Методы измерения относительной влажности воздуха

  • Просмотров: 4777
 

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. 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, обычно не превышающая 10?

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).

Таблица 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.

Для лучшего понимания процесса приведем примеры, опираясь на данные психрометрических таблиц (Таблица 2), поясняющие ситуацию с измерением влажности в холодное время года:

Таблица 2. Таблицы психрометрические (фрагмент). Соотношение между параметрами абсолютной (a), относительной (φ) влажности, объемным влагосодержаниемт(Х, ppm) и температурой точки росы ( tросы), при температуре исследуемого воздуха t =+20 °С.
φ,% а, г/м3 X, ppm tросы,°С φ, % а, г/м3 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 ta=0 °С; относительная влажность в атмосфере φa=100 % (=> tросы этого воздуха при этом =tа=0 °С). Температура точки росы (tросы) - величина, характеризующая влажность воздуха: это температура, при которой исследуемый воздух имеет φ =100 % (отн. вл.) или а=аmax (абсолютная влажность в г/м3) - полное влагонасыщение (т.е. при понижении температуры исследуемого воздуха ниже tросы 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 tросы= 0 °С), имеет величину относительной влажности φ =26 %, см, строку, где tросы =0 °С.

Пример 2: По данным метеосводки ta = -10 °С; φa =80 %. По таблице 2 определяем, что при tросы = ta = -10 °С максимальное значение абсолютной влажности аmax=2,27 г/м3 (т.е. при 100% относительной влажности). Соответственно, при относительной влажности 80% абсолютная влажность атмосферного воздуха (при ta =-10 °С) составит а=аmax*φ =2,27*0,8=1,82 г/м3.

В помещении t=+21 °С (см. в таблице строка tросы =+21 °С). Находим, что максимальная абсолютная влажность (аmax) воздуха при t=+21 °С составила бы 18,3 г/м3. Получаем значение φ проникшего воздуха (для t=+21 °С): φ =(а/аmax)*100 % =(1,82/18,3)*100 % =9,9%

Пример 3. Допустим, что при той же метеосводке (ta =-10 °С, φa=80 %) исследуется помещение с температурой t =+18 °С. По примеру 2 аатм воздуха 1,82 г/м3. Тогда, по таблице 2 аmax (см. строчку tросы =+18 °С, напоминаем, что при этой температуре точки росы в воздухе содержится максимально возможное количество влаги)=15,36 г/м3, и следовательно: φ (+18 °С)=(аа.в./аmax)*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.

Источник: http://www.metronics.ru

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