Как читать показания и вносить коррективы?

Сложности и ошибки в измерениях

При самостоятельной эксплуатации гигрометров разных категорий, новички и неопытные пользователи могут всегда столкнуться со следующими, наиболее распространёнными ошибками и сложностями:

• Отсутствие поверки или калибровки любого из представленных на рынке приборов, вне зависимости от его категории и конструкции – гигрометр будет выдавать ложные показания, которые не смогут использоваться в дальнейшем.
• Отсутствие мокрой ванночки для психрометрического гигрометра – прибор выдаст неверные результаты температуры для влажного термометра, что не позволит корректно посчитать относительную влажность.
• Физический износ капроновой нити или полимерной мембраны для волосяного или плёночного гигрометра – также, показатели не смогут достигнуть нужного уровня влажности.
• Отсутствие заряженных элементов питания для электронного гигрометра – программируемый блок выдаст ошибку по результатам измерений.
• Пыль, жировые отложения или другой налёт на зеркале конденсационного гигрометра – данные отложения приводят к сбою настроек, необходимости обслуживания и калибровки прибора.
• Ошибки в расчётах при определении относительной влажности – перед началом эксплуатации, рекомендуется заранее выписать формулы, чтобы избежать риска использования неверных значений.

Чтобы избежать ошибок, перечисленных выше, перед началом эксплуатации гигрометра, следует тщательно изучить инструкцию по его корректному использованию и чтению показателей, а также ознакомиться с несколькими уроками и мастер-классами, которыми эксперты нередко делятся с другими пользователями интернета в публичном доступе.

Влажность воздуха

Воздух, содержащий водяной пар, называют влажным воздухом. Основными количественными характеристиками такого воздуха являются его абсолютная и относительная влажности.

Обычно абсолютную влажность выражают в граммах на кубический метр

Поскольку атмосферный воздух представляет собой смесь различных газов (азот, кислород, углекислый газ и др.) и водяного пара, то атмосферное давление определяется суммой парциальных давлений компонентов сухого воздуха и водяного пара. Используя уравнение Клапейрона—Менделеева, плотность пара можно определить через его парциальное давление

Зная только плотность

воздуха — физическая величина, равная отношению абсолютной влажности

насыщенного водяного пара при данной температуре.

Обычно относительную влажность выражают в процентах:

Чем ниже относительная влажность воздуха, тем интенсивнее испаряется вода. При относительной влажности воздуха

Поскольку плотность пара и его парциальное давление связаны соотношением (10.1), то относительную влажность можно определить как отношение парциального давления

водяного пара, находящегося в воздухе при данной температуре, к давлению

Таким образом, относительная влажность зависит не только от абсолютной влажности, но и от температуры воздуха.

Таблица 1 – Давление и плотность насыщенного водяного пара

Когда парциальное давление водяного пара в воздухе равно давлению насыщенного пара при той же температуре, говорят, что воздух насыщен водяными парами. Если же плотность водяного пара превышает плотность насыщенного пара, то пар в воздухе считают пересыщенным. Такое состояние является неустойчивым и заканчивается конденсацией.

Давление насыщенного пара уменьшается при понижении температуры (см. табл. 1). Из формулы (10.3) следует, что при одном и том же давлении

Температуру, при которой водяной пар в результате изобарного охлаждения становится насыщенным, называют точкой росы.

При понижении температуры ниже точки росы происходит конденсация водяного пара. Например, днём температура воздуха была

а плотность водяного пара

Ночью температура понизилась до

При этой температуре плотность насыщенного водяного пара

Значит, избыток пара сконденсировался и выпал в виде росы. Этот процесс является причиной образования тумана (в воздухе всегда есть пылинки, которые являются центрами конденсации), облаков и дождя. В технике конденсация обычно осуществляется на охлаждаемых поверхностях.

Если относительная влажность меньше 100 %, то точка росы всегда ниже температуры воздуха и тем ниже, чем меньше относительная влажность.

Приборы для измерения влажности

Относительную влажность воздуха обычно измеряют психрометром, состоящим из двух термометров — сухого и влажного (рис. 61). Сухой термометр показывает температуру воздуха.

Резервуар влажного термометра обёрнут тканью, смачиваемой водой. Вода с ткани испаряется, охлаждая при этом термометр. Чем меньше относительная влажность воздуха, тем интенсивнее испаряется вода и тем сильнее охлаждается влажный термометр. И наоборот — при большой относительной влажности воздуха влажный термометр охлаждается незначительно.

При 100 %-ной относительной влажности вода и её пар находятся в динамическом равновесии и показания обоих термометров совпадают.

Зная показания сухого и влажного термометров, относительную влажность воздуха определяют, используя специальную таблицу, называемую психрометрической (табл. 2).

Таблица 2 — Психрометрическая таблица

Живые организмы и растения весьма восприимчивы к относительной влажности воздуха. При температуре 20—25 °С наиболее благоприятная для человека относительная влажность составляет 40—60 %.

При высокой влажности, особенно в жаркий день, испарение влаги с поверхности кожи затрудняется, что приводит к нарушению важнейших биологических механизмов регулирования температуры тела.

При низкой влажности происходит интенсивное испарение с поверхности тела и высыхание слизистой оболочки носа, гортани, лёгких, что приводит к ухудшению самочувствия. При низкой влажности в воздухе дольше сохраняются патогенные микроорганизмы, что также небезопасно для человека. В случае низкой влажности воздуха интенсивность испарения с листьев увеличивается, и при малом запасе влаги в почве они быстро вянут и засыхают.

Влажность воздуха необходимо учитывать и в различных технологических процессах, таких, например, как сушка и хранение готовых изделий. Стальные изделия при высокой влажности быстро ржавеют. Сохранение произведений искусства и книг также требует поддержания влажности воздуха на необходимом уровне. Большое значение имеет влажность в метеорологии для предсказания погоды. Если воздух у поверхности Земли охлаждается ниже точки росы, то могут образовываться туман, роса или иней.

Пример решения задачи

Температура воздуха в комнате

а его относительная влажность

На улице температура и относительная влажность воздуха

соответственно. Каким будет направление движения водяных паров, если открыть форточку: с улицы в комнату пли из комнаты на улицу?

Решение. При температуре воздуха

давление насыщенных паров

а при температуре

а на улице

следовательно, пар выходит из комнаты на улицу.

Ответ: пар выходит из комнаты на улицу.

Вечером при температуре

Выпадет ли роса, если ночью температура понизится до

Решение. Для того чтобы узнать, выпадет ли роса при понижении температуры воздуха до

необходимо сравнить плотность (давление) насыщенного пара при этой температуре с плотностью (парциальным давлением) пара при температуре

(см. таблицу 1 $10). Плотность водяного пара, содержащегося в воздухе при температуре

то имеющегося в воздухе количества водяного пара недостаточно для насыщения, роса не выпадет.

Ответ: роса не выпадет.

Влажность воздуха и точка росы

Влажный воздух — это воздух, в составе которого имеется водяной пар. Основными количественными характеристиками такого воздуха являются абсолютная и относительная влажность.

Абсолютная влажность – это физическая величина, равная плотности водяного пара в воздухе в данных условиях.

Абсолютную влажность (плотность водяного пара в воздухе) можно выразить через парциальное давление водяного пара на основании уравнения Менделеева-Клапейрона:

— плотность водяного пара в воздухе – абсолютная влажность,

– молярная масса воды,

— температура воздуха,

— парциальное давление пара,

— универсальная газовая постоянная. Обычно абсолютная влажность измеряется в

Однако невозможно определить, в каком состоянии находится пар, насколько он отличается от насыщенного состояния, зная только плотность и парциальное давление водяного пара при данных условиях. Поэтому была введена вторая характеристика степени увлажнения воздуха – относительная влажность.

Относительная влажность — это физическая величина, равная отношению абсолютной влажности воздуха при данной температуре к плотности насыщенного водяного пара при той же температуре. Относительная влажность выражается в процентах:

— плотность насыщенного водяного пара в воздухе,

— относительная влажность воздуха.

Ссылаясь на связь плотности водяного пара в воздухе с его парциальным давлением, из равенства (6.33) относительную влажность можно выразить через давление:

Относительная влажность равна отношению парциального давления водяного пара в воздухе при данной температуре к давлению насыщенного водяного пара при той же температуре:

Таким образом, относительная влажность определяется не только абсолютной влажностью, но и температурой воздуха. Относительная влажность воздуха измеряется с помощью психрометра и гигрометра.

Если парциальное давление водяного пара в воздухе при данной температуре будет равно давлению насыщенного пара при той же температуре, то состояние водяного пара в воздухе будет насыщенным. Если плотность водяного пара в воздухе при данной температуре больше плотности насыщенного водяного пара при той же температуре, то в этом случае говорят, что водяной пар в воздухе находится в перенасыщенном состоянии. Такое состояние приводит к конденсации пара.

Температура, при которой в результате изобарного охлаждения водяной пар в воздухе превращается в насыщенный, называется точкой росы. При падении температуры воздуха ниже точки росы происходит конденсация водяного пара. Например, предположим, что температура воздуха днем

а плотность водяного пара в воздухе составляет

Ночью же температура воздуха

плотность насыщенного водяного пара при этой же температуре

Значит, излишки пара конденсируются, то есть выпадает роса. Этот процесс является причиной возникновения тумана, облаков и дождей.

Определение влажности воздуха

Известно, что человек примерно на 70 % состоит из воды, при этом не все догадываются, что в жизни человека значительную роль играет уровень влажности атмосферы. однако мы интуитивно чувствуем, что обычно влажный воздух полезен для здоровья, поэтому стремимся отдыхать на берегу моря, реки, озера. Выясним, от каких факторов зависит влажность воздуха и как ее можно изменить.

Что такое влажность воздуха

Воздух всегда содержит некоторое количество водяного пара. Содержание водяного пара в воздухе характеризуется абсолютной и относительной влажностью. Абсолютная влажность

Единица абсолютной влажности в СИ — килограмм на метр кубический:

Обычно абсолютную влажность приводят в г/м3. В экваториальных широтах она может достигать 30 г/м3, к полюсам Земли снижается до 0,1 г/м3.

Относительная влажность ϕ — физическая величина, которая показывает, насколько водяной пар близок к насыщению, и равна выраженному в процентах отношению абсолютной влажности к плотности насыщенного водяного пара при данной температуре:

Плотность насыщенного водяного пара (

) при данной температуре — величина постоянная, поэтому ее заносят в таблицы (табл. 1) или представляют в виде графиков (рис. 32.1). Обратите внимание на два момента.

• По температуре и относительной влажности легко определить абсолютную влажность и массу водяного пара в воздухе: Например, измерения показали, что в комнате объемом 180 м3 при температуре 22 °С = 50 %. В табл. 1 находим: (22 °C) , =19 4 г/м3. Тогда:
• Плотность водяного пара прямо пропорциональна его парциальному давлению и концентрации молекул пара , поэтому относительную влажность воздуха можно найти из соотношений:

Анализ графика на рис. 32.1, а показывает, что относительную влажность можно увеличить, увеличив абсолютную влажность, то есть увеличив массу водяного пара в воздухе. Если на кухне долго кипятить воду, то относительная влажность может достигнуть 100 % (точка С графика), а кафель покроется влагой. Относительная влажность также увеличится, если уменьшить температуру воздуха (рис. 32.1, б). При температуре

Температуру, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным, называют точкой росы

Рис. 32.1. Графики зависимости

— плотности насыщенного водяного пара от температуры;

Зная точку росы, можно определить абсолютную и относительную влажности. Например, температура в комнате 24 °С, а стенки сосуда с водой покрываются влагой при температуре воды 16 °С, то есть при этой температуре пар становится насыщенным (t=

). Это означает, что

(см. табл. 1). Поскольку

Как измерить влажность воздуха

Приборы для прямого измерения влажности воздуха называют гигрометрами. Наиболее часто употребляемые виды гигрометров — волосяной (волосной) и психрометрический. Принцип действия волосяного гигрометра (рис. 32.2) базируется на свойстве обезжиренного волоса увеличивать свою длину с увеличением влажности воздуха. Зимой волосяной гигрометр является основным прибором для измерения влажности воздуха вне помещений. Чаще всего используют гигрометр психрометрический — психрометр.

Его действие основано на двух фактах: 1) скорость испарения жидкости тем выше, чем ниже относительная влажность воздуха; 2) жидкость при испарении охлаждается. Психрометр состоит из двух термометров — сухого измеряющего температуру окружающей среды, и влажного — его колба обернута тканью, конец которой опущен в сосуд с водой (рис. 32.3). Вода из ткани испаряется, и влажный термометр показывает более низкую температуру, чем сухой. Чем ниже относительная влажность, тем быстрее испаряется жидкость и тем больше разница показаний сухого и влажного термометров. Относительную влажность определяют с помощью психрометрической таблицы (табл. 2). Например, сухой термометр показывает 15 °С, а влажный 10 °С; разность температур ∆ =t 5 C° . Из табл. 2 видим, что ϕ = 52 %.

Почему нужно следить за влажностью воздуха

Человек чувствует себя хорошо при относительной влажности 50– 65 %. Для его здоровья вредны как чрезмерно сухой, так и очень влажный воздух. Избыточная влажность способствует размножению различных болезнетворных грибков. В сухом воздухе человек быстро утомляется, у него першит в горле, пересыхают губы, становится сухой кожа и т. п.

Если воздух слишком сухой, то пыль, не связанная влагой, летает по всему помещению, и это особенно опасно для людей, страдающих аллергией. Недостаточная влажность приводит к гибели чувствительных к уровню влажности домашних растений; трещины на предметах из дерева, расстроенные музыкальные инструменты — тоже результат недостаточной влажности воздуха. Влажность воздуха важно учитывать в ткацком, кондитерском и других производствах; при хранении книг и картин; в лечении многих болезней и т. д.

Физические величины, характеризующие влажность воздуха

Абсолютная влажность — плотность водяного пара, содержащегося в воздухе:

Относительная влажность равна выраженному в процентах отношению абсолютной влажности к плотности насыщенного водяного пара при данной температуре:

• Приборы для измерения влажности называют гигрометрами.
• Температуру, при которой относительная влажность воздуха достигает 100 %, то есть водяной пар в воздухе становится насыщенным, называют точкой росы.

Физические свойства влажного воздуха

Влажность воздуха — это мера содержания влаги (водяного пара) в воздухе. Чем больше водяного пара в объеме воздуха, тем больше его влажность. При низкой влажности, мера водяного пара в воздухе снижена, и воздух становится сухим. Влажность воздуха на улице и в помещении меняется в зависимости от погодных условий, процессов жизнедеятельности людей, работы технического оборудования, системы отопления, вентиляции и кондиционирования.
      Степень сухости и влажности воздуха, находятся в прямой зависимости от того, насколько водяной пар близок к насыщению, иными словами к 100-процентной влажности (т.е. такое состояние воздуха, при котором он полностью насыщен влагой). Если охладить влажный воздух, можно довести находящуюся в нем влагу до такого состояния, что она начинает конденсироваться, т.е. превращаться в воду. Данное явление можно наблюдать при охлаждении воздуха в обычном кондиционере, при охлаждении комнатного воздуха, в кондиционере начинает образовываться конденсат. В природе данное явление наблюдается при возникновении росы ранним утром, после конденсации охладившегося ночного воздуха.
      Сам процесс конденсации охлаждаемого воздуха проявляется в появлении капель сконденсировавшейся жидкости – росы. Температура, при которой происходит перенасыщение водяного пара, находящегося в воздухе, т.е. возникновение конденсата, называется точкой росы.

Виды влажности, абсолютная и относительная влажность

Для того чтобы охарактеризовать влажность, употребляют такие термины, как абсолютная и относительная влажность воздуха.
      Абсолютнаявлажность воздуха — это весовое количество водяных паров, содержащихся в 1м3 воздуха. В состоянии насыщения (при максимально возможном содержании влаги) абсолютную влажность воздуха называют влагоёмкостью.
     Несмотря на то, что абсолютную влажность можно представить, тем не менее это не дает полного понятия о влажности или сухости воздуха. Для того, чтобы определить степень сухости или влажности воздуха, введено такое понятие, как относительная влажность.
      Относительная влажность дает другое абстрактное понятие содержания влаги в воздухе. Данная величина показывает долю в процентном отношении, на сколько насыщен воздух водяным паром.
      Другими словами, относительная влажность – это отношение массы влаги, находящейся в воздухе в данный момент, к максимальной массе влаге, которая вообще может находиться в этом объеме воздуха при данной температуре.
      Когда говорят о влажности воздуха, например, в сводках метеопрогноза, всегда имеют в виду именно относительную влажность воздуха, выраженную в процентах.

Давление водяного пара.

Основной характеристикой влажности является парциальное давление водяного пара (давление водяного пара) и относительная влажность.
      Водяной пар, как всякий газ, обладает упругостью, иными словами давлением. Давление водяного пара зависит от его плотности (массе в единице объема, кг/м3) и его абсолютной температуре. Оно выражается в тех же единицах, что и давление воздуха и всех его составных частей. В настоящее время в научной литературе обязательным является употребление Международной системы единиц (СИ), в которой основной единицей давления служит паскаль (1 Па = 1 Н/м2; 1 гПа= 102 Па).
      Давление водяного пара в состоянии насыщения (т.е. при 100% относительной влажности, когда воздух при определенной температуре, полностью насыщен водяным паром) называют давлением насыщенного водяного пара. В данном состоянии водяной пар имеет максимальное давление, которое возможно при данной температуре. Например, при температуре 0°С давление насыщенного пара составляет 6,1 гПа. Если воздух содержит водяного пара меньше, чем нужно для насыщения его при данной температуре (т.е. достижения его максимального содержания влаги), можно определить, насколько воздух близок к состоянию насыщения.
      Таким образом, имея два основных параметра:e – фактическое давление водяного пара, находящегося в воздухе;Е — давление насыщенного пара (с максимально возможным содержанием влаги) при данной температуре воздуха,
можно определить относительную влажность воздуха, выраженную в %, по следующей формуле:

Для примера, при температуре 20°С, давление пара, при его полном насыщении воздуха составляет 23,4 гПа. Если, в данный момент времени, фактическое давление водяного пара в воздухе будет составлять, например, 11,7 гПа, то относительная влажность воздуха составит:

Следует также заметить, что чем теплее воздух, тем больше водяного пара может он содержать в состоянии насыщения и, стало быть, тем больше может быть в нем давление водяного пара.

Влагосодержание (d) – это масса водяного пара (выраженная в граммах), приходящаяся на один килограмм сухого воздуха. Единица измеряется — г/кг.

где, mв.п. – масса водяного пара, растворенного в воздухе, г
              mc.в. – масса сухого воздуха, кг.

I-d диаграмма влажного воздуха

I-d диаграмма влажного воздуха – это основной инструмент для отражения различных процессов изменения состояния воздуха – его нагрева, охлаждения, осушения и увлажнения.
      Данная диаграмма значительно упрощает понимание различных процессов, происходящих с воздухом в системах вентиляции и кондиционирования, и позволяет легко снять данные о состоянии воздуха при любых его параметрах.
     Данная диаграмма графически показывает полную взаимосвязь между основных параметрами состояния воздуха:

• температурой
• относительной влажностью
• влагосодержанием
• энтальпией
• парциальным давлением паров воды.

Следует отметить, что все значения указаны при определенном значении состояния воздуха при атмосферном давлении – 101,3 кПа.
      На I-d диаграмме (рисунок 1) представлены следующие линии:

• криволинейные – линии относительной влажности (от 5 до 100%).
• прямые — постоянной энтальпии, температуры, парциального давления и влагосодержания.

Определить состояние воздуха в любой точке диаграммы возможно, зная любые два его параметра.

Рисунок 1
      Графическое изображение любого процесса изменения состояния воздуха значительно облегчается с помощью дополнительно нанесенной круговой диаграммы. На данной диаграмме под разными углами показаны значения тепло-влажностного отношения ε.
      Данная величина определяется наклоном луча процесса и рассчитывается как:ε = Q / W
где, Q – подведенное (отведенное) тепло или теплопоступления, кДж/ч;W — влага, поглощаемая или выделяемая из воздуха, (кг/ч).
Значение тепло-влажностного отношения ε делит всю диаграмму на четыре основных зоны, по которым можно определить процесс изменения состояния воздуха:

Ниже приведены основные процессы увлажнения воздуха – адиабатический (рисунок 2) и изотермический (рисунок 3)

Рисунок 2                                                                              Рисунок 3

Изменение влажности в зависимости от температуры

Относительная влажность воздуха зависит от его температуры. В процессе изменения температуры воздуха (при его нагреве или охлаждении) относительная влажность воздуха также изменяется. Данный процесс обусловлен изменением парциального давления водяных паров, содержащихся в воздухе.
      Например, в процессе нагрева воздуха парциальное давление водяных паров в состоянии полного насыщения ими воздуха начинает увеличиваться, это обусловлено расширением газа (воздуха) при его нагреве. Учитывая данный факт, при увеличении температуры воздуха его относительная влажность начинает снижаться.
      В процессе охлаждения воздуха происходит обратный процесс. Парциальное давление водяных паров в состоянии полного насыщения снижается, при охлаждении воздух сжимается, что вызывает увеличение его относительной влажности.
      Следует отметить, что в процессе нагрева воздуха его влагосодержание остается неизменным, так как масса водяного пара в единице сухого воздуха не изменяется (процесс нагрева проходит без подвода или отвода влаги).
      Процесс охлаждения воздуха проходит несколько сложнее. Здесь ключевым фактором является возможность конденсации водяных паров, растворенных во влажном воздухе. Например, при охлаждении воздуха без конденсации водяных паров, его влагосодержание остается неизменным (так как процесс проходит без подвода или отвода влаги — как и процесс нагрева воздуха). В случае охлаждения воздуха с конденсацией водяных паров, падает как его температура, так и влагосодержание (часть влаги конденсируется из воздуха), воздуха осушается, при этом, как было сказано выше, его относительная влажность увеличивается.
      Ниже на рисунке 4, на I-d диаграммах состояния влажного воздуха, для отображения сути процесса изменения относительной влажности и влагосодержания воздуха при изменении его воздуха, представлены следующие процессы:

• нагрев воздуха
• охлаждение воздуха без конденсации водяных паров
• охлаждение воздуха с конденсацией водяных паров.

26 мая 2020, 09:40
  
ЛЕГЕНДА

  
0

Полезное видео

О трех способах колибровки приборов для бани:

Альтернативный метод измерений влажности в промышленности

Очевидно, что при описанном выше подходе психрометрический метод измерения превращается в достаточно сложную измерительную систему, реализация которой является нетривиальной задачей. В свою очередь, упрощенный метод без учета указанных выше особенностей зачастую не обеспечивает требуемую точность или вообще не может применяться. По этой причине намного более распространенным в промышленности методом измерения относительной влажности является емкостной метод, который, в отличие от психрометрического, является прямым методом измерения относительной влажности воздуха. В основе метода лежит влагозависимый конденсатор (см. рисунок 6).

Рисунок 6 — Схематичное изображение чувствительного элемента

Он представляет собой керамическую подложку, в которую вмонтированы электроды (обкладки), а сверху нанесен очень тонкий полимерный слой (диэлектрик), абсорбирующий молекулы воды из окружающего воздуха. Для понимания принципа измерения, обратимся к формуле 4 для расчета емкости плоского конденсатора:

где:
Ɛ0 — электрическая постоянная 8,85*10-12 Ф/м;
S — площадь обкладок конденсатора, м2;
d — расстояние между обкладками, м;
Ɛ — относительная диэлектрическая проницаемость среды.

На основе данного метода измерений работают промышленные датчики влажности Galltec-Mela, в основе которых лежат уникальные сенсоры собственного производства, которые не боятся образования конденсата на своей поверхности, в отличии от сенсоров некоторых других производителей. Датчики имеют следующие преимущества:

• высокая точность измерения — самый простой датчик серии L имеет основную допустимую погрешность измерения 3%. Также в ассортименте Galltec-Mela есть датчики серии А/В, выполненные на базе микроконтроллера, которые имеют допустимую погрешность всего 1,5% и являются средствами измерения утвержденного типа;
• простота защиты от запыленности и агрессивных сред в разных технологиях за счет применения фильтров для датчиков влажности
• высокая стабильность, не зависящая от температуры или давления окружающего воздуха.

Как правильно провести калибровку и поверку?

Любое метрологическое оборудование требует периодической поверки, калибровки и настройки, и гигрометры, в данном случае, не являются исключением. Для осуществления данных метрологических операций, необходимо последовательно выполнить следующие действия.

• Необходимо заранее запастись аналогичным метрологическим оборудованием, который показывает на 100% точный результат замера влажности воздуха.
• Эталонный гигрометр устанавливается в рабочее положение, а, по завершении замера уровня содержания водяных паров в нём, данные показатели регистрируются, как основание для поверки.
• Испытуемый прибор устанавливается в то же место, что и эталонный гигрометр.
• На экране или на шкале гигрометра высвечиваются определённые показания.
• Значения двух гигрометров сверяются между собой, на основании чего принимается решение о необходимости калибровки сомнительного устройства.

• Данный способ подразумевает только идентификацию неисправного прибора, либо проверку его нормальной работоспособности.
• Прибор заворачивается в хлопковую ветошь, пропитанную водой и отжатую не менее, чем на 1 – 2 часа.
• Значения на гигрометре должны увеличиваться до достижения 96% влажности.
• Кода стрелка или цифровое значение на экране достигли данного показателя, прибор перестаёт замерять влажность.
• Если метрологическое оборудование выдаёт меньшее значение, это означает, что он нуждается в калибровке эталонным прибором.

• Данный способ достоверно позволяет определить с точностью до 0,1% корректность показаний прибора, а также необходимость его калибровки.
• В сосуд объёмом от 3 и более литров наливается горячая вода, в которую добавляется не менее 15 – 20% массовой доли поваренной или морской соли.
• Жидкость тщательно перемешивается до полного растворения соли.
• Полученный раствор переливается в другую ёмкость через марлю или сито для процеживания остатков соляных отложений.
• Над поверхностью раствора, непосредственно в ёмкости, сооружается простое крепление для гигрометра.
• Метрологический прибор фиксируется на подставке в рабочее положение, строго над ванночкой с соляным раствором.
• Готовое сооружение накрывается ведром или другой высокой ёмкостью, чтобы обеспечить полную герметичность сосуда с раствором и самого гигрометра.
• Ровно через сутки, крышка над сооружением снимается, после чего с экрана гигрометра фиксируются показания.
• На экране, либо на шкале устройства должны высветиться показания 75% относительной влажности.
• В случае, если данные значения больше или меньше, чем 75%, это говорит о необходимости калибровки.

• Данные приборы располагают поворотными рукоятками.
• При нажатии на рукоятку, стрелка гигрометра освобождается от привода анализатора влажности.
• При повороте рукоятки, стрелка приводится в движение в любую из сторон.
• Стрелка гигрометра аккуратно выставляется в нужное положение, согласно контрольным значениям эталонного прибора.
• По завершении работ, гигрометр повторно проходит поверку, согласно любому из перечисленных выше алгоритмов.

• На таких устройствах нередко имеется клавиша автоматической калибровки, нажатие на которую приводит к автоматическому выравниванию показателей метрологического оборудования до эталонных значений.
• В случае, когда автоматическая калибровка на приборе не предусмотрена, он, как правило, оснащается клавишей принудительной настройки с фронтальной или тыльной стороны.
• При нажатии и блокировке клавиши, на панели управления гигрометром нажимаются кнопки со стрелками, которые регулируют показания на 1 цену деления в большую или меньшую сторону.
• Когда на экране выставлены нужные показания, клавиша блокирования снимается, что позволяет запустить гигрометр в работу с уже откалиброванными значениями на экране.
• По завершении калибровки, рекомендуется проведение повторной поверки устройства, чтобы убедиться в его нормальной работоспособности на протяжении следующих нескольких месяцев.

Поверка и калибровка профессиональных гигрометров осуществляются в сервисных центрах авторизованных дилеров, так как, по результатам данной операции, выдаётся официальный поверочный сертификат, что позволяет использовать данное метрологическое оборудование в коммерческих целях с оформлением отчётов для представления в контролирующее органы по требованию.

Подробно о калибровке и настройке здесь.

Принцип действия психрометров

Принцип действия предельно прост – есть два термометра, зачастую ртутных или спиртовых. Один измеряет температуру окружающего воздуха («сухой» термометр), а второй измеряет температуру паров над поверхностью воды («влажный» термометр), для чего он расположен над резервуаром с водой (питателем) и обернут смоченной батистовой тканью для улучшения температурной проводимости (см. рисунок 2).

Суть метода заключается в том, что температура «мокрого» термометра всегда будет меньше температуры «сухого», поскольку согласно 1-му закону термодинамики, при испарении внутренняя энергия жидкости будет уменьшаться, а вместе с ней будет уменьшаться и ее температура как основная мера внутренней энергии.

Очевидно, что жидкость будет испаряться при текущей температуре воздуха тем интенсивнее, чем менее насыщен водяными парами окружающий воздух, и как следствие тем сильнее будет понижаться температура «мокрого» термометра. Таким образом: чем больше разница между показаниями «сухого» и «мокрого» термометров (психрометрическая разность), тем меньше относительная влажность окружающего воздуха.

Конструктивно различают несколько видов психрометров:

• обычные психрометры Августа без принудительного обдува, рассмотренные выше (см. рисунок 1);
• более продвинутые аспирационные психрометры Ассмана (см. рисунок 3) со встроенным принудительным обдувом в виде механического или электрического вентилятора. Обдув (аспирация) нужен для того, чтобы задать строго определенную интенсивность испарения воды — как правило речь идет о скоростях 0,5-1 м/с;
• психрометры, выполненные на базе двух термометров сопротивлений и подключенные к вторичным измерителям-регуляторам или ПЛК, которым также требуется принудительный внешний обдув.

Возможные ошибки и сложности

Следует знать, что гигрометры существуют различных типов – одни требуют калибровки, другие нет (но должны отличаться высоким качеством изготовления). Например:

• модели с натуральным волосом, или металлической спиралью требуют откалибровки;
• прибор с синтетическим волосом калибровки не требует, или это нужно очень редко;
• цифровые модели также не нужно калибровать – их точность зависит от производителя, известный бренд гарантирует своей продукции качество.

Специалисты рекомендуют приборы, которые требуют проверки, калибровать дважды в год. Это гарантирует точные показатели.

Следует помнить, что при проведении калибровки и выявлении неправильных показателей прибором, следует проводить корректировку в течение одной минуты. Если настройки сделать позднее, то гигрометр снова будет работать с искажениями.

При калибровке могут возникнуть и другие погрешности:

• при тестировании с водой, полотенце не полностью закрыло прибор, влажность показывает 51% – следует повторить цикл, используя большое (по размеру) полотенце;
• при калибровке (точного прибора) с соленым раствором итог 60% – возможно соли взяли меньше нормы, или нарушена герметичность емкости.

Чтобы удостовериться в результате погрешностей гигрометра, можно провести несколько тестов.

Как правильно настроить в домашних условиях?

В домашних условиях можно проверить гигрометр самостоятельно несколькими способами, при которых сначала устанавливают отклонения в точности показаний, затем регулируют настройки.

Сравнение с точным прибором

Если обладатель гигрометра заметил явные и очевидные ошибки в показаниях, то можно сравнить его «работу» с точным гигрометром (если он есть в наличии). Для этого:

• оба прибора оставляют рядом на 10-15 часов в конкретном месте/помещении;
• по истечении срока проверяют показания;
• если на правильном приборе показания, например, 65%, а на тестируемом 50%, то последний, настраивают до 65%.

Для этого используют специальный ключ или отвертку, которые помогут настроить (в нужное положение) регулировочный винт. Можно тест немного усложнить, если расхождения в показателях небольшие. Сначала приборы тестируют в сухом помещении, затем переносят их в места с очевидной влажностью (ванную комнату, баню), и сравнивают показатели.

Гигрометр следует покупать в специализированных магазинах от производителей с хорошей репутацией, чтобы избежать покупки подделок, которые можно быстро вычислить. Прибор подносят близко ко рту, несколько раз на него усиленно дышат. Если показания не меняются, возможно, в руках «подарок» от мошенников, в котором даже не установлен датчик влажности.

Если в доме есть увлажнитель воздуха (продвинутый) с встроенным (верным) датчиком влажности, то гигрометр сверяют с его показателями.

Тестирование с водой

Вариант калибровки прибора с использованием воды проводят по этапам:

• полотенце или любой материал погружают в емкость с водой (теплой);
• слегка отжимают лишнюю влагу;
• в полотенце заворачивают тестируемый прибор, он должен полностью находиться в полотенце (без щелок);
• кладут его в контейнер с закрывающейся (герметично) крышкой, или в полиэтиленовый пакет, крепко завязав его – прибор должен лежать строго горизонтально;
• через несколько часов (2-4 ч) гигрометр освобождают из влажного «плена»;
• смотрят на показатели, которые должны быть в районе 95-98%.

Если цифры другие, то быстро (в течение минуты) проводят корректировку, откалибруют прибор до нужных показателей. У механического гигрометра стрелку ослабляют, и переводят на цифру 95-98%, затем закрепляют ось.

В помещении, где проводиться тестирование, должно быть тепло, окна следует закрыть, чтобы не допустить сквозняков.

Использование соли для механических приборов

Наиболее точной проверкой гигрометра специалисты считают тест с использованием соляного раствора, он должен обеспечить влажность на 75% и не более. Проверку ведут пошагово:

• Подготавливают большую емкость, куда можно будет положить гигрометр и банку/стакан с соляным раствором.
• В банку насыпают 3-4 столовые ложки обычной поваренной соли (или любой другой), заливают небольшим количеством воды, чтобы получился густой соляной раствор.
• Банку ставят в емкость.
• Туда же устанавливают тестируемый прибор.
• Все герметично закрывают крышкой, или укрывают плотной пленкой, завязав бечевкой края емкости.
• Оставляют на 4-8 часов. Именно через это время в емкости образуется влажность 75%, как считают специалисты, и не более.

Для тестирования следует обеспечить температуру в комнате не более +19-210С.

Можно проверить гигрометр на точность еще одним способом – при помощи морозильной сумки. Для этого:

• в стакан кладут 2-3 столовые ложки соли, заливают водой до консистенции густой каши;
• в морозильную сумку кладут гигрометр, и ставят стакан с соляным раствором;
• сумку герметично закрывают и оставляют на два часа;
• по истечении времени сумку открывают и смотрят на показатели прибора;

Если гигрометр показывает другие данные, их быстро корректируют (регулируя винты, стрелки) до правильных.

Электронный гигрометр, имеющий гарантийный срок обслуживания, целесообразно после установки (при помощи одного из тестов) ошибочных показаний, отнести в сервисный центр, где устранят неполадки бесплатно и качественно. Маловероятна самостоятельная калибровка недорогого гигрометра, она обычно в данных вариантах не предусмотрена.

Но модели среднего и премиум-класса можно попытаться отрегулировать, если гарантийного срока на товар нет. Разбирают корпус прибора – раскручивают шурупы, или разъединяют детали, снимать фасадную панель не следует.

Нельзя трогать или протирать датчик влажности (беспричинно), у него очень тонкое и чувствительное покрытие.

Схема аналогична у всех электронных гигрометров. Она состоит из платы, на которой располагаются:

• каплеобразная микросхема;
• конденсаторы бежевого цвета;
• черные резисторы;
• металлический резонатор в виде цилиндра;
• датчики – влажности (белый квадрат с «лабиринтом») и температуры (черная капелька).

Точность показания прибора можно откорректировать путем замены датчика влажности. Его можно купить в специализированных торговых точках.

При постоянной (подозрительно) низкой влажности 10-20% на поверхность датчика влажности следует нанести небольшой гигроскопический слой типа тормозной жидкости. Уместна будет смесь из хозяйственного мыла, полиамидоимида и полиэтиленгликоля. Когда идет постоянное завышение показателей на гигрометре, то с крайней стороны следует снять немного влагочувствительного слоя.

Некорректные показатели можно исправить заменой резисторов R1, R2 на подстроечный резистор. Также можно отрегулировать прибор, запаяв подстроечный резистор последовательно или параллельно к датчику влажности. Затем подгоняют показатели, регулируя сопротивление.

Психрометрический метод в промышленности

Психрометры Августа или Ассмана могут с успехом применяться в офисах, квартирах, домах, аптеках, при пропарке бетона, в небольших теплицах и простых инкубаторах – это простой и дешевый метод косвенного измерения относительной влажности. Причем многие из этих психрометров, распространенных на рынке, являются средствами измерения утвержденного типа, и при их поверке поверяют отдельно оба термометра, входящих в их состав, без использования генераторов влажного воздуха и эталонных гигрометров, что значительно упрощает саму процедуру.

Но также очевидно, что использование подобных психрометров во многих отраслях промышленности сопряжено с некоторыми особенностями:

1. Так как применяются ртутные или спиртовые термометры, не имеющие аналогового или цифрового сигнала, невозможно интегрировать психрометры в систему автоматического управления технологическим процессом;

2. Почти все таблицы или номограммы, идущие в документации на психрометры, составлены для области положительных температур, а также не учитывают поправочные коэффициенты в результате влияния перечисленных выше факторов. В этом случае требуется аналитический перерасчет коэффициентов, а без возможности реализации на контроллере в автоматическом режиме это создает большие затруднения для оператора;

3. Во многих технологиях, таких как расстойка теста, выращивание грибов, сушка древесины, животноводство / птицеводство, в паровоздушной смеси присутствуют различные загрязняющие вещества или запыленность — это приводит к постепенному загрязнению воды в питателе и батистовой ткани, что увеличивает погрешность измерения;

4. В некоторых применениях, таких как сушка макарон, кирпича, древесины, требуется контроль относительной влажности при постоянно высоких температурах свыше 70 °С. Во-первых, большинство доступных на рынке психрометров из-за применения в своем составе жидкостных термометров имеют ограничение по верхнему значению температуры окружающего воздуха 40-50 °С. Во-вторых, испарение воды из питателя будет происходить достаточно интенсивно и он достаточно быстро опорожнится — от оператора потребуется постоянный контроль уровня воды и смоченности ткани. В-третьих, при температурах свыше 100 °С измерение станет невозможным по причине кипения воды.

Таким образом, в случае применения в промышленности психрометров Ассмана или Августа, неустранимое влияние перечисленных выше факторов, таких как запыленность, присутствие в атмосфере агрессивных веществ и работа в условиях низких и/или высоких температур, приводит либо к невозможности применения данного метода вообще, либо увеличению погрешности измерения влажности по опыту вплоть до 10-15%, что недопустимо в ряде технологических процессов.

Также психрометрический метод возможно реализовать, как упоминалось ранее, на базе двух термосопротивлений типа Pt100 с классом точности А или АА — один датчик будет являться «сухим» термометром, а другой обернут тканью, помещен над резервуаром с водой и являться «мокрым» термометром. При этом их сигналы подключаются на внешний контроллер, что позволяет уже обеспечить вычисление относительной влажности в автоматическом режиме. Например, возможен следующий алгоритм реализации:

1. В контроллер вводятся формулы 1 и 2, формулы расчета давления насыщенного водяного пара Ew(t’), Ei(t’), таблицы коэффициентов fw(P,t’), fi(P,t’), зависимость психрометрического коэффициента Aном от внешних факторов. Формулы расчетов приведены в статье “Новые возможности датчиков влажности Galltec+Mela D серии”

2. К контроллеру подключается:

• внешний вентилятор, обеспечивающий постоянную скорость аспирации, при этом желательно контролировать наличие потока воздуха дискретным датчиком, чтобы определять момент, когда вентилятор выйдет из строя и вычисляемые значения не будут достоверными;
• датчики контроля уровня воды в резервуаре и клапан, который обеспечит автоматическое наполнение резервуара дистиллированной водой из-за ее испарения;
• ТЭНы для предварительного подогрева подаваемой дистиллированной воды до температуры, равной температуре «мокрого» термометра до того, как вода окончательно испарилась (если работа идет в области положительных температур). При отрицательных же температурах желательно подавать охлажденную воду с тем, чтобы ее переход в твердую фазу происходил как можно быстрее;
• опционально возможно подключение датчика абсолютного давления для обеспечения компенсации влияния атмосферного давления на измерения влажности.

3. Вся система измерения защищается вентилируемым фильтрующим кожухом с тем, чтобы свести к минимуму влияние загрязняющих факторов и/или запыленности.

При таком подходе, можно добиться абсолютной погрешности измерения влажности вплоть до 2-3% без участия оператора в течении продолжительного времени.

В результате, пользователь может на базе программируемых логических контроллеров организовать полноценную систему непрерывного измерения относительной влажности психрометрическим методом в автоматическом режиме и с достаточно высокой точностью.

Пошаговая инструкция по применению

Некоторые современные гигрометры не требуют наличия специальных знаний при их эксплуатации, так как процесс замера нужных показателей осуществляется в автоматическом режиме.

В то же время, высокоточные профессиональные и лабораторные приборы требуют привлечения профессионалов, так как они обладают рядом отличительных особенностей и требуют соблюдения определённых правил для получения точных результатов замера.

Ниже приводятся подробные технологические карты по корректному использованию всех представленных на рынке категорий механических или электронных гигрометров.

• Синтетический волос натягивается между верней опорой штатива прибора и пружиной поворотной стрелки.
• С метрологического оборудования снимается стопор, что обеспечивает свободный ход стрелки.
• По мере изменения уровня относительно влажности в помещении, волос меняет свою длину – удлиняется или укорачивается.
• Пружинный механизм приводится в движение, и стрелка гигрометра отклоняется.
• По мере отклонения стрелки, она начинает указывать на нужное деление на шкале, распложенной по траектории движения детали.
• В зависимости от реальной влажности воздуха в помещении или на улице, стрелка гигрометра указывает на значения в пределах от 30% до 80%, которые впоследствии фиксируются в журнале.

• Принцип действия такого гигрометра схож с предыдущим вариантом.
• Сверхтонкая плёночная мембрана реагирует на малейшие изменения влажности в эксплуатируемом пространстве, что заставляет стрелку прибора также отклоняться от вертикального положения и фиксироваться напротив градуированной шкалы.
• Плёнка натягивается между 2 или 3 плоскими зажимами, расположенными на рамке, после чего прибор устанавливается в центре помещения.
• Гигрометр должен быть оставлен в положении покоя на протяжении от 2 до 6 часов.
• По мере натяжения плёнки, стрелка будет отклоняться для тех пор, пока не займёт окончательное положение, соответствующее реальной относительной влажности воздуха, после чего данные показатели можно будет считывать и регистрировать официально.
• Учитывая, что принцип действия такого прибора основан на физическом изменении свойств материи, рекомендуется выждать не менее суток до полной остановки стрелки метрологического оборудования.

Конденсационный, или весовой

• На зеркале внутри прибора, которое реагирует на показатели температуры в помещении, образуется конденсат.
• Для обнуления прибора, необходимо воспользоваться резиновой грушей, которая очищает капельки влаги на зеркале, обеспечивая отклонения стрелки в вертикальное исходное положение.
• При установке откалиброванного и обнулённого гигрометра в помещении, по мере изменения температуры между поверхностью зеркала и окружающей средой, на поверхности посеребрённого зеркала начинают образовываться капли конденсата или кристаллы льда.
• По мерам образования конденсата, прибор анализирует их количество, после чего стрелка начинает отклоняться в сторону определённого значения, которое означает реальную относительную влажность воздуха.
• Как и в предыдущих случаях, показатели фиксируются в журнале, после чего анализируются с предыдущими, что позволяет определить необходимость корректировки значений.

• Данный вид метрологического оборудования подробно описывается выше.
• Пользователь устанавливает прибор на поверхности стола, приблизительно в центре помещения, на достаточном удалении от окна.
• Мокрый термометр должен быть погружен во влажную среду, после наполнения водой комнатной температуры специальной колбы.
• На протяжении 1 – 2 часов, на сухом и влажном термометрах устанавливаются показатели температуры.
• Как правило, психронометрические гигрометры изготавливаются таким образом, что на задней пластине изображается градуированная психронометрическая шкала.
• Пользователь считает разницу между показаниями сухого и влажного термометра, после чего сравнивает эту разницу с эталонными значениями на психрометрической таблице.
• Полученные данные фиксируются в отчёте установленной лабораторной ведомости.

Электронный, или цифровой

• Данный прибор не требует специальных знаний по время его использования.
• Гигрометр, который, чаще всего, изготавливается в едином корпусе с комнатным термометром, устанавливается на ближайшей к простенку рядом с окном плоской поверхности.
• При необходимости, кабель с наружным сенсором для определения температуры воздуха за окном, зажимается створкой стеклопакета.
• В гигрометр устанавливаются элементы питания, после чего он включается в работу.
• Прибор насыщается влагой воздуха на протяжении 1 – 2 часов, а показатели на его экране выравниваются до реальных значений.
• Некоторые электронные / цифровые гигрометры имеют кнопку регистрации текущих значений с целью их последующего сравнения для изменения климатических параметров воздуха в помещении.

Для бытового использования, эксперты рекомендуют приобретать только электронные метрологические приборы, совмещённые с термометрами, так как такие гигрометры не требуют сложных вычислений, а калибруются не чаще, чем 1 раз в 3 – 5 лет из-за отсутствия экстремальных температурно-влажностных режимов.

Как считать показания?

Некоторые модели гигрометров требуют проведения детальных расчётов относительной влажности, так как они выдают лишь промежуточные показатели процентного содержания водяных паров в помещении. К таким приборам относятся психрометрические влагомеры, на которых отображаются только 2 показания термометров – мокрого и сухого.

Конечный результат относите оной влажности высчитывается по следующей простой формуле:

Т = Тсух – Тмокр

Данного значения вполне достаточно, чтобы подставить его в психрометрическую таблицу, в которой отображается полное соответствие измеренным и вычисленным показателям величины относительной влажности в обследуемом помещении.

Как читать значения:

• в влевом столбце таблицы пользователь может найти интересующее его значение на шкале сухого термометра;
• в верхней строке – разницу между значениями сухого и мокрого термометров;
• на пересечении 2 направляющих от соответствующих значений, располагается искомая величина относительной влажности.

В случае, если значение попадёт между отображёнными в психронометрической таблице показателями, необходимо провести простую интерполяцию между 2 или 4 значениями.

Для этого, из большего значения вычитается меньшее, делится на количество десятичных величин между целыми числами и умножается на реальную цифру, которая указана на термометре по результатам замера.

Применение психрометрического метода измерения в промышленности

Существует множество различных методов измерения относительной влажности воздуха. И наряду с такими современными методами, как конденсационный («зеркало точки росы») или емкостной, по прежнему не теряет актуальности психрометрический метод измерения, благодаря своей простоте и доступности. Зачастую психрометры можно увидеть на стенах квартир или офисов (см. рисунок 1).

Рисунок 1 — Внешний вид психрометра Августа

Любой человек может по показаниям двух термометров и психрометрической таблице, изображенной на его корпусе, определить относительную влажность окружающего воздуха с приемлемой для бытового измерителя влажности точностью. Но какие есть особенности у данного метода измерения и насколько он применим в качестве промышленного гигрометра?