Кондензационен хигрометър. Хигрометър за влажност

широко разпространен инструмент за измерване на влажността на въздуха

Каква е влажността на въздуха?

Хигрометърът измерва съдържанието на влага във въздуха, което може да бъде представено с абсолютна или относителна величина. Първата от тях дава само една маса водна пара на 1 куб. m въздух при дадена температура. Но втората показва колко близо водната пара във въздуха е в състояние на насищане, т.е. до динамичното равновесие с неговата течна фаза - когато няма изпарение или кондензация. Тя е равна на съотношението на измерената абсолютна влажност на въздуха до нейната абсолютна влажност в състоянието на насищане. Когато водната пара във въздуха е наситена (отново при дадена температура), относителната влажност на този въздух е 100%. Въздухът с ненаситени водни пари, съответно, е по-малък.

Как работи кондензационният хигрометър?

Принципът на действие на всяко устройство за определяне на влажността на въздуха е обикновено да се измери друга стойност, като температура, налягане, маса или механични и електрически промени в субстанцията, която абсорбира влагата. Чрез подходящо калибриране и изчисление тези измерени стойности могат да доведат до определяне на абсолютната или относителната влажност. Много важна роля в този процес играе температурата, при която настъпва насищането на пара, наречено точка на оросяване. По правило съвременните електронни устройства за определяне на влажността на въздуха измерват тази температура или промени в електрическата мощност или съпротивлението на различни вещества, абсорбиращи влагата, които след това се преизчисляват (автоматично) в индекси на влагата.

Кондензационен хигрометър: устройство

Работата му се основава на измерването на съдържанието на водна пара във въздуха, използвайки метода на росата. Този метод включва охлаждане на повърхността, обикновено метално огледало, до температура, при която водата на повърхността на огледалото е в равновесие с налягането на водната пара в газовата проба над повърхността. При тази температура, масата на вода на повърхността на огледало или увеличава (при много студена повърхност) или намалява (ако повърхността е твърде топъл), т. Е пара над огледалото е в динамично равновесие с вода кондензат на огледало (наситен пара).

Такава огледало е направен от материал с добра топлопроводимост (като сребро или мед) и се покрива със слой от инертен метал, като иридий, рубидий, никел или злато за предотвратяване на потъмняване и окисление. Огледалото се охлажда чрез термоелектричен охладител (ефекта на Peltier) преди образуването на кондензата. Лъч светлина, обикновено от твърд широколентов светодиод се отнася до повърхността на огледалото и фотодетектор следи отразена светлина поток, който е максимално в отсъствието на кондензация на огледалото.

Методът на работа на хигрометър с охладено огледало

Когато капките на росата се образуват върху огледалната повърхност на огледалото, отразената светлина се разпръсква. В този случай неговият поток, навлизащ в фотодетектора намалява, което води до промяна на изходния сигнал на последния. Това от своя страна се управлява от аналогова или цифрова термоелектрическа система за управление на охладителя, която поддържа стабилна температура на огледалото в точката на оросяване. При правилно проектирана система, огледалото се поддържа при температура, при която скоростта на кондензация е точно равна на скоростта на изпарение на росата. Прецизна миниатюрна платина устойчив термометър (PRT), монтиран в огледалото, измерва неговата температура в тази точка, която автоматично се преизчислява в отчитане на влага.

Хигрометърът за измерване на влажността на въздуха на въпросната конструкция включва и вакуумна помпа за изпомпване на анализираната проба от газ и допълнителни филтриращи елементи при замърсени условия.

Предимства на разглежданите хигрометри

Такива инструменти, основани на прост принцип на работа, с широк спектър от измервания, висока точност и стабилност на показанията, се използват широко в промишлеността и научните изследвания. Типичният кондензационен хигрометър, за разлика от много други сензори за влага, може да стане много стабилен, практически незасегнат от износването, което свежда до минимум необходимостта от повторно калибриране. Хигрометърът за влажност в точката на оросяване е в състояние да го измери в температурния диапазон от 100 ° C до минимум при -70 ° С. В същото време точността на измерване е десета от степента.

Много дизайни считат влагомери са микропроцесорни контролирано и се смесва с резистивен сензор за температура може да бъде изчислена и изход за външен дисплей всяка желана влажност параметри в допълнение към или вместо на точката на оросяване. Освен това тези устройства позволяват прехвърляне на резултати чрез използване на безжични технологии. Естествено, такива устройства се използват широко в различни промишлени системи за автоматизирано събиране на данни и управление на съответните производствени процеси.

Колко струва подобен хигрометър? Цената, разбира се, се определя основно от набор от реализирани функции, в зависимост от наличността и сложността на електронната система за управление на устройството. По този начин, неподвижен кондензационен хигрометър, подобен на външен вид цифров осцилоскоп, струва не по-малко от 4000 долара. Особено "модерните" модели могат да струват повече от $ 10,000. На пазара можете да намерите напълно функционален преносим хигрометър. Цената му е от 1 до 2 хиляди долара.

Недостатъци на кондензационните хигрометри

Докато разглежданата система от хигрометри се счита за най-ефективна в процеса на измерване, нейният недостатък е неизбежното замърсяване на детайлите на измервателния път по време на работа.

Хигромерите, оборудвани с охлаждащи огледала, са склонни да нарастват с неточни измервания, поради наличието на разтворими и неразтворими замърсители, нанесени върху огледалото. Неразтворимите частици оказват влияние върху оптичните характеристики на огледалото. Умерената прах или появата на неразтворими частици върху огледалото осигуряват присъствието на концентрационни центрове, върху които може да се образува роса или замръзване, като по този начин се увеличава времето за реакция на устройството. Разтворимите примеси влияят върху количеството на парите от кондензираната влага в огледалото, което измества точката на оросяване. Modern измерване влагомер (поне в техните по-сложни модели) включва функция "автотест", която позволява на устройството за откриване и реагиране на замърсяване чрез въвеждане на подходящи изменения на алгоритми влажност индикатори изчисления.

Независимо от наличието на такива възможности, практически всички хигрометри се нуждаят от периодична проверка и почистване.

Поддържане на хигрометри с охладено огледало

Това, което потребителят препоръчва в този смисъл, е инструкциите на потребителя. Хигрометърът, който е чувствителен към мръсотия, трябва периодично да се почиства, за да се осигури стабилност на резултатите от измерването, въпреки че това може да увеличи разходите за неговата поддръжка. Проверката на огледалото на устройството обикновено се извършва посредством вграден микроскоп и поддръжката се извършва ръчно след отваряне на измервателното отделение.

Ако почистването на огледалната повърхност се извършва с честотата, изисквана в ръководството за експлоатация за нейната работа, тогава е възможно да се запази точността на измерване. Лесният достъп до огледалната повърхност за почистване обикновено се осигурява от шарнир между оптичните компоненти и огледалото. На пазара вече можете да намерите всеки кондензиращ хигрометър, от който се нуждаете. Снимката по-долу показва пример за неговото изпълнение.

Приложение на хигрометри в метрологията

Правилно проектираният и работещ хигрометър с охладено огледало осигурява измервания на влажността с точност няколко порядъка по-висока от другите популярни измерватели на влажност. Присъщата точност на измерванията, особено когато е оборудвана с платинен термометър за измерване на температура, огледало и микроскоп със средна мощност за наблюдение на състоянието на огледалото, го правят идеален за метрологични измервания. Възможности за предаване на информация чрез безжичен цифров комуникационни канали откриват широки възможности за използване на такива хигрометри в системите за събиране и обработка на глобална метеорологична информация.

Използване във фабрични лаборатории и замърсена среда

Тези инструменти за определяне на влажността на въздуха са идеални за измерване на абсолютната му стойност в лабораториите за фабрика за климата. Те често се използват като референтни стандарти за контрол на точността на други инструменти, като например сензори за относителна влажност, използвани за контролиране на камерите за климатологично тестване.

характеристиките за стабилност на използваните в тези проекти влагомери материали и възможността за множество устройства за почистване много подходящи за продължителна експлоатация в среда с повечето замърсители без загуба на калибриране. Тази стабилност на характеристиките ги прави подходящи за използване в газови потоци, където високите нива на замърсители в газовите проби имат необратимо вредно въздействие върху по-малко стабилните видове сензори за влажност. Например, този тип хигрометър се използва широко за контролиране на точката на оросяване по време на термично втвърдяване на повърхностите на метални продукти във въздуха със специални добавки. В такива случаи лесният достъп до огледалото за почистване е особено желателен.

Продукция, чувствителна към влага

Специализираните процеси на опаковане, които се изискват при производството на фармацевтични продукти, филми, покрития и други продукти, често се контролират от хигрометри с охладено огледало. Отново изборът им в този случай се влияе от стабилността на точността на измерване и дългия експлоатационен живот. Освен това, тъй като тези процеси обикновено са по-малко чувствителни към инструменталните разходи, високата цена на тези хигрометри не е определящ фактор при избора на схема за мониторинг на влагата.

Високотемпературни газове и техните точки на оросяване

Хигромерите от този тип често се избират за измерване на температурите на температурата на роса над температурата на околната среда. Уреди с охлаждащи огледала се използват през 1966 г. за наблюдение на водородните горивни клетки на ракети "Аполо", работещи при температура 250 ° С и налягане 700 psi. С днешните термоелектрични технологии за охлаждане на огледалата за роумна точка до 100 ° C (и по-горе, при условие налягане над атмосферни). В такива случаи всички повърхности на измервателното отделение на хигрометъра, които са в контакт с пробния газ, трябва да имат температура над най-високата очаквана точка на оросяване, в противен случай при тези повърхности ще настъпи кондензация и измерването ще бъде погрешно.

На влажност за измерване на точката на оросяване на висока температура газ, конвенционалната практика е да се използва електрически нагреватели с температурен контролер за поддържане на измерване на температурата на камерата стена над най-високата очакваните роса точки. Твърдо състояние оптични компоненти, като например светодиоди и детектори, се поддържа при номиналната работна температура (типично 85 ° С), за да се предотврати повреда и добив влагомер се провали. Това може да се постигне чрез термична изолация на тези компоненти от загрятото отделение за измерване.