На чем основана работа аспирационного психрометра
Психрометр принцип работы
Влажность воздуха в квартире — один из основных показателей домашнего микроклимата. Слишком высокое или низкое содержание влаги в воздухе может доставить дискомфорт и негативно сказаться на самочувствии.
Влажность воздуха — это показатель содержания водяного пара в воздухе. Влажность домашнего воздуха меняется в зависимости от погодных условий и процессов жизнедеятельности людей.
Без специальной аппаратуры определить относительный точный уровень влажности воздуха сложно. Однако не соответствующую норме концентрацию влаги можно определить по сухости кожи и слизистых или скоплению конденсата (точка росы) на окнах и зеркальных поверхностях.
Относительная влажность — содержание водяного пара в воздухе и его взаимодействие с температурой воздуха.
Прибор для измерения влажности воздуха называется гигрометр.
Гигрометр бывает нескольких видов:
Психрометрический гигрометр
Психрометр основан на взаимодействии между собой «сухого» и «влажного» термометров. В приборе установлены два градусника с подкрашенными жидкостями (красного и синего цветов). Одна из этих трубок обмотана хлопчатобумажной тканью, конец которой погружен в резервуар с раствором. Ткань намокает, а затем влага начинает испаряться, тем самым охлаждая «влажный» термометр. Чем ниже влажность воздуха в помещении, тем ниже будут показания термометра.
Чтобы высчитать процент влажности воздуха на психрометре, следует в таблице на приборе найти значение температуры воздуха согласно показаниям градусника и найти разницу значений на пересечении показателей.
Психрометры бывают нескольких видов:
Работа психрометра основана на степени охлаждения испарением резервуара «смоченного» термометра при балансе теплообмена и зависящей от количества влаги в вентилируемом потоке воздуха постоянной скорости.
По температуре «смоченного» термометра и температуре воздуха определяют относительную влажность.
Внутри головки располагается аспирационное устройство, состоящее из заводного механизма, ключа 2 и вентилятора для психрометра МВ-4-2М; в психрометре М-34-М используется электродвигатель с вентилятором, подключаемый к сети переменного тока напряжением 220 В.
На термодержателе 3 установлены термометры 4, один из которых «смоченный», а другой служит для измерения температуры воздуха.
В нижней части термодержателя расположено устройство для регулирования скорости аспирации. Оно состоит из клапана 8, имеющего форму конуса и подпружиненного винта 7. При повороте винта перекрывается определенная часть сечения трубки 9, что приводит к изменению скорости аспирации.
Регулировка скорости до заданной величины проводится на заводе и при необходимости в бюро поверки.
Принцип работы психрометра
Принцип действия любого психрометра основан на физическом свойстве жидкости (воды) к испарению и возникающей при этом разности температур показываемых сухим и влажным термометрами. Испарение, за счет того, что жидкость покидают наиболее «быстрые» молекулы, приводит к потере жидкостью части энергии и как следствие снижение ее температуры, регистрируемое смоченным термометром.
Простейший психрометр состоит из двух стеклянных термометров (спиртовых или ртутных). Один сухой, другой влажный (смоченного), обернутый влажной хлопчатобумажной тканью. Конец этой ткани опущен в резервуар с жидкостью. При испарении воды происходит охлаждение влажного термометра. Чем ниже влажность окружающего воздуха, тем интенсивнее протекает этот процесс. Следовательно, чем суше воздух, влажность которого определяется, тем ниже будут показания смоченного термометра, тем больше будет разница между показаниями сухого и влажного термометров.
Питатель должен всегда быть наполнен дистиллированной водой. Ее доливают либо после выполнения измерений, либо не менее чем за полчаса до их выполнения.
Можно применять кипяченую воду с экспозицией не менее 15 минут. Ее заливают в питатель, предварительно охладив до комнатной температуры.
Фитиль увлажненного устройства должен быть чистым, влажным и мягким постоянно. По мере загрязнения он подлежит замене.
Психрометр. Виды и работа. Применение и особенности
Психрометр – это измерительный прибор, применяемый для определения температуры и влажности воздуха. Его используют для составления метеорологических прогнозов. Это неотъемлемое оборудование метеостанций. Название прибора происходит от греческих слов «холодный» и «мерить».
Психрометры используются не только для наблюдения за погодой, но и определения оптимальных условий производственных процессов. Имея информацию о величине относительной влажности воздуха можно проводить калибровку различного промышленного оборудования, менять концентрацию компонентов для химических процессов, которые в зависимости от сырости воздуха протекают по-разному. Такие приборы часто можно встретить на складах пищевых продуктов и электроники.
Как работает психрометр
Принцип действия устройства основывается на свойстве жидкости при испарении влиять на температуру прилегающих к ней поверхностей. В приборе имеется 2 термометра. Один находится во влажной среде, а второй остается сухим. Первый контактирует со смоченной поверхностью, в качестве которой выступает губка или ткань. Прикасаясь к ней, термометр охлаждается от испаряющейся жидкости. Как следствие он показывает меньшую температуру, чем сухой прибор. Разница на двух термометрах составляет несколько градусов. Она используется для физических вычислений относительной влажности.
Самые простые психрометры это просто два спиртовых или ртутных термометра. Один из них обмотан смоченной хлопчатобумажной тканью, а второй остается сухим. Чтобы ткань оставалась влажной, в конструкции предусматривается емкость с водой, в который опускается ее конец. Хлопчатобумажные нитки впитывают жидкость и поднимают влагу вверх, поэтому ткань всегда остается мокрой пока имеется вода в резервуаре.
Чем ниже относительная влажность окружающего воздуха, тем более интенсивно испаряется вода из ткани. Естественно, быстрое испарение сильно понижает температуру термометра. На сухом воздухе разница между данными с пары термометров будет самой большой. При относительной влажности 100% температуры останутся одинаковыми.
Сняв показания с двух термометров и зафиксировав разность температуры необходимо воспользоваться специальной таблицей. По вертикали в ней отмечены показания сухого термометра, а по горизонтали разность температур. Сопоставив линии можно получить показания относительной влажности.
Табличные данные являются следствием расчета по формуле e = E-A•P(t-tc). Показатель «е» отображает упругость водяного пара в воздухе. Это является величиной абсолютной влажности воздуха. «Е» – максимально возможная упругость пара при температуре смоченного термометра. Показатель «t» температура воздуха. «А» является высчитанным коэффициентом, который напрямую зависит от термометра и скорости движения воздуха, соприкасаемого с резервуаром и колбой термометра. Показатель «P» – это давление воздуха.
Каждый классический психрометр имеет на своей поверхности напечатанную таблицу, благодаря чему данные можно сравнить сразу же не отходя от прибора. Это исключает необходимости использования расчетов. Чтобы пользоваться прибором и получить показатель относительную влажность можно даже не уметь применять формулу.
Отличие от гигрометра
Психрометр и гигрометр это приборы одинакового назначения. Они оба созданы для определения влажности. При этом устройства отличаются между собой по принципу работы. Дело в том, что гигрометр разработан специально для измерения физико-химических свойств разных веществ. Психрометры работают намного проще. Естественно, чем элементарней конструкция, тем она надежней. Именно поэтому психрометры более точные. Хотя они лишены ряда дополнительных функций, но могут использоваться в качестве эталона. Именно по психрометру проводят поверку точности многозадачного гигрометра.
Виды психрометров
Описанная классическая конструкция простейшего психрометра является не единственной. На основании принципа измерения влажности по показанию сухого и влажного термометра были разработаны несколько психрометров:
Августа
Этот прибор также называют стационарный психрометр. Он является самой первой и простой конструкцией. Устройство представляет собой корпус, на котором неподвижно закреплено 2 термометра. От одного из них отходит батистовая ткань, опущенная в резервуар с водой. Это безотказное оборудование, дающее весьма точные результаты, но требующее периодического слежения за наличием воды в резервуаре.
Недостаток данного прибора состоит в том, что интенсивность испарения зависит от скорости передвижения воздуха. То есть, если ткань термометра будет обдуваться, то произойдет значительное охлаждение, превышающее естественное. Как следствие показания станут искажаться. В связи с этим устройство лучше размещать в местах, где на его точность не повлияют сквозняки.
Асмана
Данный прибор известен как аспирационный психрометр. Это немного более сложное устройство. Оба его термометра скрыты в корпусе, защищающем их от повреждения и теплового воздействия от окружающих поверхностей. Они принудительно обдуваются воздухом с помощью встроенного вентилятора, что гарантирует одинаковый фиксированный поток. Это исключает зависимость показаний от порывов ветра, и выравнивает условия. Работающий вентилятор двигает воздух со скоростью 2 м/сек.
Это самый точный вид психрометров. Как и в приборах Августа в их конструкции используются термометры со стеклянной колбой, поэтому устройство требует аккуратного обращения. Спрятанные термометры все равно могут разбиться, и тогда прибор придет в негодность.
Дистанционный
Это промышленные психрометры, которые позволяют измерять влажность воздуха обычно применяя термометры сопротивления. Такие устройства позволяют определять относительную влажность и передавать результаты измерений на большие расстояния. То есть, исключается необходимость подходить к прибору и непосредственно снимать показания температуры.
Дистанционные психрометры бывают:
Первый прибор имеет в своей конструкции манометрический термометр. Более востребованными являются электрические психрометры. В них встроен термометр, сопротивления, термопары, термисторы и т.п. Несмотря на техническую сложность, в основе таких устройств лежит тот же принцип разности показаний температуры сухого и мокрого датчика.
Обслуживание бытового психрометра
В качестве бытовых психрометров обычно предлагается использовать классические стационарные приборы. В идеале проводить заправку их резервуара дистиллированной водой. При ее отсутствии можно использовать кипяченую воду. Кипячение позволяет уменьшить концентрацию в жидкости солей, забивающей капилляры тканевой ленты и ускоряющей ее пересыхание. Чтобы психрометр работал точно без возможной погрешности, лучше использовать всегда только дистиллированную воду. Тогда лента не напитает соль, поэтому всегда будет сохнуть правильно.
Что такое аспирационный психрометр
Влияние атмосферы на организмы людей и животных, растения, технику или неживые материалы, не ограничивается температурой. Не менее важной характеристикой служит и относительная влажность. Биологические существа, за исключением некоторых приспособившихся видов, плохо переносят повышенное или чересчур низкое количество водяных паров в воздухе. Страдает и техника, вместе с исходными материалами, из которых она изготовлена. Высокая влажность ускоряет процессы окисления механизмов и контактных площадок, приводит к замыканиям и изменениям в характеристиках работы электронных компонентов. Повышенная сухость, наоборот — вытягивает воду из смазок и технических жидкостей в движущихся частях, вызывает перегрев.
Кроме перечисленных взаимосвязей, не стоит забывать и о том, что насыщенность атмосферного воздуха влагой говорит о скором дожде или снегопаде. Резкое изменение характеристики предупреждает о последующей буре. То есть, зная текущие состояние насыщения парами воздуха, можно с высокой вероятностью предсказать последующую погоду.
Для определения текущего значения, используются специальные детекторы. Среди которых, наибольшее распространение получило устройство с названием — аспирационный психрометр Ассмана, по имени его изобретателя. Изначально прибор ориентирован целям определения показаний в моменты полетов на воздушном шаре. Со временем, точность измерений оценили и стали применять устройство повсеместно.
Что касается психрометра, — Ассман, не изобрел сам принцип его работы, а просто модифицировал существующий аппарат Августа (имя создателя) используемый в тех же целях. В последнем была проблема — получаемые показания искажались в зависимости от скорости воздушного потока, оббегающего чувствительные части измерителя. Разработка Ассмана позволила выровнять характеристику, выполняя действия по созданию непрерывного движения в одном темпе атмосферного газа вокруг компонентов прибора.
Описание устройства и вычисление влажности
Психрометр, как устройство в комплексе, представляет собой два градусника. Один из них взаимодействует своей чувствительной частью с воздушной средой напрямую, второй через смоченную жидкостью ткань. По разнице показаний между ними, используя формулу или специализированную таблицу и получают текущее значение относительной или абсолютной влажности воздуха. Аспирационный психрометр, отличается от классического, защитой обоих градусников и их чувствительных частей от переменного движения воздушных масс. С настоящей целью, измерители температуры накрыты пустотелыми стеклянными трубками, свободными для доступа воздуха понизу и соединенными в единый узел поверху. В получившееся закрытое внутреннее пространство, вентилятором или компрессором, нагнетается атмосферный воздух с постоянной скоростью 2 м/с (согласно стандарту).
Для определения значения абсолютной влажности, берут за основу информацию с сухого градусника t1, влажного t2 и текущее атмосферное давление B. Далее применяют формулу:
Вместо вычислений, чтобы получить относительную влажность в %, сравнивают показания аспирационного психрометра с соответствующим в специализированной таблице. Каждое из полученных значений от измерителя, соответствует определенному проценту количества водяных паров в атмосфере.
Погрешность к результату из таблицы и реальному состоянию атмосферы, не превышает и одного процента.
Физика работы
Принцип функционирования психрометра основан на затратах энергии при испарении жидкости. Физика процесса, подразумевает охлаждение поверхности, скрытой под влажным материалом, пока вода из него уходит в атмосферу. Чем выше изначальное количество паров жидкости в воздухе, тем медленнее сохнет покрытие чувствительной части градусника. Соответственно и охлаждение происходит дольше. При 100% влажности процесс стоит на месте и показания обоих измерителей температуры равны. Именно получаемая разница и служит основой вычисления, текущего количества паров жидкости в атмосфере.
Методы проверки аппарата
Существует три 100% симптома определяющих работоспособность аспирационного психрометра:
В сущности, есть еще одна часть аспирационного психрометра, которая может выйти из строя. Речь идет о двигателе или механизме вентилятора. Показания устройство будет продолжать давать в случае неисправности детали, но они будут не верными. Проверяется фактор по шуму, производимому аппаратом. Его отсутствие дает первое подозрение на поломку. Кроме того, если вентилятор работает, снизу и сверху психрометра ощущается ток воздуха. Последний хорошо виден, если поднести к прибору открытое пламя. Оно начнет колебаться под действием тяги создаваемой аспирационной головкой.
Комплект поставки
Устройство в своей основе используется для серьезных метеорологических измерений не только влажности воздуха на улице, но и контроля ее в помещениях производств. К последним, относятся такие критичные по требованиям к атмосферным водяным парам, как мукомольные предприятия, или заводы изготовляющие радиоэлектронные компоненты.
Перечисленное вынуждает производителей осуществлять единовременную поставку в комплектации всех необходимых частей нужных для ведения работы с прибором. Сюда относится и пипетка для заполнения колбы, заводной ключ (в случае механического вентилятора), а также весь необходимый крепеж аппарата. Обязательна и инструкция, вместе с таблицей соответствий.
Измерительный прибор, оснащается одним из двух видов вентиляторов, осуществляющих ток воздуха: механическим и электрическим. Для работы первого нужно выполнять завод пружины, второй использует ток бытовой сети питания 220 В. Несмотря на кажущуюся архаику механического — он предназначен для мест где нет подведенного электричества.
Методика измерений
Психрометр устанавливается на ровную поверхность или крепиться в вертикальном положении на опорные штанги. Высота размещения выбирается наиболее соответствующей глазам оператора. Колба для жидкости заполняется водой. После включается или заводиться аспирационная головка. Через 15–30 минут работы, в зависимости от модели аппарата, можно снимать первые показания. Процедура выполняется методом осмотра значений, определенных термометрами и расчета влажности согласно психометрической таблице или формуле.
По мере испарения жидкости из колбы ее уровень восполняют. Если измерения паров проводятся при температурах ниже нуля, проверяется их допуск в пределы от −25 до 50 °С.
Другие измерители влажности воздуха
Психрометр Августа и его вариант, предложенный Ассманом, не единственные существующие аппараты, измеряющие влажность воздуха. Сейчас больше распространены бытовые и профессиональные метеостанции, работающие на основе цифровых технологий. В них, текущая влажность измеряется специализированным датчиком, показания которого обрабатываются микроконтроллером для предоставления оператору-человеку или дальнейшего анализа. Возможности названых устройств, позволяют использовать их не только для контроля текущего количества водяных паров. Они, в зависимости от состояния атмосферы, способны запускать осушающее или увлажняющее воздух оборудование.
Для тех случаев, когда применение электрических метеостанций невозможно, используют иные механические гигрометры, не требующие постоянного обслуживания, как аппараты Августа или Ассмана. Физический принцип их действия — расширение или сжатие материалов в зависимости от текущего наличия водяных паров. К сожалению, точность показаний по такому детектору чуть ниже и составляет уже около 5%, в отличие от 1% даваемого аспирационными психрометрами.
Видео по теме
Психрометр: устройство, принцип работы, типы, основные отличия от гигрометра
Психрометр или гигрометр психометрический – это специальный прибор, предназначенный для измерения температуры и влажности воздуха. Психрометр устроен из двух термометров: ‘сухого’ и ‘влажного’, термодатчики которых являются абсолютно независимыми друг от друга. Первый термометр определяет температуру, в то время как влажность высчитывается, как разница между показаниями ‘сухого’ и ‘мокрого’ термометров. Существует три вида измерителей влажности воздуха:
Стационарный психрометр (Августа)
Термометры станционных психрометров крепятся на специальном штативе, поэтому показания прибора сильно зависят от скорости воздушного потока в помещении, где производятся измерения. Среди самых простых приборов данного типа можно выделить гигрометр-психрометр ВИТ-2, ВИТ-1.
Аспирационный психрометр (Асмана)
Аспирационный психрометр считается одним из самых надежных измерителей, так как термометры в нем находятся в специальной защитной оправе, которая защищает их не только от повреждения, но и воздействия прямых солнечных лучей. Поток исследуемого воздуха в таком устройстве имеет постоянную скорость около 2 мм/с. Но, как и станционный прибор, аспирационный психрометр является достаточно хрупким, так как построен на базе ртутно-спиртовых градусников.
Дистанционный
Дистанционные манометрические или электронные психрометры – это промышленные устройства, которые работают на основе терморезисторов и термометров сопротивления. Например, электронный психрометр вместо двух ртутных или спиртовых датчиков температуры имеет кремниевые транзисторы.
Устройство и принцип работы психрометра
Принцип действия психрометра основан на том, что при испарении вода охлаждается. Это происходит сильнее, если содержание влаги в воздухе, который контактирует с водой меньше. Беря показатель разницы температуры сухого и мокрого термометра, определяют влажность воздуха.
В состав простого психрометра входит два ртутных или спиртовых термометра. ‘Мокрый’ измеритель с одной стороны обернут влажной тканью, конец лоскута которой опущен в емкость с жидкостью. Работа любого психрометра основана на физическом свойстве воды испаряться. В процессе испарения из жидкости уходят самые ‘быстрые’ молекулы, в результате чего также теряется определенное количество энергии, и температура воды снижается. Именно эту температуру и замеряет ‘влажный’ термометр. Чтобы узнать влажность воздуха психрометром, нужно зафиксировать показания двух термометров и по психометрической таблице высчитать относительную влажность.
Абсолютная влажность определяется по психометрической формуле: e = E-A*P(t-tc); где:
Чем отличаются между собой гигрометр и психрометр
Гигрометр, как и психрометр, используется для измерения влажности воздуха. Между собой эти два устройства отличаются по принципу работы. Психрометр считается более простым и, вместе с тем, более надежным измерителем, поэтому зачастую пользователи предпочитают все же купить психрометр. Однако гигрометры являются более функциональными, они могут измерять влажность не только воздуха, но и твердых тел.
Психрометр
Психрометр — прибор, служащий для определения влажности воздуха. Психрометр Августа (рис. 1) состоит из двух одинаковых термометров, прикрепленных к штативу. Ртутный шарик одного из термометров обернут смоченной тканью (марлей или батистом), концы которой опущены в сосуд с дистиллированной водой. При испарении воды с поверхности ткани, покрывающей ртутный шарик, температура ртути понижается тем больше, чем ниже влажность (см.) воздуха в точке измерения. Разность показаний сухого и смоченного термометров обратно пропорциональна влажности воздуха. Расчет результатов определения производят по формуле Реньо или по психрометрической таблице. Для определения влажности воздуха психрометр помещают в то место, где производят определение, и через 10—15 мин. записывают показания сухого и смоченного термометров (ртутные шарики термометров должны быть защищены от действия лучистой энергии солнечного света и нагревательных приборов). В расчет вводится поправочный коэффициент на скорость движения воздуха. В аспирационном психрометре Ассманна (рис. 2)
ртутные шарики термометров защищены от действия лучистой энергии футлярами с двойными стенками. Прибор снабжен вентилятором, обеспечивающим постоянную скорость движения воздуха у ртутных шариков термометров (2 м/сек). Перед определением ткань, покрывающую ртутный шарик смоченного термометра, смачивают дистиллированной водой. Избыток воды удаляют встряхиванием, после чего включают вентилятор и прибор помещают в точке, где необходимо произвести определение. При температуре воздуха 15—20° отсчет показаний термометра производят через 4 мин. При температурах ниже 15° длительность протягивания воздуха увеличивают до 20—30 мин. (до тех пор пока не установится постоянная температура смоченного термометра). Расчет результатов определения производят по формуле Шпрунга или по специальной таблице.
Рис. 1. Психрометр Августа. Рис. 2. Психрометр Ассманна: 1 — вентилятор, 2 — психрометрические термометры; 3 — пипетка для смачивания влажного термометра.
Аспирационный психрометр Ассмана: 1 — термометры: 2 — металлическая трубка; S — трубки для резервуаров термометров; 4 — вентилятор; 5 — приспособление для подвешивания; 6 — пипетка для смачивания влажного термометра.