Измерение влажности психрометрическим способом

Определение влажности воздуха психрометрическим методом

Калькулятор определяет влажности воздуха психрометрическим методом — по разнице между показаниями сухого и смоченного термометра

В воздухе, как известно, находится водяной пар, который может составлять от 0% до 4% от объема воздуха.

Есть так называемая граница насыщения, то есть максимальное количество водяного пара, который может содержаться в воздухе при данной температуре. Чем выше температура, тем выше поглощающая способность воздуха.

Важной характеристикой водяного пара, содержащегося в воздухе является его давление (упругость).
Давление (упругость) насыщения — это максимально возможное давление водяного пара при заданной температуре.

Основным методом измерения влажности воздуха при положительной температуре является психрометрический. Определение влажности осуществляется по показаниям двух термометров с точностью 0.1 градус Цельсия. Один термометр (сухой) измеряет температуру воздуха, а второй термометр (смоченный) обертывают смоченной тканью, таким образом он показывает свою собственную температуру, зависящую от интенсивности испарения воды с поверхности. Чем меньше водяного пара в воздухе, тем сильнее испарение с поверхности смоченного термометра, и тем ниже его показания.
Собственно, такая система из двух термометров и называется психрометр.

Из разницы показаний температур определяется текущее давление водяного пара в воздухе по формуле
,
где — давление насыщения при температуре смоченного термометра,
— постоянная психрометра, принимаемая равной 0.0007947,
— атмосферное давление, принимается равным 1000 гПа
— показания сухого термометра
— показания смоченного термометра

И наконец, относительная влажность воздуха — это соотношение текущего давления к давлению насыщения при данной температуре воздуха

Источник

Как определить уровень влажности с помощью психрометра

Уровень влажности воздуха окружающей среды может влиять не только на самочувствие человека, но и также на состояние бытовой техники, мебели и продуктов. Количество влаги в воздухе зависит от особенностей климата региона или техногенных факторов.

Нормой для здорового человека считается влажность воздуха от 30 до 60 %. Чтобы создать оптимальный микроклимат в помещении используют специальные увлажнители или осушители, а также кондиционеры с функциями автоматического контроля уровня влаги.

Методы определения влажности воздуха

Используют специальные приборы для измерения:

Гигрометр – один из измерительных приборов, благодаря которому можно определить уровень влажности.

Дополнительная информация: швейцарский ученый в 1783 г. Орас де Соссюр сконструировал первый волосной гигрометр, но работать над изобретением этого измерителя начал Леонардо да Винчи еще в 1400 г.

Есть несколько типов гигрометров:

• волосной;
• весовой;
• конденсационный;
• электронный;
• электролитический;
• пленочный;
• керамический.

Каждый из приспособлений имеет особенный принцип работы. Например, конструкцию волосного гигрометра составляет система U – образных трубок. Они наполнены специальным веществом, которое поглощает водяной пар. С помощью насоса через эту систему подают воздух и определяют его влажность.

Наиболее точным измерителем считается конденсационный гигрометр. Он измеряет количество конденсата, который образуется на стеклянной поверхности после воздействия на нее солнечного луча. Погрешность при работе такого устройства очень низкая.

Психрометр – еще один из измерителей влажности воздуха окружающей среды.

Виды психрометров:

• психрометр Августа (станционный);
• психрометр Ассмана (аспирационный);
• дистанционный психрометр.

Психрометр Августа — один из наиболее известных приборов для измерения влажности. Строение этой конструкции достаточно несложное. Конструкция психрометра состоит из прикрепленных на одном штативе двух одинаковых термометров. Один из них называется сухим, он показывает температуру в помещении.

Второй термометр называют влажным или смоченным. Конец этого термометра в виде чехла обматывают батистовой тканью или марлей, конец которой опускают в резервуар с водой, находящийся на тыльной стороне конструкции психрометра.

Если конец влажного термометра будет опущен в резервуар, то он покажет температуру находящейся там воды, а не воздуха, который циркулирует над ним. Поэтому необходимо учесть, что расстояние между сосудом и окончанием измерительного прибора должно составлять около 3 – 4 сантиметров.

Вода с кусочка ткани испаряется, из-за чего температура на влажном термометре снижается до момента, пока термометр не начнет показывать температуру, при которой пар становится насыщенным. В такой момент показываемые на влажном термометре данные будут представлять показатели реальной температуры окружающей среды.

Определения влажности воздуха в определенном помещении с помощью психрометра занимает немного времени. Для этого устройство помещают в место, изолированное от попадания солнечных лучей и посторонних тепловых воздействий на 10 – 15 минут, после чего записывают результаты измерения каждого из термометров прибора.

Шкала термометра поделена от — 25˚ до + 50˚ на интервалы в 0,2 градуса.

Как пользоваться психрометрической таблицей

Для определения уровня влажности на основании данных психрометра нужна специальная психометрическая таблица. В первом столбце таблицы в ˚С показано температуру сухого термометра. В первой строке – разницу между показателями температур обеих термометров. Относительная влажность воздуха вычисляется на пересечении результата первого столбца и первой строки психометрической таблицы.

В чем плюсы и минусы психрометра?

Главным преимуществом психрометра есть его несложное строение. Соответственно, определение влажности воздуха с помощью психрометра намного проще по сравнению с другими измерительными приспособлениями. Плюс ко всему, в изготовлении он гораздо более дешевый, чем любой другой прибор.

Но кроме положительных сторон, у психрометра есть и недостатки. На показания этого измерительного инструмента очень влияет движение окружающего воздуха. То есть, чем выше будет скорость движения воздуха в месте измерения, тем больше будет разница в окончательном результате обеих термометров психрометра. Эту погрешность было исправлено в психрометре аспирационного типа или, как его еще называют, психрометре Ассмана.

Источник

Измерение относительной влажности воздуха психрометрическим методом при помощи МК

Если погуглить по фразе «измерение влажности при помощи микроконтроллера«, то поисковая система предложит вам использовать специальные датчики для измерения влажности — SHT21, DHT11 (DHT12, DHT21), BME280. HR202L (HR31), HTU21D и так далее. Зачастую эти датчики работают по шине I 2 C, и подключить их можно не более 1-2 штук к одному микроконтроллеру (например, BME280 и SHT21). Датчики семейства DHT требуют отдельный вывод микроконтроллера каждому датчику, да и точность их не велика. Точность датчиков BME280 выше чем у DHT11, но подключить их можно всего 2 . Но что делать если необходимо измерять влажность сразу в нескольких точках одновременно. да ещё и с достаточно высокой точностью? Что делать если точки измерения разнесены на значительные расстояния? Выход — использовать датчики температуры DS1820, для которых есть и герметичное исполнение для измерения температуры жидкости. Часть датчиков будет измерять температуру воздуха, другая часть температуру воды. расчеты будет проводить микроконтроллер, благо они не сложные. А теперь собственно к алгоритму измерения влажности.

Что бы измерить относительную влажность в процентах необходимо использовать формулу

где е — парциальное давление водяного пара,

Ec(t) — давление насыщенного водяного пара. при температуре t (температура сухого термометра).

Что бы измерить парциальное давление пара, необходимо использовать формулу

где Ec(t’) — давление насыщенного водяного пара. при температуре t (температура влажного термометра),

А — психрометрический коэффиицент: 0,795е-6 при естественном движении воздуха или 0,662е-6 при принудительном обдуве 2 м/с,

р — общее давление парогазовой смеси в гПа,

t — температура сухого термометра,

t’ — температура влажного термометра,

а — еще один коэффициент равный 0,00115 (в подробности вдаваться не буду).

Температуру мы замерили, коэффициенты есть, необходимо вычислить давление насыщенного водяного пара, вычислить два раза, для сухого и влажного термометров. Это можно сделать по этой формуле (которую я не буду использовать, потому и не буду рассматривать её подробнее)

или по упрощенной, но менее точной формуле

где Е0=6,1121 гПа,

t — температура (воды или воздуха, смотря в какую формулу вы собрались подставлять вычисленное значение)

Эту формулу я и буду использовать.

Сразу возникает вопрос насколько точна упрощенная формула. Ответ выражен в виде графика.

В пределах от 0 до 54 градусов по Цельсию погрешность примерно равна 0,1%, затем она начинает возрастать и при температуре 80 градусов составляет 1%, что все же выше точности датчика DHT11.

Я проверил эти формулы при помощи программы SMathStudio и получил достоверные, совпадающие с психрометрическими таблицами результаты.

Теперь собственно перейдем к программе для МК. Я специально не добавил в программу функции измерения температуры, так же закоментировал все выводы в serial port и задержки, для того что бы проверить, какой размер занимает скомпилированная программа. Несмотря на то, что программа была написана в ArduinoIDE, который не отличается бережным использованием памяти МК, размер скомпилированной программы составил всего 444 байт и 9 байт под переменные.

Полный код программы для ArduinoIDE привожу ниже.

Для того, чтобы увидеть результат работы программы в терминале уберите комментарии.

Поскольку давление насыщенного водяного пара необходимо вычислить два раза, для сухого и влажного термометров, то это формулу я вывел в отдельную функцию. Измерение давления здесь не производится и установлено давление воздуха 1000 гПа.

P.S. Что можно измерить ещё двумя термометрами? Поскольку мы уже научились вычислять влажность воздуха, то можно так же вычислить точку росы по формулам

и индекс жары по формуле (которая тоже является упрощенной формулой, подробнее смотрите на https://en.wikipedia.org/wiki/Heat_index )

где T и Air temperature — температура воздуха (формулу рисовал не я, не знаю почему так отделили),

Н — относительная влажность в процентах.

Эти формулы я так же проверил в программе SMathStudio, и они так же выдали достоверные результаты.

И наконец стоит рассказать о недостатке такого способа измерения влажности — необходимо постоянно доливать воду в колбу с влажным термометром.

Надеюсь эта короткая заметка будет вам полезна как начинающим, так и более опытным радиолюбителям.

Источник

Как пользоваться гигрометром психрометрическим

Гигрометры можно увидеть практически везде в помещениях, где требуется контролировать микроклимат. Изобретён этот прибор был в конце XIX века, и с тех пор повсеместно используется по его основному назначению: для измерения температуры воздуха и одновременно — влажности воздуха. В нашем интернет-магазине можно купить психрометр в двух вариантах исполнения: ВИТ-1 и ВИТ-2. Первый прибор предназначен для замеров влажности воздуха в диапазоне температур от 0 до 25 градусов Цельсия, второй — для работы с температурами от 15 до 40 градусов Цельсия.

Принцип действия психрометра

С момента изобретения менялся лишь дизайн стационарного прибора, который обычно вешается на стене. Но принцип его работы остаётся неизменным. На небольшую пластинку из дерева, пластика или другого материала с низкой теплопроводностью крепятся два термометра. Между ними должно быть расстояние не более 5 см.

Резервуар с расширяющейся жидкостью одного из термометров обхватывает влажный фитиль, противоположный конец которого опускается в небольшой сосуд с дистиллированной водой. Этот сосуд называется питателем, сделан он из пластика и его заполняют дистиллированной (в крайних случаях кипяченой) водой.

Термометры подписываются «Сухой» и «Увлажненный». Фитиль, которым смачивается резервуар одного из термометров, шьют в виде трубочки из гигроскопичной хлопчатобумажной ткани: шифона или батиста. Толщина шва не должна превышать 1,5 мм.

«Сухой» термометр всегда будет показывать температуру выше, чем показания увлажненного. Колбочка «Увлажненного» термометра охлаждается из-за испарения влаги с фитиля. По разнице в показаниях обоих термометров высчитывают влажность окружающего воздуха. Расчет ведется не вручную, а по психрометрической таблице, закреплённой на приборе.

Где применяются психрометры

Повсеместно психрометры используются на метеорологических станциях при ежедневном контроле погоды.

Во многих отраслях промышленности психрометры позволяют контролировать влажность воздуха в складских помещениях, для профилактики порчи товарных и прочих запасов от сырости. Незаменимы они в теплицах, животноводческих фермах и птицефабриках. В инкубаторах при слишком низкой влажности воздуха цыплята будут не способны вылупиться из яиц. При слишком высокой влажности воздуха зерно в складах начинает отсыревать, а потом «гореть», зародыши семян от этого гибнут. Семенной материал и продовольственное зерно становится непригодным к употреблению, даже животными.

В жилых помещениях желательно контролировать влажность воздуха для профилактики иссушения слизистых оболочек и кожи. Это ведет к разрушению защитного барьера и «открытию ворот» для различных инфекций. Оптимальная влажность воздуха в жилых помещениях составляет 40-60 процентов. Если она ниже нормы, то люди страдают от пересушенных слизистых оболочек и кожи, часто болеют ОРЗ. Если же влажность воздуха выше нормы, то ткани и мебель начинают отсыревать, размножается плесень и прочее аллергены, одежда портится. Вот почему психрометр должен быть в каждом доме.

Как пользоваться гигрометром психрометрическим?

Гигрометр должен быть закреплён в строго вертикальном положении на уровне глаз человека. Устанавливают его подальше от сквозняков, источников холода либо тепла. Далее опишем, как пользоваться гигрометром в быту или на работе.

По мере необходимости ёмкость питателя снимается и в него доливается дистиллированная вода. Затем питатель ставится на место так, чтобы от его открытого края до кончика термометра было не меньше 20 мм. Привязанная к термометру ткань фитилька не должна касаться стенок сосуда. Если фитиль сухой, нужно полностью окунуть его в резервуар. Замерять показания термометров можно через 30 минут после подготовки прибора к работе.

Гигрометр психрометрический ВИТ-1

Чтобы показания гигрометра были максимально точны, нужно учитывать скорость движения воздуха в помещении, и применять соответствующие поправки к замерам. Для этого на гигрометр можно дополнительно установить устройство аспирации.. Скорость движения воздуха определяется до одной десятой доли метров в секунду.

Чтобы правильно снять показания термометров, глаза наблюдателя должны находиться строго напротив верхней границы температурного столбика. При снятии показаний нельзя дышать на термометры.

К каждому гигрометру прилагается паспорт, где указаны все поправки к показаниям. Температурная шкала градуирована до 0,1 градуса Цельсия. Поправки к замерам добавляются путем простого сложения.

По разнице показаний обоих термометров, с обязательным учётом поправок, в прикреплённой к прибору психрометрической таблице смотрят значение относительной влажности окружающего воздуха. Эта цифра находится в точке пересечения строки показаний сухого термометра со столбцом разности температур «Сухого» и «Увлажненного».

Если в таблице нет Вашего значения температуры сухого термометра, то его нужно округлить до ближайшего имеющегося значения.

Если в таблице отсутствует полученная разность температуры, то нужно применять интерполирование (выбрать подходящий диапазон).

Обслуживание гигрометров

Чтобы прибор работал исправно, в нём необходимо регулярно менять фильтр. Нужно также следить за тем, чтобы в питателе всегда находилась дистиллированная вода. Следует подливать ее заблаговременно, как минимум, за полчаса до начала измерений. Вместо дистиллированной иногда можно использовать кипяченую воду. Кипятить ее нужно 15 минут и дольше, а затем остудить до комнатной температуры, после чего жидкость можно доливать в питатель.

Гигрометр психрометрический ВИТ-2

Чтобы фитиль, обвязанный вокруг кончика «Увлажненного» термометра, постоянно был чистым, его нужно раз в 2 недели менять. Это при нормальной запыленности воздуха (не более 5 мг пыли на метр кубический). Если же в месте проведения измерений запылённость повышена, то фитилек нужно менять чаще. После снятия загрязнённого фитиля, резервуар термометра протирается смоченным тёплой водой ватным тампоном.

Длина нового фитиля должна быть минимум 6 см. смоченный фитиль надевается на кончик термометра и привязываться к нему хлопчатобумажной нитью. Второй кончик фитиля (длиной от 7 мм) опускается в питатель с водой.

Также обслуживание гигрометра предполагает его периодические проверки 1-2 раза в год, руководствуясь методичкой МИ-737-83. Результаты проверок должны фиксироваться в паспорте прибора.

Источник