различных промышленных систем автоматизированного сбора данных и управления соответствующими техпроцессами.

Сколько может стоить подобный гигрометр? Цена его, конечно, определяется в основном набором реализуемых функций, зависящих от наличия и сложности электронной системы управления прибором. Так, стационарный конденсационный гигрометр, внешне похожий на цифровой осциллограф, стоит не менее 4000 долларов. Особо «продвинутые» модели могут стоить и более 10 000 долларов. На рынке можно найти и вполне функциональный портативный гигрометр. Цена его составляет от 1 до 2 тыс. долларов.

Недостатки конденсационных гигрометров

В то время как рассматриваемая система гигрометров считается наиболее эффективной в процессе измерения, ее недостатком является неизбежное загрязнение деталей измерительного тракта в процессе работы.

Гигрометры, оснащенные охлаждаемыми зеркалами, имеют тенденцию к росту неточности измерений из-за наличия растворимых и нерастворимых загрязнений, оседающих на зеркале. Нерастворимые частицы влияют на оптические характеристики зеркала. Умеренная запыленность или появление на зеркале нерастворимых частиц обеспечивают наличие центров концентрации, на которых может образовываться роса или иней, тем самым повышая время отклика прибора. Растворимые примеси влияют на величину давления паров от конденсируемой влаги на зеркало, что смещает точку росы. Современные измерительные гигрометры (по крайней мере, их более сложные модели) включают в себя функции «самопроверки», которые позволяют устройству обнаруживать и реагировать на загрязнение путем введения соответствующих поправок в алгоритмы расчетов показателей влажности.

Независимо от наличия подобных возможностей практически все рассматриваемые гигрометры нуждаются в периодической проверке и очистке.

Обслуживание гигрометров с охлаждаемым зеркалом

Что рекомендует пользователю прибора в этом смысле его инструкция. Гигрометр, являющийся чувствительным к загрязнениям, необходимо периодически очищать для обеспечения стабильности результатов измерений, хотя это и может увеличивать стоимость его обслуживания. Осмотр зеркала прибора обычно выполняется посредством встроенного микроскопа, а техобслуживание его — вручную, после открытия измерительного отсека.

Если очистка поверхности зеркала выполняется с требуемой в инструкции по его эксплуатации периодичностью, то таким образом можно сохранить точность измерений. Удобный доступ к зеркальной поверхности для ее очистки обычно обеспечивается шарниром между оптическими компонентами и зеркалом. На рынке сейчас можно найти любой нужный потребителю конденсационный гигрометр. Фото ниже показывает пример его исполнения.

Применение гигрометров в метрологии

Должным образом разработанный и эксплуатируемый гигрометр с охлаждаемым зеркалом обеспечивает измерения влажности с точностью на несколько порядков большей, чем позволяют другие популярные измерители влажности. Присущая им точность измерений, особенно при оснащении платиновым термометром сопротивления для измерения температуры, зеркалом и микроскопом средней мощности для мониторинга состояния зеркала, делает его идеальным для метрологических измерений. Возможности же передачи информации по беспроводным цифровым каналам связи открывают широкие возможности использования таких гигрометров в глобальных системах сбора и обработки метеоинформации.

Использование в заводских лабораториях и загрязненных средах

Данные приборы для определения влажности воздуха идеально подходят для измерения ее абсолютной величины в заводских климатических лабораториях. Они часто используются в качестве эталонов для контроля точности других инструментов, таких как датчики относительной влажности, применяемые для управления камерами для климатических испытаний.

Стабильность характеристик материалов, используемых в конструкциях данных гигрометров, а также возможность их многократной очистки делают приборы пригодными для весьма долгосрочной службы в средах с наличием большинства загрязняющих веществ без потери калибровки. Эта стабильность характеристик делает их подходящими для использования в газовых потоках, где высокие уровни загрязняющих веществ в пробах газа оказывают на менее стабильные типы датчиков влажности необратимо вредное воздействие. Например, данный тип гигрометров широко используется для контроля точки росы при термоупрочнении поверхностей металлических изделий в воздушной среде со спецпримесями. В таких случаях обеспечение легкого доступа к зеркалу для очистки особенно желательно.

Влагочувствительное производство

Специализированные техпроцессы упаковки, необходимые в производстве фармацевтических препаратов, пленок, покрытий и других продуктов часто контролируются гигрометрами с охлаждаемым зеркалом. Опять же, на их выбор в данном случае влияет стабильность точности измерений и длительный срок эксплуатации. Кроме того, поскольку эти процессы, как правило, менее чувствительны к приборным затратам, высокая стоимость данных гигрометров не является определяющим фактором в выборе схемы мониторинга влажности.

Высокотемпературные газы и их точки росы

Гигрометры данного типа часто выбирают для измерения температур точки росы выше температуры окружающей среды. Приборы с охлаждаемыми зеркалами были использованы еще в 1966 году для мониторинга водородных топливных элементов ракет Apollo, работающих при температуре 250 °C и давлении 700 фунтов на квадратный дюйм. При сегодняшних термоэлектрических технологиях охлаждения зеркал точки росы до 100 °C (и выше, при условии давления выше атмосферного) легко измеряются. В таких случаях все поверхности измерительного отсека гигрометра, находящиеся в контакте с образцом газа, должны иметь температуру выше самой высокой ожидаемой точки росы, иначе на этих поверхностях происходит конденсация, и измерение будет ошибочным.

В гигрометрах, предназначенных для измерения точки росы высокотемпературных газов, обычной практикой является использование электрических обогревателей с терморегулятором для поддержания температуры стенок измерительного отсека выше самых высоких ожидаемых точек росы. Твердотельные оптические компоненты, такие как светодиоды и детекторы, поддерживают при номинальной рабочей температуре (обычно 85 °C) для предотвращения их разрушения и выхода гигрометра из строя. Это может быть достигнуто путем термической изоляции этих компонентов от нагретого измерительного отсека.

Источник: fb.ru

monateka.com

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о