Оборудование для измерения влажности зерна в потоке - Готовые решения - Каталог статей - Азбука КИП

Инфофиз — мой мир…

Лабораторная работа № 5

Тема: «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА С ПОМОЩЬЮ ПСИХРОМЕТРА.»

Цель:

освоить прием определения относительной влажности воздуха, основанный на использовании психрометра..

Оборудование:

1. Психрометр.

Теория.

В атмосферном воздухе всегда присутствуют пары воды, которая испаряется с поверхности морей, рек, океанов и т.п.

Воздух, содержащий водяной пар, называютвлажным.Влажность воздуха оказывает огромное влияние на многие процессы на Земле :на развитие флоры и фауны, на урожай сельхоз. культур, на продуктивность животноводства и т.д.

Влажность воздуха имеет большое значение для здоровья людей, т.к. от неё зависит теплообмен организма человека с окружающей средой. При низкой влажности происходит быстрое испарение с поверхности и высыхание слизистой оболочки носа, гортани, что приводит к ухудшению состояния.

Значит, влажность воздуха надо уметь измерять. Для количественной оценки влажности воздуха используют понятия абсолютной и относительной влажности.

Абсолютная влажность –величина, показывающая, какая масса паров воды находится в 1 м³воздуха (т.е. это плотность водяного пара). Она равна парциальному давлению пара при данной температуре.Парциальное давление пара –это давление, которое оказывал бы водяной пар, находящийся в воздухе , если бы все остальные газы отсутствовали.Относительная влажность воздуха –это величина, показывающая, как далек пар от насыщения.

Если воздух не содержит паров воды, то его абсолютная и относительная влажность равны 0. Предельное значение относительной влажности – 100%. Нормальной для человеческого организма считается влажность 60%.

Для измерения влажности воздуха используют приборы гигрометры

ипсихрометры.1. Конденсационный гигрометр.

Состоит из укрепленной на подставке металлической круглой коробочки с отполированной плоской поверхностью. В коробочке сверху имеются два отверстия. Через одно из них в коробочку наливают эфир и вставляют термометр, а другое соединяют с резиновой грушей. Действие конденсационного гигрометра основано на определении точки росы.

Точка росы –это температура, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным.Продувают воздух через эфир (с помощью резиновой груши), при этом эфир быстро испаряется и охлаждает коробочку. Слой водяного пара, находящийся вблизи поверхности коробочки, благодаря теплообмену тоже станет охлаждаться.

При определенной температуре этот водяной пар начнет конденсироваться и на отполированной поверхности коробочки появляются капельки воды (роса). По термометру определяют эту температуру, это и будет точка росы. В таблице «Давление насыщенных паров и их плотность при различных температурах» по точке росы находят абсолютную влажность – соответствующую этой температуре плотность паров или их давление.

Давление насыщенных паров и их плотность при различных температурах

t, 0С	р, Па	ρ*10-3 , кг/м3	t, 0С	р, Па	ρ*10-3 , кг/м3	t, 0С	р, Па	ρ*10-3 , кг/м3
— 5	401	3,24	6	933	7,30	17	1933	14,5
— 4	437	3,51	7	1000	7,80	18	2066	15,4
— 3	476	3,81	8	1066	8,30	19	2199	16,3
— 2	517	4,13	9	1146	8,80	20	2333	17,3
— 1	563	4,47	10	1226	9,40	21	2493	18,8
0	613	4,80	11	1306	10,0	22	2639	19,4
1	653	5,20	12	1399	10,7	23	2813	20,6
2	706	5,60	13	1492	11,4	24	2986	21,8
3	760	6,00	14	1599	12,1	25	3173	23,0
4	813	6,40	15	1706	12,8	26	3359	24,4
5	880	6,80	16	1813	13,6	27	3559	25,8

Чтобы найти относительную влажность, надо давление насыщенного пара при температуре точки росы разделить на давление насыщенного пара при температуре окружающего воздуха и умножить на 100%.

2. Волосной гигрометр.

Его работа основана на том, что обезжиренный человеческий волос при увеличении влажности воздуха удлиняется, а при уменьшении влажности укорачивается. Волос оборачивают вокруг легкого блока, прикрепив один конец к раме, а к другому подвешивают груз. При изменении длины волоса указатель (стрелка), прикрепленный к блоку, будет двигаться, перемещаясь по шкале. Шкалу градуируют по эталонному прибору.

3. Психрометр.

(от греч «психриа» — холод). Состоит из двух одинаковых термометров. Резервуар одного из них обернут марлей, опущенной в сосуд с водой. Вода смачивает марлю на резервуаре термометра и при её испарении он охлаждается. По разности температур сухого и влажного термометров по психрометрической таблице определяют влажность воздуха.

Ход работы.

Задание 1.

Про анемометры: Поверка Анемометры | Кто поверит

Измерить влажность воздуха с помощью психрометра.

Подготовить таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

№ опыта	tсухого, 0С	tвлажного, 0С	Δt, 0С	φ, %
1

Рассмотреть устройство психрометра.
По показаниям сухого термометра измерить температуру воздуха tсухого в помещении.
Записать показания термометра, резервуар которого обмотан марлей tвлажного
Вычислить разность показаний термометров Δt = tсухого — tвлажного
По психрометрической таблице определить влажность воздуха φ
Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.
Сделайте вывод о том, нормальная ли влажность воздуха в помещении.
Ответьте на контрольные вопросы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

Почему при продувании воздуха через эфир, на полированной поверхности стенки камеры гигрометра появляется роса? В какой момент появляется роса?
Почему показания «влажного» термометра меньше показаний «сухого» термометра?
Могут ли в ходе опытов температуры «сухого» и «влажного» термометров оказаться одинаковыми?
При каком условии разности показаний термометров наибольшая?
Может ли температура «влажного» термометра оказаться выше температуры «сухого» термометра?
Сухой и влажный термометр психрометра показывают одну и ту же температуру. Какова относительная влажность воздуха?
Каким может быть предельное значение относительной влажности воздуха?

Психрометрическая таблица.

tсухого, 0С	Разность показаний сухого и влажного термометров
tсухого, 0С	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
5	100	86	72	58	45	32	19	6
6	100	86	73	60	47	35	23	10
7	100	87	74	61	49	37	26	14
8	100	87	75	63	51	40	28	18
9	100	88	76	64	53	42	31	21
10	100	88	76	65	54	44	34	24	14	4
11	100	88	77	66	56	46	36	26	17	8
12	100	89	78	68	57	48	38	29	20	11
13	100	89	79	69	59	49	40	31	23	14	6
14	100	90	79	70	60	51	42	33	25	17	9
15	100	90	80	71	61	52	44	36	27	20	12	5
16	100	90	81	71	62	54	45	37	30	22	15	8
17	100	90	81	72	64	55	47	39	32	24	17	10
18	100	91	82	73	64	56	48	41	34	26	20	13
19	100	91	82	74	65	58	50	43	35	29	22	15
20	100	91	83	74	66	59	51	44	37	30	24	18
21	100	91	83	75	67	60	52	46	39	32	26	20
22	100	92	83	76	68	61	54	47	40	34	28	22
23	100	92	84	76	69	61	55	48	42	36	30	24
24	100	92	84	77	69	62	56	49	43	37	31	26
25	100	92	84	77	70	63	57	50	44	38	33	27
26	100	92	85	78	71	64	58	51	45	40	34	29
27	100	92	85	78	71	65	59	52	47	41	36	30
28	100	93	85	78	72	65	59	53	48	42	37	32

Вариант выполнения работы.

Показания сухого термометра 24 0С.

Показания влажного термометра 21 0С.

Методы измерения влажности

ИЗМЕРЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ – СОДЕРЖАНИЕ ВЛАГИ

Измерение влажности веществ в химической промышленности необходимо для определения содержания влаги в газах, твердых или сыпучих материалах.

Так для управления влаготепловым режимом в печах, камерах и других технологических аппаратах необходимо контролировать текущее значение влажности воздуха или газов.

В химической технологии и других отраслях промышленности можно выделить процесс сушки, основанный на изменении влажности, который немыслим без измерений текущих значений влагосодержания продуктов. Это энергозатратных технологический процесс, на который расходуется до 15% топлива потребляемого в стране, например, удаление влаги из минеральных удобрений перед фасовкой в герметические пакеты, сушка цемента и других целевых продуктов.

1. Измерение влажности газов

Трудно назвать область деятельности человека, где бы не требовалось измерять содержание влаги в газах. Самый близкий для нас процесс, это удаление влаги из воздуха, предназначенного для использования в системах пневматической автоматики в нефтехимии и химической промышленности.

Для характеристики влажности в воздухе или газах, т. е. содержания в них водяных паров, используются ряд величин:

Про анемометры: Датчик коленвала двигателя 405, 406, 409, 4213, 4216

Абсолютная влажность

Q – масса водяного пара, содержащаяся в единице объёма газа – влажного или сухого.

Влагосодержание

α — отношение массы водяного пара к массе сухого газа в том же объёме. Выражается в г/кг или кг/кг.

Объёмное влагосодержание

x – отношение объёма водяного пара к объёму газа. Эта безвременная величина выражается по отношению к объёму сухого или влажного газа.

Парциальное давление

ℓ – упругость водяного пара. Выражается в единицах давления, чаще всего в мм.рт.ст.

Температура точки росы

τ – температура, которую примет влажный газ, если охладить его до полного насыщения по отношению к плоской поверхности воды.

Относительная влажность

φ – отношение действительной влажности газа к максимально возможной влажности газа при данной температуре. Относительная влажность выражается либо в относительных единицах – φ ≤ 1 либо в процентах φ ≤ 100%.

φ = ℓ / Е или φ = 100*ℓ / Е,

где ℓ – упругость водяного пара, находящегося в воздухе;

Е – упругость насыщенного водяного пара при данной температуре.

Основными методами для измерения влажности газов являются следующие:

1. Психрометрический метод

, который основан на измерении температуры двух термометров – «сухого» и «влажного». Разность между ними – является основой для определения влажности газов.

2. Точки росы

, заключается в определении температуры, при которой газ находится в состоянии насыщения, т. е. происходит конденсация водяных паров.

3. Сорбционный метод

, основан на применении гигроскопических тел, способных изменяться в зависимости от поглощенной влаги.

4. Полного поглощения

, которое заключается в пропускании через определенное вещество заданного объема газа, при этом вещество должно поглотить водяной пар и измерить свои свойства. Известны две разновидности этого метода – весовой и химический.

При весовом способе, влагосодержание определяется по приросту веса сорбента, поглощающего воду. А в химическом – влага, содержащаяся в исследуемого газа, вступает в химическую реакцию. Например, с карбидом кальция, при этом выделяется некоторое количество газа или повышается температура.

Названные выше методы измерения влажности являются прямыми или абсолютными, обладают высокой точностью измерений и используются в лабораторных исследованиях и в качестве эталонных приборов для градуировки различных средств контрольно-измерительных приборов, фиксирующих текущее влагосодержание газов.

5. Конденсационный метод

, заключающийся в том, что газ охлаждают в холодильнике до полной конденсации влаги, которую затем измеряют, он также являетсяабсолютными, но требует более трудоемких операций недопустимых, например, при выполнении градуировки приборов.6. Тепловой метод

, использует эффект, различной теплопроводимости сухих и влажных газов.

7. Радиационный метод

, базируется на зависимость степени поглощения инфракрасного излучения, проходящего через объем газа и зависящего от его влажности.

8. Емкостной метод

, основан на принципах работы конденсатора, если между его обкладками отсутствует влага, то значение емкости значительно больше, чем в том случае, когда в газе между пластинами конденсатора находится влажный газ.

9. Кондуктометрический метод

, используется зависимость влажности газа от его электропроводности, с повышением влажности увеличивается электропроводность газов.

Этот список можно продолжить, но для нас особый интерес представляют три первых метода, которые мы рассмотрим более подробно.

Психометрический метод

В основу метода положено измерение температуры среды, влажность которой требуется определить при помощи двух термометров, один из которых применяется в обычных условиях – его называют “сухим”, а другой, так называемый “мокрый”, смачивается водой и находится в термодинамическом равновесии с окружающей средой.

Испарение с “мокрого” происходит тем интенсивнее, чем ниже влажность измеряемого газа, а следовательно, его температура будет ниже, чем у “сухого”. По разности температуры “сухого” и “мокрого” термометров судят о влажности воздуха или газа. Для определения величины влажности служит полуимперическая формула:

ℓ = Eм-А*Р*(tc-tм)

ℓ — упругость водяного пара в измеряемой среде;

Eм – максимально возможная упругость пара при температуре tм;

Р – атмосферное давление;

А – психометрический коэффициент

tc и tм – показания “сухого” и “мокрого” термометров.

Психометрический коэффициент А зависит от очень многих факторов, в том числе от размеров и формы чувствительного элемента, состояния смачивающего фитиля защиты термометров от радиации и т.п. и определяется по специальным психометрическим таблицам, составляемых для определённых конструкций психрометров.

Про анемометры: Ручка Газа Для Электровелосипеда Своими Руками

Особое значение, очевидно, имеет скорость воздуха. С возрастанием скорости воздуха А быстро убывает, но при скоростях более 2.5-3 м/сек он практически становится постоянным. Поэтому при использовании промышленных психрометров необходимо предусматривать постоянную скорость потока не ниже 3-4 м/сек.

Простейшим, однако, наиболее распространённым, является психрометр, состоящий из 2-х одинаковых ртутных палочных термометров, расположенных рядом. Баллончик с ртутью одного из термометров обмотан тканью, конец которого находится в резервуаре с водой.

Принципиально электрические психрометры не отличаются от простейших, за исключением того, что в датчиках электрических психрометров для определения температуры применяются термопары, металлические термометры сопротивления или полупроводниковые термосопротивления (ТС).

Термоэлектрические датчики изготовляются в виде термобатарей, разделённых на две группы. Одна их этих групп смачивается водой. ЭДС, измеряемая на выводах термобатареи, пропорциональна психрометрической разности температур.

Принципиальная схема измерительной цепи психрометра показана на рис. 1 и состоит их двух мостов, имеющих одну общую точку и самостоятельные источники питания (U1

иU2).

Рис. 1. Принципиальная схема психрометра

Мост I содержит в качестве плеча “сухой” ТС — Rс

, а мостII содержит “мокрый” ТС – Rм. В диагональ мостаI включён реохорд Rр, а на выход указателя нуляH подаётся разность выходного напряжения Uм моста II и напряжения Uр между началом реохорда Rри его движком.

UP = K2 * (tc — tb)

недостатком является то, что показания психрометров зависят от скорости воздуха или газов.

Метод точки росы

Таким образом, шкала реохорда может быть отградуирована в процентах относительно влажности. Большим недостатком психрометров с использованием “сухого” и “влажного” термометров является невозможность применения их при температуре ниже точки замерзания воды.

В некоторых специальных случаях применяются жидкости, имеющие точку замерзания ниже точки замерзания воды, однако, при этом значительно снижается точность измерения. Другим существенным недостатком является зависимость показаний психрометров от скорости воздуха или газа.

Метод точки росы

Метод точки росы, ранее применяющийся исключительно как лабораторный, с развитием автоматизации стал одним из основных методов контроля влажности воздуха и газов, особенно при минусовых температурах и при любых давлениях. При этом методе испытуемый газ охлаждается до наступления состояния насыщения, т.е. до точки росы.

Зная температуру точки росы τ

и температуру исследуемого газаθг, легко определить его относительную влажность:

где Eτ упругость насыщенного пара при температуре τ, а Eθ упругость насыщенного пара при температуре θг

При неизменном давлении точка росы не зависит от температуры исследуемого газа. Благодаря этому имеется возможность устанавливать датчик вне исследуемой среды на значительном расстоянии и подводить к нему газ по газопроводу.

Само измерение точки росы сводится к измерению температуры, техника измерений температуры наиболее хорошо разработана, а точно достаточно высока. Для определения момента наступления точки росы обычно используется металлическое охлаждаемое зеркало, температура которого в момент выпадения на нём конденсата фиксируется как точка росы.

При этом поверхность зеркала должна быть обезжирена и очищена от пыли. Фиксация точки росы происходит в автоматических приборах с помощью фотоэлементов или измерением электрического сопротивления поверхностного слоя зеркала. Схема одного из типов приборов, основанных на использовании метода точки росы, приведена на рис. 2.

Рис. 2. Блок-схема прибора, использующая метод точки росы

Зеркалом является полированная поверхность

полого цилиндра, через который протекает охлаждающая жидкость.Температура еёрегулируется подогревателем. Фотоэлемент (ФЭ) освещается отражённым от зеркальной поверхности световым потоком, постоянным источником которого является лампа накаливания.

Сорбционный метод

В основу сорбционного метода измерения влажности положена способность некоторых веществ, имеющих пористую структуру, адсорбировать (поглощать) влагу на поверхности пор.

Вид поры под большим увеличением показан на рис. 3. Количество воды, адсорбированной на поверхности поры, будет тем больше, чем выше влажность газа, вследствие этого будет изменяться свойства материала, из которого изготовлен датчик. К числу таких свойств относятся – механические, электрические, весовые, цветовые и т. п., как правило, изменение механических и электрических свойств сорбентов наиболее часто используются для оценки изменения их влажности.