Какие недостатки при определении влажности присущи психрометру без вентилятора

Обновлено: 09.05.2024

Количество водяного пара, находящегося в воздухе производственных помещений, называется влажностью воздуха. Для характеристики влажности употребляются следующие величины:

1. Абсолютная влажность.

2. Относительная влажность.

Абсолютная влажность воздуха – количество водяных паров, выраженное в граммах, содержащееся в 1 кг или 1 м 3 воздуха в момент исследования.

Максимальная влажность воздуха – количество водяных паров выраженное в граммах, насыщающее 1 кг или 1 м 3 воздуха при данной температуре до предела, после которого наступает конденсация паров.

На практике для характеристики влажности воздуха пользуются показателем относительной влажности, который представляет собой отношение абсолютной влажности к максимальной при данной температуре, выраженное в процентах,

где j – относительная влажность, %; А – абсолютная влажность, г/кг или г/м 3 ; F – максимальная влажность, г/кг или г/м 3 .

Наиболее распространенными приборами для измерения влажности воздуха в рабочих помещениях являются психрометры Августа и Ассмана, волосяные или плёночные гигрометры, а также пишущие гигрографы.

Психрометр Августа (статический психрометр, рис.1а) состоит из двух термометров (сухого и влажного), установленных вертикально. Резервуар влажного термометра обернут кусочком батиста, свободный конец которого опущен в сосуд с дистиллированной водой. С поверхности ткани всё время
ис
паряется влага, поддерживая, таким образом, термометр в среде насыщенных водяных паров.

Влажный термометр всегда (за исключением случая, когда относительная влажность равна 100%) даёт показания меньше, чем сухой. Отсчеты по левому (сухому) и правому (смоченному) термометрам служат исходными данными для определения относительной влажности воздуха в помещении, которая определяется по психрометрической таблице, расположенной на приборе. Полученные данные относительной влажности воздуха затем служат для вычисления абсолютной влажности по формуле (3).

Лоскуток ткани, охватывающий шарик влажного термометра, должен быть всегда чистым. Если он загрязнился, его необходимо заменить новым. Менять его следует, как можно, чаще: при постоянной работе не реже, чем один раз в две недели. Вблизи прибора не должно быть никаких посторонних предметов, которые, имея температуру, отличную от температуры воздуха, могли бы повлиять на показания прибора.

Аспирационный психрометр Ассмана (рис.1б). Недостатком психрометра Августа является отсутствие постоянной скорости движения воздуха вокруг резервуара влажного термометра, что в свою очередь, приводит к некоторой погрешности прибора. Аспирационный психрометр Ассмана лишен указанного недостатка, поэтому он является более совершенным и точным прибором.

Аспирационный психрометр Ассмана состоит из двух ртутно-стеклянных термометров погруженных в специальные металлические трубки, открытые снизу и соединенные в верхней части в одну цилиндрическую трубку, и аспирационной головки. Аспирационная головка предназначена для (аспирации) окружающего воздуха и подачи его к резервуарам термометров с постоянной скоростью 4 м/с. Состоит она в свою очередь из пружинного заводного механизма с запуском ручного типа или от электродвигателя и вентилятора, помещённых в общий корпус.

На один термометр надевается батистовый колпачок, который перед опытом смачивают дистиллированной водой. Показания обоих термометров снимают в установившемся режиме, т.е. когда при работающей турбинке вентилятора положение ртутных столбиков стабилизируется (примерно на четвертой минуте после пуска вентилятора). При испарении влаги с поверхности резервуара влажного термометра уносится тепло, поэтому показания влажного термометра оказываются ниже показаний сухого термометра. Сухой термометр показывает температуру окружающего воздуха. Показания влажного термометра зависят от влажности воздуха. Так как резервуары термометров находятся в двойных металлических гильзах, что исключает влияние теплового излучения на показания термометров. Сухой термометр аспирационного психрометра применяется для измерения температуры воздуха в помещении даже при наличии значительного инфракрасного излучения.

Относительную влажность воздуха определяют по показаниям сухого и влажного термометров, пользуясь штатной психрометрической таблицей, приведённой в приложении 3 настоящих Методических указаний.

К недостаткам этих двух типов психрометров можно отнести то, что их устройство на базе стеклянных термометров может привести к их повреждению, а также невозможность проведения дистанционного измерения показаний термометров.

Порядок наблюдений по психрометру:

1. За 5 минут до измерений смачивают ткань на термометре. Для этого берут дистиллированную воду. За неимением таковой можно пользоваться чистой снеговой водой или использовать дождевую воду, предварительно пропущенную через фильтровальную бумагу или вату.

2. Примерно через 4 минуты после пуска аспиратора производят отсчёт сухого и смоченного термометров психрометра.

Гигрометр – прибор для непосредственного определения относительной влажности воздуха. Приёмной частью прибора является обезжиренный в эфире или спирте человеческий волос или специальная синтетическая плёнка, которые через блок соединены с легкой стрелкой-указателем. При уменьшении относительной влажности приёмная часть укорачивается, а при увеличении – удлиняется. Стрелка-указатель в соответствии с этими изменениями перемещается вдоль шкалы, на которой нанесены деления от 0 до 100, показывающие процент относительной влажности. Гигрометр является единственным прибором для определения влажности воздуха при отрицательных температурах. Показания гигрометра не отличаются высокой точностью.

Гигрограф – самопишущий прибор для непрерывной регистрации относительной влажности воздуха. Приёмная часть гигрографа состоит из пучка обезжиренных человеческих волос или синтетической плёночной мембраны. С помощью системы передаточных рычагов изменения размеров пучка мембраны передаются на перо регистрирующей части прибора. Перо записывает на бумажной ленте, надетой на вращающийся барабан, кривую изменения влажности воздуха за опредёленный промежуток времени.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Психрометр или гигрометр психометрический – это специальный прибор, предназначенный для измерения температуры и влажности воздуха. Психрометр устроен из двух термометров: "сухого" и "влажного", термодатчики которых являются абсолютно независимыми друг от друга. Первый термометр определяет температуру, в то время как влажность высчитывается, как разница между показаниями "сухого" и "мокрого" термометров. Существует три вида измерителей влажности воздуха:

Стационарный (или станционный) психрометр.
Дистанционный.
Аспирационный.

Стационарный психрометр (Августа)

Термометры станционных психрометров крепятся на специальном штативе, поэтому показания прибора сильно зависят от скорости воздушного потока в помещении, где производятся измерения. Среди самых простых приборов данного типа можно выделить гигрометр-психрометр ВИТ-2, ВИТ-1.

Аспирационный психрометр (Асмана)

Аспирационный психрометр считается одним из самых надежных измерителей, так как термометры в нем находятся в специальной защитной оправе, которая защищает их не только от повреждения, но и воздействия прямых солнечных лучей. Поток исследуемого воздуха в таком устройстве имеет постоянную скорость около 2 мм/с. Но, как и станционный прибор, аспирационный психрометр является достаточно хрупким, так как построен на базе ртутно-спиртовых градусников.

Дистанционный

Дистанционные манометрические или электронные психрометры – это промышленные устройства, которые работают на основе терморезисторов и термометров сопротивления. Например, электронный психрометр вместо двух ртутных или спиртовых датчиков температуры имеет кремниевые транзисторы.

Устройство и принцип работы психрометра

Принцип действия психрометра основан на том, что при испарении вода охлаждается. Это происходит сильнее, если содержание влаги в воздухе, который контактирует с водой меньше. Беря показатель разницы температуры сухого и мокрого термометра, определяют влажность воздуха.

В состав простого психрометра входит два ртутных или спиртовых термометра. "Мокрый" измеритель с одной стороны обернут влажной тканью, конец лоскута которой опущен в емкость с жидкостью. Работа любого психрометра основана на физическом свойстве воды испаряться. В процессе испарения из жидкости уходят самые "быстрые" молекулы, в результате чего также теряется определенное количество энергии, и температура воды снижается. Именно эту температуру и замеряет "влажный" термометр. Чтобы узнать влажность воздуха психрометром, нужно зафиксировать показания двух термометров и по психометрической таблице высчитать относительную влажность.

Абсолютная влажность определяется по психометрической формуле: e = E-A*P(t-tc); где:

е – упругость пара, который находится в воздухе;
Е – показатель максимально возможной упругости пара, при температуре, которую показывает "влажный" термометр;
А – коэффициент. Его величина зависит от устройства термометра, а также скорости прохождения воздушного потока возле резервуара термометра;
t —температура воздуха, определенная обычным термометром;
P —давление воздуха.

Чем отличаются между собой гигрометр и психрометр

Гигрометр, как и психрометр, используется для измерения влажности воздуха. Между собой эти два устройства отличаются по принципу работы. Психрометр считается более простым и, вместе с тем, более надежным измерителем, поэтому зачастую пользователи предпочитают все же купить психрометр. Однако гигрометры являются более функциональными, они могут измерять влажность не только воздуха, но и твердых тел.

Что такое психрометр

Психрометр (производное от греч. ψυχρός — холодный и τό μέτρον — мерило, измерять) — это прибор предназначенный для измерения температуры воздуха и его влажности.

В основном психрометры используются для определения показателей относительной влажности воздуха. Эти показатели весьма важны в различных областях науки и производства. Особенно это важно при использовании весового оборудования для определения точности показателей.

Принцип работы и устройство психрометров

Принцип действия любого психрометра основан на физическом свойстве жидкости (воды) к испарению и возникающей при этом разности температур показываемых сухим и влажным термометрами. Испарение, за счет того, что жидкость покидают наиболее "быстрые" молекулы, приводит к потере жидкостью части энергии и как следствие снижение ее температуры, регистрируемое смоченным термометром.

Простейший психрометр состоит из двух стеклянных термометров (спиртовых или ртутных). Один сухой, другой влажный (смоченного), обернутый влажной хлопчатобумажной тканью. Конец этой ткани опущен в резервуар с жидкостью. При испарении воды происходит охлаждение влажного термометра. Чем ниже влажность окружающего воздуха, тем интенсивнее протекает этот процесс. Следовательно, чем суше воздух, влажность которого определяется, тем ниже будут показания смоченного термометра, тем больше будет разница между показаниями сухого и влажного термометров.

Зафиксировав показания сухого и влажного термометров, с помощью специальных формул или психрометрической таблицы определяется относительная, а затем по психрометрической формуле – абсолютная влажность воздуха.

Психрометрическая формула, позволяющая определить упругость водного пара по показаниям сухого и влажного термометров, выглядит так:

где
е —упругость водного пара находящегося в воздухе;
Е —максимально возможная упругость водного пара при температуре tс смоченного термометра;
t —температура воздуха;
А —коэффициент зависящий от устройства термометра и скорости прохождения воздуха возле резервуара термометра;
P —давление воздуха.

В чем отличия гигрометра от психрометра

Для измерения влажности воздуха также используются гигрометры. Принцип их работы основан на изменении физико-химических свойств различных веществ при изменении влажности окружающей среды. Наиболее распространенные из них: оптические, термисторные, резистивные и емкостные.

Именно в принципе работы и состоит отличие гигрометра от психрометра. Более простое устройство делает психрометр более защищенным от посторонних воздействий и потому более надежным. Поэтому, в пользовательских инструкциях многих конструкций гигрометров указано о необходимости периодически проверять показания по психрометру.

В то же время, гигрометры гораздо более функциональные. Они способны измерять не только влажность воздуха, но и влажность твердых тел. Например, с помощью емкостного гигрометра можно измерить влажность таблеток.

Виды психрометров

Различают следующие виды психрометров: стационарный (станционный), аспирационный и дистанционный.

Стационарный психрометр

Стационарный психрометр (психрометр Августа) состоит из двух термометров укрепленных на специальном штативе и помещенные в метеорологической будке. Резервуар одного из них обвязывается кусочком батиста, конец которого помещен в стаканчик с водой, для обеспечения свободного поступления воды к резервуару. Устройство будки (метеорологическая будка Селянинова) обеспечивает свободный обмен воздуха возле резервуара. Основным недостатком стационарных психрометров является зависимость показаний смоченного термометра от скорости воздушного потока в будке, преимуществом – простота устройства и обслуживания. Схема психрометра августа приведена на рисунке справа.

Аспирационный психрометр

Аспирационный психрометр (психрометр Асмана) устроен более сложно. Конечно, термометры в этом типе по прежнему есть, но они помещаются в специальном корпусе, служащем для их защиты от повреждений и теплового излучения окружающих предметов. Обдув производится с помощью специального вентилятора (аспиратора), с постоянной скоростью примерно 2 м/сек. Аспирационный психрометр является наиболее точным и надежным прибором для измерения температуры и влажности воздуха при положительной температуре окружающей среды.

Общим для этих двух типов является устройство на базе ртутно-стеклянных термометров, что и обуславливает их общий недостаток – хрупкость, а также невозможность проведения дистанционного контроля.

Дистанционный психрометр

Для измерения влажности воздуха в дистанционном психрометре используются термометры сопротивления, термопары, термисторы. Основными типами являются манометрические и электрические психрометры. В качестве манометрического обычно используют либо двухканальный манометрический термометр, либо два одноканальных, с устройством системы увлажнения для одного из термобаллонов. Более широко распространены психрометры на базе термометров сопротивления, термопар, термисторов. Обязательным условием надежности и точности показаний является использование аналогичных характеристик сухого и смоченного преобразователей (датчиков) температуры.

Обычному человеку для определения погоды на улице, как правило, вполне достаточно термометра, прикреплённого к оконной раме.

Иногда к нему прибавляется барометр – прибор, предсказывающий изменения погоды по колебаниям атмосферного давления. Но для синоптика этого набора измерительной техники, как правило, недостаточно – необходим ещё, как минимум, психрометр.

Что такое психрометр?

Он измеряет температуру и влажность воздуха, что часто бывает необходимостью в метеорологических замерах окружающей среды, а также во многих сферах промышленности – например, при взвешивании гигроскопичных материалов для нахождения их точного веса.

Как работает психрометр?

Представьте себе два термометра, неважно – спиртовых либо ртутных. Поверхность одного из них остаётся сухой, второй же обёрнут влажной тканью. Чтобы ткань не высыхала, один её край опущен в ёмкость с водой. Когда вода испаряется с ткани, обёрнутый термометр охлаждается и, соответственно, показывает более низкую температуру, чем второй термометр, поверхность которого остаётся сухой и фиксирует температуру воздуха. Чем меньше влаги в окружающем воздухе, тем интенсивнее идёт процесс испарения.

Следовательно, по разнице показаний двух термометров можно судить об уровне влажности воздуха. Для этого существует специальная психрометрическая таблица, из которой можно узнать относительную влажность, а затем при помощи специальной формулы определить абсолютную влажность воздуха.

Психрометр и гигрометр

Так ли уж необходим психрометр, когда влажность воздуха можно определить при помощи другого прибора – гигрометра?

Принцип работы этого прибора основан на других свойствах окружающей среды: гигрометры бывают резистивными, ёмкостными, термисторными и оптическими. Простейшие из них используют свойство некоторых материалов скручиваться или распрямляться при колебаниях влажности.

В ряде случаев показания любого из гигрометров являются недостаточно точными. Простота устройства психрометра обеспечивает высокий уровень защиты от посторонних влияний, поэтому полученные с его помощью данные оказываются более точными и надёжными. Поэтому нередко для уточнения результатов измерений показания гигрометров время от времени проверяют при помощи психрометра.

В то же время гигрометры во многих случаях являются более удобными для использования. Так, ёмкостные гигрометры справляются с замерами влажности не только воздуха, но и твёрдых веществ. Это необходимо для контроля параметров таблеток, бетонных изделий и др.

Разновидности психрометров

В настоящее время для замеров используются психрометры трёх основных типов, различающихся между собой конструкционными особенностями.

– Психрометр стационарного типа представляет собой закреплённые на массивном штативе два ртутных термометра. Колба с ртутью одного из них обвязана батистовой тканью, конец которой опущен в стакан, наполненный водой. Вся конструкция размещена в метеорологической будке или там, где обычно проводятся замеры. Основным недостатком стационарного психрометра является зависимость показаний от подвижности воздушного потока, которая влияет на скорость испарения.

– Психрометр аспирационного типа (Асмана), хотя и состоит из тех же двух термометров, но обладает более сложной и защищённой конструкцией. Термометры в этом варианте размещены в прочном корпусе, который отсекает постороннее тепловое излучение. Испарение жидкости происходит за счёт принудительного обдува, осуществляемого небольшим вентилятором, продуцирующим поток воздуха со скоростью около 2 м/с. Это наиболее точный и защищённый от внешних влияний прибор.

– Психрометр дистанционного типа использует не ртутные стеклянные термометры, а электрические измерители температуры, основанные на замерах резистивности материалов, на свойствах термисторов и термопар, а также манометрические системы. Но в любом случае один из датчиков при измерениях остаётся сухим, а второй смачивается для замера разности температур.

Таким образом, психрометры Асмана и стационарного типа используют привычные ртутные термометры из стекла, поэтому их общим недостатком является повышенная хрупкость прибора. Дистанционные психрометры измеряют температуру воздуха, основываясь на других принципах, поэтому их показания могут контролироваться дистанционно, что нередко является жизненно важным обстоятельством.

Основным методом измерения влажности воздуха при положительной температуре является психрометрический. Пcихрометрический метод измерения относительной влажности воздуха основан на зависимости интенсивности испарения с водной поверхности от дефицита насыщения водяного пара соприкасающегося с ней воздуха. Опредение влажности осуществляется по показаниям двух термометров с точностью 0.1 градус Цельсия. Один термометр измеряет температуру воздуха, а второй термометр 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 второго 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 E' - давление насыщения при температуре второго термометра,

А - постоянная психрометра, принимаемая равной 0.000662,

Р - атмосферное давление, принимается равным 1000 гПа,

t - показания сухого термометра,

t' - показания смоченного термометра.

Приборы, которые измеряют влажность психрометрическим методом, называются психрометрами. Нашли применение два их типа: станционный психрометр без принудительного обдува и аспирационный психрометр, в котором применяется обдув резервуара смоченного термометра с постоянной скоростью. В этом преимущество аспирационного психрометра, т.к. коэффициент А определяется более надежно. Кроме того, аспирационный психрометр устроен так, что позволяет производить измерения при самых различных погодных условиях без какой либо дополнительной защиты от Солнца и ветра, т.е. может использоваться в походных условиях.

Общим недостатком всех психрометров является ограниченное их применение при температуре ниже -5 -10 о С. При более низких температурах влагонасыщенность воздуха становится очень малой, в результате чего даже незначительные неточности в отсчетах по термометрам приводят к значительным погрешностям при расчете самих значений влажности.

Станционный психрометр представляет собой пару ртутных психрометрических термометров, помещенных в метеорологическую будку на специальном штативе. Резервуар правого термометра обвязан батистом, конец которого погружен в стаканчик с дистиллированной водой (смоченный термометр).

Левый термометр - сухой. Будка имеет стенки в виде двойных жалюзи, что даже при сильных ветрах не приводит к значительному повышению скорости внутри будки, но в то же время имеет место хороший воздухообмен внутри.

Гигрометрический метод (гигро - влажный) основан на свойстве некоторых тел менять свои линейные размеры (деформироваться) при изменении содержания в воздухе водяных паров. Такими свойствами например обладает обезжиренный человеческий волос и различные органические пленки. Так, при изменении влажности от 0 до 100% удлинение волоса составляет около 2,5% от его длинны. Это и положено в основу работы гигрометров и гигрографов. В гигрометрах деформация волоса или пленки с помощью системы рычагов передается на стрелочный указатель, а в гигрографах - на перо, с помощью которого производится запись на ленте на вращающемся барабане. Все приборы этого типа относительные. Хотя их шкалы и отградуированы в значениях относительной влажности, в отсчеты по приборам надо вводить специальные поправки, полученные по результатам параллельных наблюдений по станционному психрометру.

Волосной гигрометр в зимнее время при температурах - 10 о С и ниже является основным прибором, т.к. более точный в иных условиях психрометр не может работать при низких температурах. Переводной график гигрометра строится заранее путем параллельных наблюдений в течение 1 - 1,5 месяца по психрометру и гигрометру до наступления устойчивых морозов. Отсчеты относительной влажности, снятые с гигрометра, переводятся в исправленные значения по переводному графику.

Гигрографы выпускаются как волосные, так и пленочные. Оборот барабана как и у термографа, суточный и недельный. Значения относительной влажности, снятые с ленты, переводятся в исправленные значения по переводному графику, полученному аналогично графику гигрометра.