Влажность воздуха относительная влажность способы измерения влажности

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 относительной влажности воздуха: Какой метод измерения предпочтительней?

Известные всем со школы приборы типа ВИТ (ВИТ-1, ВИТ-2), позволяющие измерять относительную влажность воздуха, похоже, скоро уйдут в прошлое. На смену им приходят современные измерители влажности воздуха с микропроцессорным управлением. О достоверности результатов, полученных с помощью этих, кардинально различающихся по методу измерения приборов и пойдет речь в этой статье (Читайте также статью «Что такое влажность воздуха? Как правильно измерять влажность? Давление водяного пара. Таблицы и примеры расчета.»). Далее для краткости будем именовать их соответственно: «термогигрометры ВИТ» и «цифровые термогигрометры». Рассмотрим два метода измерения относительной влажности воздуха, используемых в этих приборах:

Психрометрический метод измерения относительной влажности воздуха.

Термогигрометры ВИТ используют психрометрический метод измерения влажности, основанный на разнице показаний «сухого» и «увлажненного» термометров. После снятия показаний термометров по психрометрической таблице определяют относительную влажность воздуха. Это исторически самый старый метод измерения относительной влажности воздуха.

На погрешность измерения при использовании этого метода оказывают влияние атмосферное давление, скорость аспирации, температура воздуха, чистота заливаемой воды, запыление тканевого материала. Кроме всего погрешность, возникающую при изменении свойств тканевого материала (например, тканевый материал запылится и высохнет) и изменении скорости движения воздуха около датчиков, трудно заметить. В итоге, даже поверенный психрометр может иметь недостоверность показаний 20 % и выше, особенно при низких уровнях влажности. К недостаткам психрометрических термогигрометров ВИТ можно отнести постоянную необходимость контроля влажного тканевого материала, обязательное введение индивидуальных поправок к показаниям термометров. Самое неоспоримое достоинство же таких приборов очень привлекательная цена.

Метод прямого измерения относительной влажности воздуха.

Современные цифровые термогигрометры используют так называемый метод прямого измерения относительной влажности воздуха. Для измерения влажности прямым методом используются датчики, основанные на различных физических принципах и выполненные по различным технологиям. Можно выделить основные четыре типа датчиков: емкостные, резистивные, на основе оксида олова и на основе оксида алюминия. Рассмотрим кратко особенности каждого типа (табл. 1).

Отличительные особенности различных типов датчиков влажности

Тип датчика	Особенности
Емкостной	Высокая надежность, высокий выход годных кристаллов, низкая стоимость, широкий рабочий диапазон.
Резистивный	Самые дешевые, малая доля рынка.
На основе оксида олова	Плохая стабильность, плохая взаимозаменяемость
На основе оксида алюминия	Узкий диапазон измерения (малая влажность)

Из этих представленных четырех основных типов для измерения влажности самым оптималь­ным по совокупности параметров является емкостной. Он обеспечивает широкий диапазон измерений, высокую надежность и низкую стоимость при использовании микроэлектронной технологии, которая позволяет производить емкости планарного типа тонкопленочным методом. Благодаря этому мы имеем миниатюрные габариты чувствительного элемента, возможность имплементации на кристалле специализированной интегральной схемы обработки сигнала. Технологичность и высокий выход годных кристаллов обеспечивают малую стоимость продукции данного типа. Итак, для измерения влажности емкостной метод является лучшим.

Именно такие датчики для измерения относительной влажности применяются в современных цифровых термогигрометрах.

Особенно хочется обратить внимание на ряд специфических моментов, возникающих при определении параметра относительной влажности в рабочих, производственных и других помещениях в холодное время года.

В холодное время года относительная влажность в помещениях имеет низкое значение (15-30 %). С наступлением холодного времени года приходится констатировать, что достаточно часто пользователи, сопоставляя результаты измерения относительной влажности, полученных с помощью цифровых приборов, оснащенных емкостными датчиками, с показаниями приборов типа ВИТ, получают совершенно расходящиеся результаты. Так, в холодное время года, используя при замерах приборы ВИТ, получают значения относительной влажности 40. 70 % в отапливаемых помещениях. Цифровые приборы в тех же условиях показывают гораздо меньшую величину относительной влажности. Показания какого прибора верны, если и тот и другой прибор прошли метрологическую поверку? Далее этот вопрос будет рассмотрен подробно.

Таблицы психрометрические (фрагмент)

Соотношение между параметрами абсолютной (a), относительной (φ) влажности, объемным влагосодержаниемт (Х, ppm) и температурой точки росы (t_росы), при температуре исследуемого воздуха t =+20 °С.

φ,%	а, г/м 3	X, ppm	tросы,°С	φ, %	а, г/м 3	X, ppm	tросы,°С
0,56	0,123	127	-40	60,00	10,60	13842	12
0,68	0,150	159	-38	64,00	11,30	14777	13
0,86	0,186	198	-36	68,00	12,06	15777	14
1,07	0,230	246	-34	73,00	12,80	16830	15
1,33	0,284	340	-32	77,65	13,60	17934	16
1,63	0,345	376	-30	82,93	14,48	19151	17
1,97	0,420	462	-28	88,20	15,36	20368	18
2,44	0,510	566	-26	93,90	16,30	21684	19
3,00	0,622	691	-24	100,0	17,30	23097	20
3,64	0,740	841	-22	18,30	24540	21
4,41	0,900	1020	-20	19,40	26092	22
5,34	1,08	1230	-18	20,00	27724	23
6,46	1,30	1490	-16	21,77	29447	24
7,74	1,64	1790	-14	23,00	31263	25
8,55	1,70	1960	-13	24,40	33171	26
9,27	1,84	2140	-12	25,70	35184	27
10,20	2,01	2349	-11	27,20	37303	28
11,50	2,27	2560	-10	28,70	39523	29
12,11	2,38	2804	-9	30,40	41868	30
13,30	2,58	3060	-8	32,05	44342	31
14,45	2,81	3338	-7	33,80	46921	32
16,73	3,05	3630	-6	35,60	49645	33
17,10	3,31	3965	-5	37,60	52500	34
18,72	3,60	4320	-4	39,60	55500	35
20,20	3,89	4695	-3	41,70	58631	36
22,14	4,22	5100	-2	43,90	61934	37
24,06	4,50	5549	-1	46,20	65381	38
26,00	4,80	6020	0	48,60	69000	39
28,04	5,20	6481	1	51,15	72789	40
30,13	5,60	6950	2	53,80	76763	41
32,40	5,90	7480	3	56,50	80921	42
34,75	6,30	8028	4	59,40	85263	43
37,27	6,80	8609	5	62,30	89737	44
40,00	7,26	9230	6	65,14	94579	45
42,80	7,70	9886	7	68,70	99539	46
45,80	8,20	10586	8	72,05	104737	47
49,06	8,80	11328	9	75,60	110145	48
52,50	9,40	12117	10	79,20	115816	49
56,00	10,00	12498	11	83,06	121724	50

Пример 1: По данным метеосводки: температура атмосферного воздуха t_a=0 °С; относительная влажность в атмосфере φ_a=100 % (=> t_росы этого воздуха при этом =t_а=0 °С). Температура точки росы (t_росы) — величина, характеризующая влажность воздуха: это температура, при которой исследуемый воздух имеет φ=100 % (отн. вл.) или а=а_max (абсолютная влажность в г/м 3 ) — полное влагонасыщение (т.е. при понижении температуры исследуемого воздуха нижеt_росы начинается процесс конденсации избыточной влаги — выпадает роса). Воздух с улицы проникает в помещение, где температура t=+20 °С. По таблице 2 видно, что нагревшийся до температуры t=+20 °С атмосферный воздух (у которого влажность t_росы= 0 °С), имеет величину относительной влажности φ =26 %, см, строку, где t_росы =0 °С.

Пример 2: По данным метеосводки t_a = -10 °С; φ_a =80 %. По таблице 2 определяем, что при t_росы = t_a = -10 °С максимальное значение абсолютной влажности а_max=2,27 г/м 3 (т.е. при 100% относительной влажности). Соответственно, при относительной влажности 80% абсолютная влажность атмосферного воздуха (при t_a =-10 °С) составит а=а_max*φ =2,27*0,8=1,82 г/м 3 .

В помещении t=+21 °С (см. в таблице строка t_росы =+21 °С). Находим, что максимальная абсолютная влажность (а_max) воздуха при t=+21 °С составила бы 18,3 г/м 3 . Получаем значение φ проникшего воздуха (для t=+21 °С): φ =(а/а_max)*100 % =(1,82/18,3)*100 % =9,9%

Пример 3. Допустим, что при той же метеосводке (t_a =-10 °С, φ_a=80 %) исследуется помещение с температурой t =+18 °С. По примеру 2 а_{атм воздуха} 1,82 г/м 3 . Тогда, по таблице 2 а_max (см. строчку t_росы =+18 °С, напоминаем, что при этой температуре точки росы в воздухе содержится максимально возможное количество влаги)=15,36 г/м 3 , и следовательно: φ (+18 °С)=(а_а.в./а_max)*100 % =(1,82/15,36)*100 % =11,8 %

Из приведённых примеров видно, что холодный атмосферный воздух, имеющий на улице высокую влажность (80. 100 %), попадая в отапливаемые помещения, в которых нет специальных увлажнителей воздуха, приобретает низкие значения уровня влажности (10. 30 %), т.к. относительная влажность воздуха зависит, в основном, от количества содержащихся в нём молекул воды (которое не меняется при попадании его с улицы в помещения) и его температуры (отличающейся существенно). Разумеется, полученные очень низкие значения влажности обусловлены расчётом для «идеальных» условий. На самом деле, в помещениях влажность будет немного выше расчётных за счёт дыхания людей, неполного воздухообмена с уличным воздухом (влага накапливается), открытых источников влаги (краны, открытые емкости с водой и т.п.), но вклад их не столь значителен.

Следовательно, с одной стороны, чем ниже температура атмосферного воздуха и чем он суше, а с другой стороны, чем выше температура воздуха в помещениях, тем меньше реальная величина относительной влажности воздуха в помещениях.

Итак, мы выяснили, что психрометры, особенно не имеющие системы принудительной аспирации (типа ВИТ), имеют репутацию весьма недостоверных приборов, на точность показания которых влияет ряд причин, рассмотренных выше. Достоверность же результатов, полученных с помощью цифровых измерителей влажности не вызывает сомнений.

В настоящее время рынок цифровых термогигрометров достаточно насыщен. Обширно представлены в этом сегменте и зарубежные и отечественные производители. К сожалению, ряд цифровых термогигрометров неспособны полноценно заменить приборы ВИТ. Этому есть ряд причин, главная из которых, это отсутствие у прибора сертификата об утверждении типа средства измерения. Это в основном дешевые приборы производства КНР. Приборы же отдельных отечественных производителей не выдерживают критики по таким качественным параметрам, как эргономика и главное надежность. А качество, как известно, категория экономическая.

Как пример хорошо сбалансированных по соотношению цена/качество приборов для измерения температуры и влажности, можно привести Портативный измеритель влажности IT-8-RHT

Этот переносной измеритель влажности производства НПК «Рэлсиб» обладает рядом достоинств:
• Широкий диапазон температуры эксплуатации от мин 40°С до +55°С
• Подключение взаимозаменяемых первичных преобразователей через соединители
• Два варианта подключения преобразователя температуры и влажности: жёстко к корпусу, через соединительный кабель
• Наличие дополнительного канала с НСХ Pt1000 для измерения температуры в широком диапазоне
• Широкий ассортимент датчиков температуры для дополнительного канала измерения
• Высокая точность измерения
• Низкая дополнительная температурная погрешность
• Задание порога звуковой и световой сигнализации
• Запоминание макс. и мин. значений
• Индикация температуры точки росы и точки инея
• Яркий большой светодиодный индикатор
• Возможность пользовательской юстировки без нарушения заводской настройки
• Прочный, герметичный, с прорезиненными вкладышами корпус

Если кроме измерения влажности требуется и регистрация значений, с возможностью просмотра данных на компьютере и формирования отчета, тогда оптимальным прибором для измерения и регистрации будет наш новый переносной измеритель – регистратор влажности и температуры EClerk-M-RHT.

Особенности измерителя-регистратора
• 2 канала
• яркий светодиодный индикатор
• большой объём памяти
• высокая точность
• современный эргономичный корпус
• расширенный диапазон температуры эксплуатации
• современное ПО для конфигурирования и работы с данными
• возможность записи с временными интервалами
• чувствительный элемент встроен в корпус
• в белом или черном корпусе

Если вам нужен высокоточный прибор для измерения и регулирования относительной влажности воздуха, с возможностью передачи данных по электронной почте — вам подойдет измеритель относительной влажности и температуры ИВИТ-М. Прибор сертифицирован как средство измерения в России, в республиках Казахстан и Беларусь.

Основные достоинста прибора:
• Взаимозаменяемый чувствительный элемент без потери точности
• Высокая точность измерения и стабильность показаний
• Яркий светодиодный индикатор
• Встроенный микронагреватель чувствительного элемента для защиты от конденсации влаги
• Возможность подключения до 247 приборов в одну сеть
• Возможность оснащения архивом и двухпозиционного регулятора
• Различные конструктивные исполнения (канальное, настенное, уличное)

Источник