Курсова робота:
Дослідження приладів по вимірюванню вологості
Зміст
1. Загальні відомості
2. Методи й засоби виміру вологості
3. Вимір вологості психометричним вологоміром
4. Датчики й первинні перетворювачі для виміру відносної вологості
5. Регулятори вологості
Висновок
Список літератури
Вода входить до складу навколишнього повітря і є необхідним компонентом для всіх живих істот: людей і тварин. Комфортність навколишніх умов визначається, в основному, двома факторами: відносною вологістю й температурою. Ви можете себе почувати цілком комфортно при температурі -30 °С у Сибіру, де взимку повітря звичайно дуже сухий, але Вам буде зовсім незатишно при температурі 0 °С у Кливленде, розташованому на березі озера, де дуже волого. (Природно, що тут ураховуються тільки кліматичні фактори й не розглядаються економічні, культурні й політичні). Робота багатьох також сильно залежить від рівня вологості. Як правило, всі характеристики приладів визначаються при відносній вологості 50% і температурі 20–25 °С. Рекомендується підтримувати такої ж умови й у робочих приміщеннях, щоправда, тут існують виключення: наприклад, у виробничих кімнатах Класу А вологість повинна бути 38%, а в лікарняних операційних – 60%. Волога входить до складу більшості виробів, що випускаються, і матеріалів. Можна сказати, що більшу частину валового національного продукту будь-якої країни становить вода.
Для виміру вологості використовуються прилади, називані гігрометрами.
Перший гігрометр був створений Джоном Лесли A760-1832. Чутливий елемент гігрометра повинен вибірково реагувати на зміну концентрації води. Його реакцією може бути зміна внутрішніх властивостей. Датчики для виміру вологості й температури крапки роси бувають ємнісними, електропровідними, вібраційними й оптичними. Оптичні газові датчики визначають крапку роси, у той час як оптичні гігрометри вимірюють зміст води в органічних розчинах по поглинанню випромінювання ближнього ІК діапазону в інтервалі 1.9...2.7 напівтемний
Для кількісного визначення вологості й змісту води застосовуються різні одиниці. Вологість газів у системі СІ іноді виражається як кількість пар води в одному кубічному метрі (г/м3). Зміст води в рідинах і твердих тілах звичайно задається у відсотках від загальної маси. Зміст води в рідинах, що змішуються погано, визначається як кількість частин води на мільйон частин ваги (ррт). Приведу кілька корисних визначень:
1 Вологомір (<вимірник вологості>): вимірювальний прилад, призначений для виміру однієї або декількох величин вологості твердих або рідких речовин.
2 Гігрометр (<вимірник вологості>, <Вологомір газів>): вимірювальний прилад, призначений для виміру однієї або декількох величин вологості газів.
3 Гігрограф: вимірювальний прилад, що реєструє, призначений для безперервного запису значень величин вологості газів.
4 Датчик вологості; датчик: первинний вимірювальний перетворювач величин вологості в інші фізичні величини, наприклад в електричні.
5 Гравіметричний метод: метод непрямого виміру величин вологості, що полягає у виділенні вологи з речовини й роздільному вимірі маси вологої речовини і його сухої частини або виділеної вологи.
6 Випарно-гравіметричний метод; метод висушування: гравіметричний метод виміру вологості твердих речовин, заснований на випарному способі видалення вологи з речовини.
7 Термогравіметричний метод; тепловий метод (<повітряно-тепловий метод>): метод висушування, заснований на видаленні вологи з речовини шляхом його нагрівання.
8 Вакуумно-гравіметричний метод; вакуумний метод: метод висушування, заснований на вакуумному способі видалення вологи з речовини.
9 Вакуумно-Тепловий метод: метод висушування, заснований на одночасному застосуванні теплового й вакуумного способів видалення вологи з речовини.
10 Сорбційно-гравіметричний метод: гравіметричний метод виміру вологості газів, заснований на способі виділення вологи з газів.
11 Конденсаційно-гравіметричний метод: гравіметричний метод виміру вологості газів, заснований на конденсаційному способі виділення вологи з газів.
12 Кулонометричний метод: метод непрямого виміру вологості газів, заснований на способі виділення вологи з газу й наступному вимірі кількості електрики, необхідного для електролітичного розкладання цієї вологи.
13 Психрометричний метод: метод непрямого виміру вологості газів, заснований на залежності зниження температури (охолодження) змоченого твердого тіла від вологості навколишнього газу.
14 Психрометр: пристрій для реалізації психрометричного методу виміру, що містить сухий і змочений термометри.
15 Аспираціоний психрометр: психрометр, постачений аспіратором - пристроєм для обдування термометрів аналізованим газом.
16 Психрометрична формула: математичне рівняння, що виражає залежність якої-небудь величини вологості газу від різниці температур сухого й змоченого термометрів
17 Психометричний коефіцієнт: коефіцієнт у психометричної формулі, що залежить від конструкції психрометра й швидкості обдува термометрів.
18 Психометричний гігрометр: гігрометр, принцип дії якого заснований на психометричному методі виміру, автоматичному обчисленні величини вологості й поданні її значення на відліковому пристрої.
19 Конденсаційний метод: метод виміру крапки роси [інею], що полягає в охолодженні газу до температури випадання конденсату (роси або інею) і вимірі цієї температури.
20 Рівноважний метод: метод непрямого виміру вологості твердих речовин, що полягає у вимірі вологості газу, що перебуває в рівновазі із цими речовинами.
21 Диелькометричний метод: метод непрямого виміру вологості речовин, заснований на залежності діелектричної проникності цих речовин від їхньої вологості.
22 Метод Фішера: хімічний метод виміру вологості твердих і рідких речовин, що полягає в екстрагуванні вологи із проби речовини розчинником і наступним титруванням її спеціальним розчином Фішера.
23 Оптичні методи: методи непрямого виміру вологості газів, засновані на залежності їхніх оптичних властивостей від вологості.
24 Нейтронний метод: метод виміру вологості твердих речовин, що полягає в уповільненні швидких нейтронів на ядрах водню (протонах) і вимірі інтенсивності потоку повільних нейтронів, що утворяться.
25 Деформаційний гігрометр [датчик вологості]: гігрометр [датчик], принцип дії якого заснований на залежності деформації чутливого елемента від вологості газу.
26 Волосяний гігрометр [датчик вологості]: деформаційний гігрометр [датчик], у якому як чутливий елемент використаний волосся, наприклад людський.
36 Плівковий гігрометр [датчик вологості] (<мембранний гігрометр>): деформаційний гігрометр [датчик], у якому як чутливий елемент використана вологочутлива плівка, наприклад тваринного походження.
37 Резистивний Вологомір [гігрометр, датчик вологості]: Вологомір [гігрометр, датчик], принцип дії якого заснований на залежності електричного опору чутливого елемента від вологості речовини
38 Ємнісний Вологомір [гігрометр, датчик вологості]: Вологомір [гігрометр, датчик], принцип дії якого заснований на залежності електричної ємності чутливого елемента від вологості речовини.
39 Електролітичний гігрометр [датчик вологості газу]: резистивний гігрометр [датчик вологості газу], у якому як чутливий елемент використаний плівка розчину солі.
40 Електролітичний підігрівний гігрометр крапки роси [датчик крапки роси]; підігрівний гігрометр [датчик]: електролітичний гігрометр [датчик вологості газу] з підігрівом, внаслідок якого опір чутливого елемента підтримується на постійному рівні, а температура рівноваги служить мірою крапки роси навколишнього газу.
41 Пьезосорбционий гігрометр [датчик вологості газу]: гігрометр [датчик вологості], принцип дії якого заснований на залежності частоти коливань або добротності п'єзоелектричного резонатора, покритого шаром, від вологості навколишнього газу.
42 Нейтронний Вологомір: Вологомір твердих речовин, принцип дії якого заснований на нейтронному методі виміру.
У повітрі завжди втримується певна кількість вологи у вигляді водяної пари. Там, де наявність водяної пари приводить до виникнення хімічних, фізичних і біологічних процесів або впливає на ці процеси, велике значення має постійний контроль за вологістю повітря. Для визначення кількості вологи є дві вимірювальні величини. Розрізняють абсолютну й відносну вологість.
Абсолютна вологість (крапка насичення)
Абсолютна вологість Fabs показує таку кількість водяної пари, що втримується в певному об'ємі повітря.
Повітря, як суміш газу й пари, завжди містить водяна пара. Водяна пара створює певний тиск, що називають тиском водяної пари. Воно є частиною всього барометричного тиску газу.
Тиск водяної пари й відповідно абсолютна вологість повітря можуть підвищуватися при певній температурі тільки до межі насичення. Це максимально можливий тиск називають тиском насичення. Температурна залежність тиску насичення зображується кривій тиску водяної пари.
Тиск навколишнього середовища або наявність інших газів не робить впливу на криву тисків водяної пари. Вологість насичення досягається максимальною кількістю водяної пари, дивися діаграму.
Крапка насичення
При подальшому надходженні водяної пари утвориться конденсація. Надлишкова кількість водяної пари проявляється у вигляді дощу, туману або конденсату. Насичений стан при цьому зберігається. Якщо насичене тепле повітря прохолоджується, то також відбувається конденсація. Тепер охолоджене повітря буде усмоктувати менше вологи. Температура, при якій це відбувається, називається температурою крапки насичення. Вона вказується в °С. За допомогою крапки насичення можна встановити тиск водяної пари вологого повітря по кривій тиску водяної пари. Отже, крапка насичення є одиницею виміру кількості води у вологому повітрі. Величина абсолютної вологості повітря підбирається залежно від даних розрахункових вимог. Різні розмірності мають постійне співвідношення один з одним, дивися діаграму.
Відносна вологість
Відносна вологість повітря це відношення фактично наявної, тобто абсолютної вологості повітря Fabs до максимально можливої вологості повітря Fsat при даній температурі. Відносна вологість повітря являє собою безрозмірну величину. Вона є передаточним числом і вказується в%.
При високій температурі повітря може поглинати більше вологи чим при низкою. Максимальна вологість, що може поглинути повітря, називається вологістю насичення. До насичення тиск водяної пари й отже відносна вологість пропорційна всьому барометричному тиску. Тому що тиск насичення залежить тільки від температури, відносна вологість повітря також залежить від температури. Відносна вологість зменшується, якщо температура підвищується й навпаки. Вплив коливань температури на відносну вологість може бути значним.
Залежності тиску насиченої пари над плоскою поверхнею води й льоду від температури, отримані теоретично на підставі рівняння Клаузиуса - Клапейрона й звірені з експериментальними даними багатьох дослідників, рекомендовані для метеорологічної практики Всесвітньою метеорологічною організацією (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,
де psw і psi - тиск насиченої пари над плоскою поверхнею води й льоду відповідно (Па);
Т - температура (ДО).
Наведені формули справедливі для температур від 0 до 100?C (для psw) і від -0 до -100?C (для psi). У той же час ВМО рекомендує першу формулу й для негативних температур для переохолодженої води (до -50?C).
Вологість і зміст молекул води в речовинах і матеріалах є одним з найбільш важливих характеристик сполуки. Уже вказувалося, що вологу необхідно вимірювати в газах (концентрація пар води), у сумішах рідин (властиво зміст молекул води) і у твердих тілах у якості вологи, що входить у структуру кристалів. Відповідно, набір методів і пристроїв для виміру змісту молекул води в матеріалах виявляється досить різноманітним.
Традиції вимірювальної техніки, що опираються на повсякденний досвід, привели до того, що у вимірах вологості зложилася специфічна ситуація, коли залежно від впливу кількості вологи нате або інші процеси необхідно знать або абсолютне значення кількості вологи в речовині, або відносне значення, обумовлене як процентне відношення реальної вологості речовини до максимально можливого в даних умовах. Якщо необхідно знати, наприклад, зміна електричних або механічних властивостей речовини, у цьому випадку визначальної є абсолютне значення змісту вологи. Те ж саме ставиться до змісту вологи в нафті, у продуктах живлення й т.д. У тому випадку, коли необхідно визначити швидкість висихання вологих об'єктів, комфортність середовища перебування людини або метеорологічну обстановку, на перше місце виступає відношення реальної вологості, наприклад повітря, до максимально можливого при даній температурі.
У зв'язку із цим характеристики вологості, а також величини й одиниці вологості підрозділяються на характеристики вологовмісту.
Вологовміст - величини й одиниці, що виражають реальну кількість вологи в речовині. Основною характеристикою вологовмісту є абсолютна вологість, обумовлена як кількість вологи в одиниці об'єму:
(1)
До цього класу характеристик можна віднести парціальний тиск водяних пар у газах, абсолютну концентрацію молекул води для газу, близького до ідеального, обумовлену як:
(2)
де Т – абсолютна температура, n0 – постійна Лошмидта, рівна числу молекул ідеального газу в 1 див3 при нормальних умовах, тобто при p0= 760 Торр= 1015 Гпа й T0 = 273,1б К. Часто використовується така характеристика абсолютної вологості як крапка роси, тобто температура, при якій дана абсолютна вологість газу стає 100%. Ця характеристика привнесена в гігрометрію метеорологам і, тому що є найбільш характерною при визначенні моменту випадання роси й визначення її кількості.
Вологостан - процентне співвідношення, рівне відношенню абсолютної вологості до максимально можливого при даній температурі:
(3)
Відносна вологість може характеризуватися так званим дефіцитом парціального тиску, рівного відношенню парціального тиску вологи до максимально можливого при даній температурі. Дуже рідко в вимірах можна зустріти дефіцит крапки роси.
Зв'язок між температурою й максимально можливою абсолютною вологістю дається рівнянням пружності насичених пар води. Це рівняння має вигляд:
(4)
На практиці частіше користуються таблицею тиску насичених пар над плоскою поверхнею води або льоду при різних температурах. Ці дані наведені в табл. 1.
Таблиця 1. Тиск насичених пар над плоскою поверхнею води
t°c
Рнк, мбар
Анкг/м3
t°C
0
6,108
4,582
31
44,927
33,704
1
6,566
4,926
32
47,551
35,672
2
7,055
5,293
33
50,307
37,740
3
7,575
5,683
34
53,200
39,910
4
8,159
6,120
35
56,236
42,188
5
8,719
6,541
36
59,422
44,576
6
9,347
7,012
37
62,762
47,083
7
10,013
7,511
38
66,264
49,710
8
10,722
8,043
39
69,934
52,464
9
11,474
8,608
40
73,777
55,347
10
12,272
9,206
41
77,802
58,366
11
13,119
9,842
42
82,015
61,527
12
14,017
10,515
43
86,423
64,839
13
14,969
11,229
44
91,034
68,293
14
15,977
11,986
45
95,855
71,909
15
17,044
12,786
46
100,89
75,686
16
18,173
13,633
47
106,16
79,640
17
19,367
14,529
48
111,66
83,766
18
20,630
15,476
49
117,40
87,772
19
21,964
16,477
50
123,40
92,573
20
23,373
17,534
51
129,65
97,262
21
24,861
18,650
52
136,17
102,153
22
26,430
19,827
53
142,98
107,268
23
28,086
21,070
54
150,07
112,581
24
29,831
22,379
55
157,46
118,125
25
31,671
23,759
56
165,16
123,900
26
33,608
25,212
57
173,18
129,917
27
35,649
26,743
58
181,53
136,009
28
37,796
28,354
59
190,22
142,700
29
40,055
30,048
60
199,26
149,482
30
42,430
31,830
Страницы: 1, 2
