Hidrometru de condensare. Umiditate higrometru

pe scară largă un instrument pentru măsurarea umidității aerului

Ce este umiditatea aerului?

Hygrometrul măsoară conținutul de umiditate în aer, care poate fi reprezentat de magnitudine absolută sau relativă. Primul dintre acestea dă doar o masă de vapori de apă per 1 cu. m de aer la o anumită temperatură. Dar cea de-a doua arată cât de aproape de vaporii de apă din aer la starea de saturație, adică de echilibrul dinamic cu faza lichidă - atunci când nu există nici evaporare, nici condensare. Este egal cu raportul dintre umiditatea absolută a aerului măsurată și umiditatea sa absolută în starea de saturație. Atunci când vaporii de apă din aer sunt saturați (din nou, la o anumită temperatură), umiditatea relativă a unui astfel de aer este de 100%. În aer cu vapori de apă nesaturați, este, prin urmare, mai puțin.

Cum functioneaza higrometrul de condensare?

Principiul de funcționare a oricărui dispozitiv pentru determinarea umidității aerului, de obicei, implică măsurarea alte cantități, cum ar fi temperatura, presiunea, greutate sau modificări mecanice și electrice în substanță, un absorbant de umiditate. Prin calibrarea și calculul adecvat, aceste valori măsurate pot conduce la determinarea umidității absolute sau relative. Un rol foarte important în acest proces este jucat de temperatura la care are loc saturația de vapori, numită punct de rouă. De regulă, dispozitive electronice moderne pentru determinarea umidității aerului măsoară această temperatură sau schimbări în capacitatea electrică sau rezistența diferitelor substanțe absorbante de umiditate, care sunt apoi recalculate (automat) în indicii de umiditate.

Hidrometru de condensare: dispozitiv

Lucrarea sa se bazează pe măsurarea conținutului de vapori de apă din aer utilizând metoda punctului de rouă. Această metodă implică răcirea suprafeței, de obicei o oglindă metalică, la o temperatură la care apa de la suprafața oglinzii este în echilibru cu presiunea vaporilor de apă din proba de gaz deasupra suprafeței. La această temperatură, masa de apă la suprafața oglinzii, fie crește (la suprafață prea rece) sau descrește (dacă suprafața este prea cald), t. E vapori de deasupra oglinzii este în echilibru dinamic cu apa de condens pe oglinda (aburul saturat).

O astfel de oglindă este realizat dintr-un material cu conductivitate termică bună (cum ar fi argint sau cupru) și este acoperit de un strat metalic inert, cum ar fi iridiu, rubidiu, nichel sau aur pentru a preveni patarea și oxidare. Oglinda este răcită cu ajutorul unui răcitor termoelectric (efect Peltier) înainte de formarea condensatului. O rază de lumină, de obicei, dintr-o diodă solidă de lumină de bandă largă emițătoare este direcționată către suprafața oglinzii, și un fotodetector monitorizează fluxul de lumină reflectată, care este maximă în absența condensului pe oglinda.

Metoda de funcționare a unui higrometru cu oglindă răcită

Când picăturile de roua se formează pe suprafața oglinzii a oglinzii, lumina reflectată este împrăștiată. În acest caz, fluxul său care intră în fotodetector scade, ceea ce duce la o schimbare a semnalului de ieșire al acestuia din urmă. Acest lucru, la rândul său, este controlat de un sistem de control răcitor termoelectric analogic sau digital care menține o temperatură stabilă a oglinzii la punctul de rouă. Cu un sistem proiectat corespunzător, oglinda este menținută la o temperatură la care viteza de condensare este exact egală cu rata de evaporare a stratului de rouă. Precizie miniaturală de platină rezistență termometru (PRT), montat în oglindă, își măsoară temperatura în acest punct, care este recalculat automat într-o citire de umiditate.

Hygrometrul pentru măsurarea umidității aerului din structura în cauză include de asemenea o pompă de vid pentru pomparea probei de gaz care urmează să fie analizată și elemente suplimentare de filtrare în condiții murdare.

Avantajele higrometrelor luate în considerare

Astfel de instrumente, bazate pe un principiu simplu de funcționare, cu o gamă largă de măsurători, o precizie ridicată și o stabilitate a indicațiilor, sunt utilizate pe scară largă în industrie și în cercetarea științifică. Un higrometru tipic de condensare, spre deosebire de mulți alți senzori de umiditate, poate fi foarte stabil, practic neafectat de uzură, ceea ce minimizează necesitatea recalibrării. Hidrometrul de umiditate la punctul de rouă îl poate măsura în intervalul de temperatură de la 100 ° C la minim la -70 ° C. În același timp, precizia măsurării este de zeci de grade.

Multe modele considerate higrometrelor sunt controlate de un microprocesor și combinate cu un senzor de temperatură rezistiv poate fi calculată și de ieșire la un afișaj extern orice parametri de umiditate dorit, în plus sau în loc de punctul de rouă. În plus, aceste dispozitive permit transferul rezultatelor utilizând tehnologii fără fir. Firește, astfel de dispozitive sunt utilizate pe scară largă în diverse sisteme industriale de colectare automată a datelor și de gestionare a proceselor de fabricație relevante.

Cât costă un higrometru similar? Prețul ei, desigur, este determinat în principal de un set de funcții realizate, în funcție de disponibilitatea și complexitatea sistemului de control electronic al dispozitivului. Astfel, un higrometru staționar de condensare, similar în aparență cu osciloscop digital, costă nu mai puțin de 4000 de dolari. Mai ales modelele "avansate" pot costa mai mult de 10.000 $. În piață puteți găsi un higrometru portabil complet funcțional. Prețul ei este de la 1 la 2 mii de dolari.

Dezavantaje ale higrometrelor de condensare

Deși sistemul considerat de higrometre este considerat cel mai eficient în procesul de măsurare, dezavantajul său este contaminarea inevitabilă a detaliilor căii de măsurare în timpul funcționării.

Gigrometrele echipate cu oglinzi răcite tind să crească măsurători inexacte datorită prezenței contaminanților solubili și insolubili depozitați pe oglindă. Particulele insolubile afectează caracteristicile optice ale oglinzii. Umiditatea moderată sau apariția particulelor insolubile pe oglindă asigură prezența centrelor de concentrare pe care se poate forma roua sau înghețul, mărind astfel timpul de răspuns al dispozitivului. Impuritățile solubile afectează cantitatea de presiune a vaporilor din umiditatea condensată în oglindă, care deplasează punctul de rouă. higrometru moderne de măsurare (cel puțin în modelele lor mai sofisticate) includ funcția „auto-test“, care permite dispozitivului să detecteze și să răspundă la poluarea prin introducerea unor modificări corespunzătoare ale algoritmilor de umiditate indicatorilor calcule.

Indiferent de disponibilitatea acestor capacități, practic toate higrometrele în cauză necesită inspecție și curățare periodică.

Menținerea higrometrelor cu oglindă răcită

Ceea ce utilizatorul recomandă în acest sens este instrucțiunile utilizatorului. Hidrometrul, care este sensibil la murdărie, trebuie curățat periodic pentru a asigura stabilitatea rezultatelor măsurătorilor, deși acest lucru poate crește costul întreținerii. Inspectarea oglinzii dispozitivului este efectuată de obicei cu ajutorul unui microscop încorporat, iar întreținerea se face manual după deschiderea compartimentului de măsurare.

În cazul în care curățarea suprafeței oglinzilor este efectuată cu frecvența necesară pentru funcționarea în instrucțiunile de utilizare, este posibilă păstrarea preciziei măsurătorii. Accesul ușor la suprafața oglinzii pentru curățare este de obicei asigurat de o balama între componentele optice și oglinda. Pe piață, puteți găsi acum orice higrometru de condensare de care aveți nevoie. Fotografia de mai jos prezintă un exemplu de execuție.

Aplicarea higrometrelor în metrologie

Un higrometru proiectat și operat cu oglindă răcită oferă măsurători de umiditate cu o precizie de câteva ordine de mărime superioară celorlalți contoare de umiditate. Precizia inerentă a măsurătorilor, în special atunci când este echipată cu un termometru de platină pentru măsurarea temperaturii, o oglindă și un microscop de putere medie pentru monitorizarea stării oglinzii, îl fac ideal pentru măsurătorile metrologice. Posibilitățile de transmitere a informațiilor prin tehnologia digitală wireless canale de comunicare deschide posibilități largi de utilizare a unor astfel de higrometre în sistemele globale de colectare și prelucrare a informațiilor meteorologice.

Utilizare în laboratoarele din fabrică și în mediile contaminate

Aceste instrumente pentru determinarea umidității aerului sunt ideale pentru măsurarea valorii sale absolute în laboratoarele climatice din fabrică. Acestea sunt adesea folosite ca standarde de referință pentru a controla acuratețea altor instrumente, cum ar fi senzorii de umiditate relativă, utilizați pentru controlul camerelor pentru testarea climatică.

Caracteristicile de stabilitate ale materialelor utilizate în aceste modele higrometre și posibilitatea de a face mai multe dispozitive de curățare foarte potrivite pentru servicii pe termen lung în medii cu cele mai multe substanțe poluante, fără pierderi de calibrare. Această stabilitate a caracteristicilor le face potrivite pentru utilizarea în fluxurile de gaze unde nivelurile ridicate de contaminanți din probele de gaz au un efect ireversibil dăunător asupra unor tipuri mai puțin stabile de senzori de umiditate. De exemplu, acest tip de higrometru este utilizat pe scară largă pentru a controla punctul de rouă în timpul întăririi termice a suprafețelor de produse metalice în aer cu aditivi speciali. În astfel de cazuri, accesul facil la oglinda de curățare este în mod special de dorit.

Producția sensibilă la umiditate

Procesele de ambalare specializate necesare pentru fabricarea produselor farmaceutice, a filmelor, a acoperirilor și a altor produse sunt deseori controlate de higrometri cu oglindă răcită. Din nou, alegerea lor în acest caz este afectată de stabilitatea preciziei măsurătorii și de durata de viață îndelungată. În plus, deoarece aceste procese sunt în general mai puțin sensibile la costurile instrumentelor, costul ridicat al acestor higrometre nu este un factor determinant în alegerea unei scheme de monitorizare a umidității.

Temperaturi ridicate ale gazelor și puncte de rouă

Gigrometrele de acest tip sunt adesea alese pentru a măsura temperaturile punctului de rouă peste temperatura ambiantă. Dispozitivele cu oglinzi răcite au fost utilizate încă din 1966 ani pentru monitorizarea rachetelor Apollo care funcționează la o temperatură de 250 ° C și o presiune de 700 psi celula de combustibil de hidrogen. Cu tehnologiile termoelectrice de astăzi pentru răcirea oglinzilor cu punct de rouă la 100 ° C (și mai sus, cu condiția presiunea de mai sus atmosferice) sunt ușor de măsurat. In astfel de cazuri, toate suprafețele de măsurare higrometru compartiment, în contact cu gazul de probă trebuie să aibă o temperatură mai mare decât cel mai înalt punct de rouă anticipat, în caz contrar se produce condens pe aceste suprafețe, iar măsurătorile vor fi eronate.

De higrometre pentru măsurarea punctului de rouă al gazului de temperatură ridicată, practica convențională este de a utiliza încălzitoare electrice cu un regulator de temperatură pentru a menține măsurarea temperaturii peretelui camerei peste cele mai înalte puncte de rouă anticipate. componente optice cu semiconductori, cum ar fi diode emițătoare și detectoare, este menținut la o temperatură nominală de funcționare (de obicei 85 ° C), pentru a preveni deteriorarea și randamentul higrometru eșuează. Acest lucru se poate realiza prin izolarea termică a acestor componente din compartimentul de măsurare încălzit.