Основные способы измерения влажности воздуха

Проектирование, подбор, поставка, монтаж холодильного и кондиционирующего оборудования

Основные методы определения влажности воздуха

Температура воздуха легко и достаточно точно может быть измерена термометрами или термопарами. Определив влажность воздуха и зная температуру, аналитически или с помощью d—I диаграммы находят все остальные параметры состояния воздуха.

В практике наиболее широко применяются следующие методы определения влажности воздуха: психрометрический, метод точки росы, гигроскопический и массовый, причем первый из них – самый распространенный.

Психрометрический метод основан на использовании прибора, называемого психрометром, который состоит из двух располо­женных рядом термометров. Один из термометров, обычный, называется сухим, измеряющим температуру t воздуха. Баллончик с расширяющейся жидкостью другого термометра обертывают легкой гигроскопической тканью, например батистом, в виде чехла, нижний конец которого опускают в сосуд с водой. Вода по чехлу, как по фитилю, поднимается к баллончику и по­стоянно смачивает его. Этот термометр называется влажным или мокрым и измеряет температуру воздуха по мокрому термометру t_м ≤ t. Устройство простейшего психрометра Августа показано на рис. 1.

Рис. 1. Психрометр Августа: 1 – сухой термометр; 2 – дере­вянная панель; 3 – влажный (мокрый) термометр; 4 – чехол (ткань); 5 – сосуд с водой.

Остановимся кратко на понятии температуры t_м. воздуха по мокрому термометру. Баллончик этого термометра обернут смо­ченной тканью. На испарение воды с ткани расходуется теплота парообразования, что приводит к понижению температуры влаж­ной ткани и постепенному снижению показаний мокрого термо­метра. Вследствие образующейся разности температур теплота от окружающего воздуха начинает поступать к влажной ткани. Температура мокрого термометра будет снижаться до такого значения, при котором количество скрытой теплоты, расходуемой тканью на испарение, станет равным количеству явной теплоты, отдаваемой воздухом ткани. Установившееся значение t_м (темпе­ратуры мокрой ткани и слоя насыщенного воздуха около нее) называют температурой мокрого термометра для воздуха данного состояния. Этот процесс тепловлагообмена между воздухом и во­дой, т. е. насыщения воздуха, считается адиабатическим, так как воздух и вода обмениваются внутренним теплом без отвода или подвода его извне (вне системы воздух-вода).

В установившемся процессе адиабатического насыщения энталь­пия воздуха не изменяется, так как переходу от воздуха к воде вследствие разности температур (t – t_м) явной (ощутимой) теплоты эквивалентен возврат скрытой теплоты (парообразования влаги, переходящей от воды к воздуху вследствие разности парциальных давлений водяных паров в насыщенном (над поверхностью воды) и ненасыщенном (измеряемом) воздухе). Это видно из выражения для энтальпии:

в котором при адиабатическом насыщении воздуха первый член (явное теплосодержание) уменьшается, а третий (скрытая часть I) – увеличивается. Второй член этого уравнения практически остается постоянным, так как с уменьшением t увеличивается d.

Однако, идеаль­ный адиабатический процесс возможен только при t_м = 0 °C (линии I = const и t_м = const в d—l диаграмме совпадают только при t_м = 0 °С). При t_м > 0 °C энтальпия насы­щенного воздуха (у баллончика) будет больше энтальпии ненасы­щенного воздуха (вдали от баллончика термометра) на величину теплоты испарившейся воды 4,19·(d_н – d)·t_м, где d_н – влагосодержание насыщенного воздуха, a d – влагосодержание ненасыщенного воздуха. Из-за малости величины 4,19·(d_н – d)·t_м практически этот процесс насыщения и считают адиабатическим, а энтальпию воздуха постоянной.

Таким образом, под температурой мокрого термометра следует понимать температуру, которую принимает воздух в результате его адиабатического насыщения (увлажнения). Разность показаний сухого и мокрого термометров (t – t_м) называется психрометрической разностью или депрессией мокрого термометра. Она тем больше, чем суше воздух, т. е. чем меньше его относи­тельная влажность.

По температуре t воздуха и психрометрической разности (t – t_м) можно определить относительную влажность φ и остальные параметры воздуха. Для более простого определения φ составляют психрометрические таблицы, которые прилагаются к психрометрам и имеются в многочисленной специальной литературе.

Недостатком психрометра Августа является его сравнительно малая точность из-за существенного влияния радиационных при­токов (от окружающей среды и предметов) к незащищенному при­бору при недостаточной скорости воздуха около баллончика (движение создается только свободной конвекцией). Поэтому показа­ния мокрого термометра t‘_м будут несколько завышены в сравне­нии с истинной температурой t_м. По данным Каррье, при нулевой скорости воздуха ошибка в определении (t – t_м) достигает 14 %, а при скорости воздуха 0,8 м/с она уменьшается до 2 %.

Для повышения точности показаний мокрого термометра при­бегают к искусственному увеличению скорости воздуха около баллончиков психрометра и защите его от внешних теплопритоков (тепловых излучений). При скоростях воздуха около баллончиков 1,5…2 м/с ошибка в определении (t – t_м) составляет менее 1 %. Объясняется это тем, что при повышенных скоростях воздуха кон­вективный приток теплоты, уравновешивающий потери теплоты в слое насыщенного воздуха около шарика термометра от испа­рения влаги, увеличивается и относительное влияние внеш­них (радиационных) теплопритоков значительно уменьшается. Удобным и достаточно точным прибором для определения влаж­ности воздуха служит аспирационный психрометр Ассмана (рис. 2). Оба термометра заключены в металлические трубки, через кото­рые специальным вентилятором с пружинным (заводным) или электрическим двигателем, смонтированным в верхней части при­бора, пропускается исследуемый воздух со скоростью 2,5…3,0 м/с. Поверхность трубок для защиты термометров от теплового облучения полирована и никелирована. В остальном аспирацион­ный психрометр устроен так же, как и психрометр Августа.

Рис. 2. Психрометр Ассмана.

Существуют также электрические психрометры, построенные по принципу электрического мостика сопротивления (сопротив­ление мокрого термометра меньше, чем сухого).

Состояние воздуха по показаниям сухого и мокрого термоме­тров легко определить в d—I диаграмме (рис. 3). Пусть показание сухого термометра равно t_А, а показание мокрого термометра t_м. Если на диаграмме нанесены изотермы t_м = const, точка A, характеризующая состояние воздуха, и φ_A находятся на пересечении изотерм t_A = const и t_м = const. Если же в d—l диаграмме нет изотерм по мокрому термометру, нужно из точки K, пересечения изотермы t = t_м с кривой насыщения φ = 1 подняться по линии I = const (без особой погрешности можно считать линии I = const и t_м = const совпадающими) до пересечения с изотер­мой t_A.

При положительной температуре воздуха психрометры рабо­тают с погрешностью ±1…2 %, при отрицательной точность их показаний резко снижается из-за образования у баллончика мо­крого термометра корочки льда, выделения теплоты затвердева­ния и т. п.; при t ≤ 0 °C практически ими не пользуются.

Метод точки росы основан на измерении температуры t_рос воздуха, охлаждаемого, например, металлической неокисляемой зеркальной поверхностью (в момент начала выпадения капельной влаги на зеркале фиксируется его температура).

Зная t_рос и температуру t_A воздуха, можно в диаграмме, изображенной на рис. 3, поднимаясь из точки B на кривой насы­щения по линии d = const до изотермы t_A, найти точку А их пересечения, а значит, влажность φ_A и другие параметры состоя­ния воздуха.

Рис. 3. Определение влажности воздуха психрометрическим мето­дом и методом точки росы в d—I диа­грамме.

Метод точки росы менее точен, чем психрометрический. Однако он применим при температурах до –70 °C (с погрешностью изме­рения t_рос ±0,1 °C).

Гигроскопический метод основан на способности некоторых материалов изменять свою форму и размеры (удлиняться – обез­жиренный человеческий волос, капроновая нить и др.), или свой­ства (электропроводимость – соль LiCl и др.) при впитывании влаги из воздуха в количестве, пропорциональном его относитель­ной влажности. Поэтому, используя эти материалы в механиче­ских или мостовых электрических схемах, можно создавать при­боры невысокой точности, называемые гигрометрами.

Массовый (абсолютный) метод наиболее точен, но трудоемок и требует специального оборудования – вентилятора, влагопоглотителей и др. Воздух продувают через поглотители. Отнеся объемный расход воздуха к массе поглощенной всей влаги, опреде­ляют абсолютную влажность воздуха γ_п. По температуре воздуха из таблиц насыщенного пара находят его плотность γ″_п, т. е. абсолютную влажность насыщенного воздуха; тогда φ = γ_п / γ″_п.

• 
• 
• 
• 

Основные методы определения влажности воздуха : 16 комментариев

Спасибо за прекрасный пост. Пригодился. Ставлю вентиляяцию в гараже. Про метод росы было очень полезно.
Да и безусловно соглашусь, что ваш блог просто невероятно орегинален)

Благодарю вас за публикацию, очень помогла в решении задачи по физике на определение влажности воздуха

Хочу добавить, что на показания психрометра влияет еще и атмосферное давление, поэтому приходится делать поправки

а как определить влагосодержание d??
известна tн=-50. tв=5. необходимо определить t точки росы в помещении

1. “а как определить влагосодержание d??”. Для нахождения любого из параметров по d-I диа­грамме, характеризующего состояние влажного воздуха в определенной точке, изначально необходимо знать как минимум два из них. Например, если известна температура t=14 °С и относительная влажность φ=0,3 (т.е. относительная влажность 30%) – находим на диаграмме точку на пересечении линий, соответствующим этим двум параметрам, после этого из полученной точки проводим перпендикуляр на ось d влагосодержания, и видим, что для данных условий d=2,9 г/кг.
2. “известна tн=-50. tв=5. необходимо определить t точки росы в помещении”. Не ясно, что в данном случае обозначают индексы “н” и “в”. Тем не менее, по d-I диа­грамме, один из параметров состояния воздуха — температуру точки росы tрос — находят в месте пересечения вертикали, проведенной из точки состояния воздуха вниз, с кривой насыщения φ = 1,0. Например, для воздуха с параметрами в точке t=5 °С, φ = 0,74, температура tрос составит 0,78 °С.

Источник

Измерение влажности воздуха

Параметры окружающей среды часто меняются, что зависит от внешних факторов (температуры воздуха, погодных условий). Микроклимат в помещении сразу становится другим. Это ощущается сильнее, если есть погрешности в работе системы отопления, нарушена циркуляция воздуха дома или появились микрощели в оконных блоках.

Усиливается такой эффект, когда регулярно выполняется полив цветов, сушится бельё в комнате и т. д. Чтобы повлиять на влажность воздуха, нужно понимать, насколько сильно она меняется. Для этого проводят измерения данного параметра с помощью гигрометра.

Что такое влажность воздуха

В названии параметра зашифровано его значение.

Влажность – показатель, который определяет содержание воды в разных средах.

Если нужно узнать, сколько влаги может быть в воздухе, ориентироваться следует на вариант нормы – значения диапазона 30-60%. Но эта величина постоянно меняется.

В первом случае определяют содержание воды в воздушной среде объёмом 1 м 3 . Такой показатель называют ещё плотностью водяного пара в воздухе.

Второй из вариантов представляет собой соотношение массовой доли пара к максимальной при заданных параметрах. Единицы измерения – %.

Приборы для измерения влажности воздуха

Используют гигрометр. Его основной функцией является определение содержания влаги в составе воздушной среды.

Существует несколько видов:

• волосной;
• плёночный;
• кондуктометрический;
• весовой и конденсационный;
• керамический;
• психометрический;
• электронный.

Различают приборы по механизму действия, а также эффективности.

Электронный вид устройства позволяет получить результат быстро. Механические аналоги надёжные, но понадобится больше времени на измерения.

Волосной гигрометр

Прибор предназначен для определения изменений содержания влаги в пределах 30-80%. Волосной (волосяной) гигрометр относится к устройствам механического типа. Он устроен достаточно просто.

Элементы конструкции: рама из металла, человеческий волос, на котором закреплён небольшой грузик, а также предусмотрен шкив, стрелка, шкала с делениями. Принцип действия устройства основан на изменении длины волоса под воздействием параметров окружающей среды.

Плёночный гигрометр

Прибор выдерживает более существенные механические нагрузки, чем волосной аналог. Конструкцией предусмотрена органическая плёнка. Прибор измеряет влажность воздуха по сходному принципу с ранее рассмотренным вариантом: стрелка смещается, когда увеличивается/уменьшается размер мембраны.

Весовой и конденсационный гигрометры

Принцип действия основан на увеличении веса вещества, поглощающего влагу. С помощью прибора измеряют абсолютную влажность в помещении. Конструкцией предусмотрено несколько соединённых трубок, наполненных хлористым кальцием.

Такой гигрометр определяет изменение влажности воздуха в помещении путём определения разницы между весом до и после впитывания гигроскопичным веществом влаги из окружающей среды. При этом получают максимально точный результат.

Конденсационный гигрометр – прибор для измерения относительной влажности воздуха. Для этого используется принцип определения разницы температур. Механизм действия гигрометра: под воздействием луча света, который падает на специальное зеркало, появляется конденсат или образуются кристаллы льда. Относительная влажность определяется посредством разницы температур до и после появления конденсата.

Психрометрический гигрометр

Принцип работы устройства тоже основан на измерении температуры окружающей среды. Только конструкцией психометрического гигрометра предусматривается 2 термометра (сухой, влажный), а не 1, как в ранее рассмотренном устройстве.

По мере испарения влаги изменяются параметры окружающей среды. Влажность воздуха определяется посредством данных: определения скорости испарения конденсата, разницы температур двух термометров.

Керамический гигрометр

При работе устройства измеряется электрическое сопротивление массы из керамического материала и металлических частиц. Используются материал: каолин, глина, кремний. Лучше всего устройство работает, если в состав массы входят окислы металлов.

Электронный гигрометр (цифровой)

Когда выбирают способ, как измерить влажность в помещении максимально точно, следует рассмотреть электронный вариант устройства. Принцип его действия основан на изменении сопротивляемости хлористого лития, который покрывает пластину внутри гигрометра. Для повышения точности предусмотрен встроенный термометр.

Альтернативные методы измерения

Для определения изменений параметров воздуха применяют подручные средства. Они не позволяют получить точные данные. Однако если есть подозрения, что влажность воздуха не соответствует нормам, появятся основания для покупки специального прибора.

1. Стакан воды. Его охлаждают (до +5°С), затем оставляют в комнате. Если появившийся конденсат стекает на стол, предполагают повышенную влажность воздуха. Когда стенки быстро высыхают, считается, что влажность слишком низкая.
2. Табличный метод на основе разницы температур. При этом используют ртутный термометр. Для получения нужных данных рекомендуется измерить температуру воздуха в нормальном состоянии и во влажной среде (термометр оборачивают влажным полотенцем).

Как выбрать измеритель влажности воздуха

Отмечают ряд параметров, на которые обращают внимание перед покупкой:

• тип гигрометра;
• точность (наилучший вариант – электронный прибор);
• возможности устройства: учитывают диапазон значений измеряемой влажности;
• условия эксплуатации (обращают внимание на допустимую температуру воздуха);
• возможность переносить устройство с места на место.

Современные модели электронных устройств выполняют разные задачи, например, используются также и в качестве будильника, барометра, некоторые из них имеют функцию Wi-Fi.

Преимущества устройства

Положительные качества гигрометров, которые предназначены для использования в помещении:

• высокая скорость получения результатов;
• точность;
• наличие дополнительных функций.

Когда применяются гигрометры, измерить параметры окружающей среды можно с минимальной погрешностью. Для сравнения, при использовании альтернативных способов отклонение полученных данных от реальных значений может быть велико.

Диапазон влажности и порог нагрева

По ГОСТу нормой зимой считается относительная влажность 30-45%, а летом – от 30 до 60%. При выборе гигрометра для использования в помещении учитывают диапазон значений:

• 20-80% в спальне;
• ванная комната – 100%, т. к. здесь постоянно повышены показатели;
• балкон, кладовая, кухня – от 10 до 90%, в этих помещениях влажность тоже часто увеличиваются.

Гигрометр может эксплуатироваться при повышении температуры воздуха до +120°С, что позволяет использовать его в сауне, бане.

Точность измерения

Все приборы, посредством которых выполняется измерение влажности воздуха, имеют погрешность. Минимальное отклонение – у электронных (1%). Но при эксплуатации в быту к гигрометрам не предъявляются столь высокие требования, а потому даже более существенная погрешность допустима (1-5%).

Как поддерживать относительную влажность воздуха в доме

Показатели окружающей среды в помещении постоянно изменяются. Если в данный момент времени появилась необходимость повлиять на влажность, и нет возможности ждать, когда значение изменится естественным путём, рекомендуется прибегнуть к подручным способам.

Если влажность низкая

• проветривание, что нормализует циркуляцию воздушных потоков;
• влажная уборка;
• располагают по квартире несколько ёмкостей с водой.

В помещении применяют увлажнитель воздуха, кондиционер, терморегулятор.

Если влажность высокая

Исключают любые источники влаги:

• бельё для сушки вывешивают на балконе, а не в комнате;
• выполняют регулирование окон, чтобы усилить приток воздушных потоков;
• включают компактные нагреватели;
• применяют осушители воздуха.

Первые признаки изменения микроклимата

Заметить повышение или снижение влажности воздуха в помещении можно по ряду признаков. Если показатель повышен:

• бельё долго сохнет;
• на окнах появляется конденсат;
• появляется чёрный грибок на поверхностях.

Если содержание влаги снижено (менее 30%), можно заметить это благодаря признакам:

• у членов семьи появляется сухой кашель, причём только дома;
• кожа и слизистые оболочки пересушены;
• часто появляется носовое кровотечение;
• усиливается зуд из-за постоянного ощущения сухости;
• кожа шелушится.

Выводы

Когда становятся заметны признаки изменения относительной влажности, нужно постараться нормализовать значения этого параметра. Если бельё долго сохнет, появляется конденсат на окнах или кашель у членов семьи, то сначала рекомендуется измерить влажность воздуха в помещении.

Для этого применяют гигрометры. Они представлены разными видами: электрический, керамический, механический и др.

С целью повышения/понижения показателя содержания влаги в воздушной среде прибегают к подручным средствам или подключают специальную технику (увлажнители, осушители, кондиционер).

Источник