Що таке вологість повітря як правильно вимірювати вологість тиск водяної пари

Вимірювання вологості

Тут і далі ми будемо говорити про вологість повітря і газів. На відміну від температури, з визначенням та фізичним розумінням вологості проблем немає. Ця кількість води, що міститься в одиниці об'єму повітря. Але ми зіткнулися в своїй роботі з тим, що люди, які займаються професійно вимірами не відчувають цей фізичний параметр і відповідно не можуть провести елементарні розрахунки і пояснити багато явищ пов'язані з вологістю. Пов'язано це багато в чому з тим, що на відміну від температури ми не відчуваємо вологість так явно (Див. Статтю: Що таке температура? Як правильно вимірювати температуру? Що вибрати: термоопір або термопару? Поради по застосуванню.). Уявіть, що ви вийшли зимового ранку з дому. Яка температура на вулиці, ви зможете сказати з точністю 3 ... 5⁰С, а ось питання, яка зараз відносна вологість, поставить вас в глухий кут. У той же час вологість повітря є дуже важливим параметром, що безпосередньо впливають на самопочуття і працездатність людини. Дуже важливо знати і підтримувати певну вологість в багатьох галузях промисловості і сільському господарстві.

Що таке вологість повітря

Існують кілька одиниць вимірювання відносної вологості повітря.
1. Абсолютна вологість - це кількість води в одиниці об'єму повітря, А (г / м3).
2. Для визначення другої одиниці вимірювання потрібно уважно подивитися на малюнок, що відображає рух молекул води в закритій посудині, залитому до певного рівня водою. Через деякий час в цій посудині два процеси: випаровування і конденсації молекул води вирівняються і ми отримаємо насичена водяна пара, який створює тиск на стінки посудини дорівнює тиску насиченої водяної пари, Ps (Ра). У повітрі завжди присутні молекули води, але їх концентрація нижче, ніж над водною поверхнею. Вони так само, як і інші молекули повітря створюють тиск. Це тиск, що створюється саме молекулами води, називається парціальним тиском водяної пари, P (Па). Ставлення парціального тиску водяної пари до насиченого тиску водяної пари, виражене у відсотках називається відносною вологістю повітря:

З визначення випливає, що над поверхнею води відносна вологість повітря дорівнює 100%. І назад, при 100% -ої вологості повітря спостерігається конденсація вологи. Тиск насиченої водяної пари зростає при збільшенні температури. Якщо в ізольованому приміщенні з 100% -ою вологістю підвищити температуру, то відносна вологість різко знизиться.

3. З другої одиниці вимірювання слід третя. Якщо в замкнутому об'ємі з певною вологістю зменшувати температуру, то буде збільшуватися відносна вологість повітря. При певній температурі відносна вологість стане рівною 100%. Ця температура називається температурою точки роси. Для негативних температур існує своя точка роси - точка інею. Саме визначення підказує один із способів визначення вологості повітря в деякому обсязі. Потрібно повільно охолоджувати якийсь предмет, контролюючи його температуру. Температура, при якій на предмет виникне водяна плівка скондесувалися молекул води, буде дорівнює температурі точки роси в даному обсязі.

Нижче наведені вирази для розрахунку тиску насиченої водяної пари над поверхнею води Psw і льоду Psi в залежності від температури:

Значення тиску насиченої пари над поверхнею води (РSW) і льоду (Рsi)

Приклади розрахунку відносної вологості і точки роси

Завдання. Відносна вологість повітря при температурі 20⁰С становить 55%. Визначити точку роси повітря.

Рішення. З Таблиці 2. тиск насиченої водяної пари при температурі 20⁰С дорівнює 2340 Па. Визначаємо парціальний тиск водяної пари в повітрі:

p = ps (ψ / 100) = 2340 x 55/100 = тисячі двісті вісімдесят сім Па

З Таблиці 2.находім температуру: 10,5⁰С.

Завдання. Параметри повітря зовні: Т = -10⁰С, ψ = 100%; в приміщенні: Т = 20⁰С. Чому дорівнює відносна. вологість в приміщенні?

Рішення. З Таблиці 2. знаходимо значення тиску насиченої водяної пари Рsн при температурі -10⁰С. Цей тиск дорівнює парціальному тиску водяної пари в приміщенні. З Таблиці 2. знаходимо, чому дорівнює тиск насиченої водяної пари Psп при 20⁰С в приміщенні.

ψп = Рsн / Psп х 100%
ψп = 286/2340 х 100% = 12,2%

Сенсори для вимірювання вологості повітря

Для визначення вологості повітря існують як прямі, так і непрямі методи. З прямих можна привести метод визначення температури точки роси по конденсації на дзеркалі. Це дуже точний метод, що дозволяє вимірювати малі значення вологості. Однак самі прилади - досить дорогі. Метод вимагає часу і непристосований для контролю швидких процесів. В основному його використовують в лабораторіях для визначення вологості сухих газів.

Існує також спектрометрический метод прямого підрахунку молекул води в повітрі. Але він також не підходить для промислового застосування. Найбільш популярним методом вимірювання є психрометрический, за різницею показань сухого і вологого термометрів. Але цей метод вимагає чітко задається постійної швидкості обдування вологого термометра. Більшість же психрометрів просто кріпляться на стіні і вірити їм, звичайно ж, не можна. І через неконтрольовану швидкості обдування і через недостовірного вимірювання температури повітря.

Біда в тому, що люди звикли до цих приладів і посилаються на їхні свідчення, як єдино вірні.

Для виробництва електронних датчиків і вимірників відносної вологості найчастіше використовують ємнісні полімерні чутливі елементи. Дані сенсори являють собою підкладку з нанесеним нижнім металевим шаром, шар полімеру, легко адсорбуючого вологу, верхній пористий шар металізації. При зміні вологості змінюється як товщина полімеру, так і його діелектричні параметри, що призводить до зміни ємності сенсора. Останнім часом увага до цих сенсорів сильно зросла, так як з'явилася можливість створення датчиків з цифровим виходом з уже відкаліброваним вихідним сигналом.

Особливості застосування вимірювачів вологості повітря з ємнісним чутливим елементом

На жаль, ємнісні чутливі елементи реагують не тільки на вологість, але і на більшість неінертних газів, що призводить до додаткової похибки, а часто і до повної деградації сенсора. При тривалому знаходженні сенсора при високій вологості його необхідно просушити при підвищеній температурі за методикою, що надається виробником. Полімер не може працювати при високій температурі, обмежуючи діапазон використання вимірювача. Не можна допускати конденсації вологи на чутливому елементі, так як це призведе до корозії тонкоплівкової структури сенсора. Сенсор необхідно захищати від впливу сонячних променів, торкання руками, різних забруднень. Саме сенсор вологості визначає технічні параметри і термін служби вимірювача вологості. Тому так важливо, щоб сенсори були взаємозамінні. Саме тому міжповірочний інтервал для вимірників вологості дорівнює всього 1-му році. Краще значення абсолютної похибки для вимірювача вологості промислового застосування на сьогодні, це - ± 2,0%.

Необхідно пам'ятати, що відносна вологість повітря за визначенням дуже сильно залежить від температури. Коливання температури повітря по об'єму приміщення в ± 1⁰С можуть призводити до коливань відносної вологості в ± 5% і більше. Якщо взимку ваш електронний гігрометр показує отн. вологість в 7%, а психрометр - 30%, то це аж ніяк не означає, що гигрометр зламався. Так і є. Просто зніміть зі стіни психрометр і покладіть подалі в шафу.

Цікаво? Розкажи друзям!