Измерение и регулирование относительной влажности

  • Просмотров: 3683
 

Опыт работы с потребителями приборов для измерения влажности газов показывает, что очень часто пользователи имеют слабое представление о понятии «влажность газа», единицах измерения влажности и их физической сущности, что зачастую порождает много вопросов как технического, так и методического характера. В этом разделе приведены краткие характеристики основных единиц измерения влажности газов и даны ответы на наиболее часто возникающие в процессе эксплуатации гигрометров вопросы.

1. Основные понятия и единицы измерения влажности

Для количественной оценки «влажности» газов наиболее часто используют следующие характеристики:

•  парциальное давление водяного пара (р);

• относительная влажность, определяемая как отношение парциального давления водяного пара (р) к давлению насыщенного пара (ps) при данной температуре, выраженное в процентах;

• температура точки росы (инея), определяемая как температура, при которой парциальное давление насыщенного относительно воды (льда) пара равно парциальному давлению водяного пара в характеризуемом газе;

•  абсолютная влажность, определяемая как массовое содержание воды в единице объема газа.

Зависимости давления насыщенного пара над плоской поверхностью воды и льда от температуры, полученные теоретически на основании уравнения Клаузиуса - Клапейрона и сверенные с экспериментальными данными многих исследователей, рекомендованы для метеорологической практики Всемирной метеорологической организацией (ВМО):

ln psw = -6094,4692T-1 + 21,1249952 - 0,027245552 T + 0,000016853396T2 + 2,4575506 ln T

ln psi = -5504,4088T-1 - 3,5704628 - 0,017337458T + 0,0000065204209T2 + 6,1295027 ln T,

где psw и psi - давление насыщенного пара над плоской поверхностью воды и льда соответственно (Па);

Т - температура ( К ).

Приведенные формулы справедливы для температур от 0 до 100ºC (для psw) и от -0 до -100ºC (для psi). В то же время ВМО рекомендует первую формулу и для отрицательных температур для переохлажденной воды (до -50ºC).

2. Влияние температуры сенсора на погрешность измерения относительной влажности

Согласно определению относительная влажность воздуха - это отношение давления водяного пара (p) в воздухе и давления насыщенного водяного пара (ps) при данной температуре, выраженное в процентах:

 

Ψ = 100 (p/ ps)

 

Давление насыщенного пара ps сильно зависит от температуры. Вследствие этого даже небольшое различие между температурой анализируемого воздуха и датчика приводит к значительной погрешности в определении относительной влажности. На рисунке приведена зависимость величины ошибки гигрометра от температуры при относительной влажности воздуха 100% и при условии, что температура сенсора на 0,1ºС выше температуры воздуха.

 

 

Завиcимость величины ошибки гигрометра от температуры при 100%

 относительной влажности, если температура датчика на 0,1ºС выше анализируемого воздуха
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

Верхняя кривая соответствует ошибке относительной влажности относительно льда.

Величина ошибки прямо пропорциональна величине относительной влажности. Так при относительной влажности воздуха 20% величина ошибки уменьшается в 5 раз по сравнению с указанной на рисунке. Сказанное выше иллюстрирует необходимость проведения измерений относительной влажности воздуха в условиях установившегося теплового равновесия между сенсором и анализируемой средой. Кроме того, отсюда видно, какие проблемы возникают при измерении и трактовке результатов измерений относительной влажности в помещениях с большими градиентами температур. Так, в помещении с температурой 19...21ºС и относительной влажностью 50% (в точке с температурой 20ºС) разность в величине относительной влажности в разных точках достигает 6% относит. влажности. Следует отметить, что градиенты температур в помещениях в пристенной области, вблизи окон, полов и потолков, а также отопительных приборов могут достигать значительных значений.

3. Особенности измерения относительной влажности воздуха в России

Большая часть территории нашей страны лежит в континентальной и резко континентальной климатической зоне. Это означает продолжительные и довольно суровые зимы со средней температурой по крайней мере ниже -10ºС. При этом температура воздуха в помещениях в большинстве регионов страны поддерживается на уровне 20...22ºС. Относительная влажность воздуха в таком помещении при наружной температуре -10ºС и относительной влажности 100% составит 13%. При наружной температуре -20ºС -4,4%. Уже к середине зимы стены, мебель, бумага отдают накопленную в летний период влагу (а это могут быть десятки килограмм) и становятся мощными насосами, выкачивающими водяной пар из воздуха при потеплениях или попытках единовременного повышения влажности в помещении путем полива, испарения или разбрызгивания воды.

В связи с этим вызывают недоумение требования различных нормативных документов к величине относительной влажности в рабочих помещениях 30-80%.

С наступлением холодов многие наши Заказчики начинают звонить и подвергать сомнениям достоверность показаний термогигрометров ИТ5-ТР  и ДВТ-02. Особенно частым аргументом наших оппонентов является сравнение их показаний с показаниями настенного психрометра ВИТ: «...ВИТ показывает 40%, а ИТ5-ТР - 15...».  А дело в том. Что:

1) диапазон измерений ВИТ-1 - 20...90%, ВИТ-2 - 40...90%;

2) психрометрические таблицы для ВИТ приведены при скорости обдува 1 м/с;

3) декларируемая погрешность ВИТ ±7% относительной влажности;

4) мокрый термометр в психрометре должен быть заправлен дистиллированной водой, а тряпочка должна быть чистой;

5) относительная влажность воздуха на улице и в помещении - это совершенно разные величины;

6) что при отсутствии системы увлажнения относительная влажность воздуха в помещении не может быть такой высокой.

 

4. Использование насыщенных растворов солей для проверки гигрометров

Практическое использование насыщенных растворов солей для проверки гигрометров основано на том, что равновесная относительная влажность воздуха над поверхностью такого раствора мало зависит от температуры. В таблице  приведены значения относительной влажности для различных солей при различных температурах.

Соли

Относительная влажность (%) и оценка доверительных интервалов абсолютной погрешности (при Р = 0,9) над насыщенными водными растворами солей при t, ºС

 

0

10

20

30

40

50

60

LiCl

18,6±0,1

14,5±0,2

12,0±0,1

11,9±0,1

11,5±0,1

11,0±0,1

11,0±0,1

MgCl2

34,0±0,2

33,6±0,2

33,0±0,1

32,5±0,1

31,6±0,1

30,5±0,1

29,4±0,1

NaBr

66,8±0,2

62,8±0,2

59,4±0,2

57,6±0,2

53,2±0,1

-

-

NaCl

76,2±0,2

75,9±0,2

75,6±0,3

75,3±0,2

75,3±0,2

74,8±0,2

74,5±0,2

KCl

88,2±0,3

86,7±0,3

85,3±0,3

83,6±0,3

83,6±0,3

81,4±0,2

80,0±0,2

K2SO4

99,6±0,3

98,3±0,3

97,5±0,4

97,2±0,3

97,2±0,3

97,0±0,2

-

 

Рекомендации по практическому использованию солей для проверки гигрометров

1. Подберите стеклянную тару (банку) с герметично закрывающейся полиэтиленовой или жестяной крышкой объемом 100-200 мл.

2. Проделайте в крышке отверстие, в которое можно было бы вставить датчик со снятым защитным колпачком. Снимите колпачок с датчика, вставьте его в отверстие в крышке и завинтите колпачок. Желательно для обеспечения герметичности использовать резиновую прокладку.

3. Поместите на дно банки около 0,5 см (уровень) сухой соли и смочите ее дистиллированной водой. При этом вода не должна попасть на стенки и соль должна быть покрыта водой.

4. Закройте банку крышкой со вставленным датчиком. Раствор соли (соль) не должен попадать на датчик. Банка должна быть герметично закрыта крышкой с датчиком для исключения «разбавления» паровоздушной смеси внутри стакана окружающим воздухом. Подвесьте банку с датчиком в месте без сквозняков со стабильной температурой, а лучше поместите в термос с широкой горловиной (предварительно укутав ее поролоном или мягкой тканью (чтобы не разбить колбу), и дождитесь установления показаний. Время установления равновесия может достигать нескольких часов. Имейте ввиду, что изменение температуры в процессе проверки отодвигает момент достижения равновесия на неопределенное время.

Точность метода зависит от следующих факторов:

1) отсутствия градиентов температуры в системе «банка – датчик» и ее стабильности в процессе измерений;

2) герметичности системы.

 

При подготовке статьи использованы материалы НПК "Микрофор"

Powered by module Blog | News | Reviews | Gallery ver.: 4.32.5 Lightspeed (Commercial license) (opencartadmin.com)