Plaši izmantots instruments gaisa (un citu gāzu) mitruma mērīšanai ir kondensācijas higrometrs. Tās darbības princips ir mērīt temperatūru, ko sauc par rasas punktu, kurā sākas mitruma kondensācija no gaisa.
Kas ir gaisa mitrums
Higrometrs mēra mitruma saturu gaisā, ko var attēlot kā absolūtu vai relatīvu vērtību. Pirmais no tiem vienkārši norāda ūdens tvaiku masu 1 kubikmetrā. m gaisa noteiktā temperatūrā. Bet otrs parāda, cik tuvu ūdens tvaiki gaisā atrodas piesātinājuma stāvoklim, t.i., dinamiskam līdzsvaram ar savu šķidro fāzi - kad nav ne iztvaikošanas, ne kondensācijas. Tas ir vienāds ar izmērītā gaisa absolūtā mitruma attiecību pret tā absolūto mitrumu piesātinājuma stāvoklī. Kad ūdens tvaiki gaisā ir piesātināti (atkal, noteiktā temperatūrā), šī gaisa relatīvais mitrums ir 100%. Gaisā ar nepiesātinātiem ūdens tvaikiem tas attiecīgi ir mazāks.
Kā darbojas kondensāta higrometrs
Jebkuras gaisa mitruma noteikšanas ierīces darbības princips, kā likums, ir mērīt kādu citu lielumu, piemēram, temperatūru, spiedienu, masu vai mehāniskās un elektriskās izmaiņas vielā, kas absorbē mitrumu.. Atbilstoši kalibrējot un aprēķinot, šīs izmērītās vērtības var novest pie absolūtā vai relatīvā mitruma noteikšanas. Ļoti svarīgu lomu šajā procesā spēlē temperatūra, kurā notiek tvaika piesātinājums, ko sauc par rasas punktu. Parasti mūsdienu elektroniskās gaisa mitruma noteikšanas ierīces mēra šo temperatūru vai dažādu absorbējošo vielu elektriskās kapacitātes vai pretestības izmaiņas, kuras pēc tam (automātiski) pārvērš mitruma indikatoros.
Kondensāta higrometra ierīce
Viņa darbs ir balstīts tieši uz ūdens tvaiku mērījumiem gaisā ar rasas punkta metodi. Šī metode ietver virsmas, parasti metāla spoguļa, atdzesēšanu līdz temperatūrai, kurā ūdens uz spoguļa virsmas ir līdzsvarā ar ūdens tvaika spiedienu parauga gāzē virs virsmas. Pie šādas temperatūras ūdens masa uz spoguļa virsmas nepalielinās (ja virsma ir pārāk auksta) un nesamazinās (ja virsma ir pārāk silta), t.i., tvaiki virs spoguļa atrodas dinamiskā līdzsvarā ar ūdens kondensātu. spogulis (tvaiki ir piesātināti).
Šis spogulis ir izgatavots no materiāla ar labu siltumvadītspēju (piemēram, sudraba vai vara) unpārklāts ar inertu metālu, piemēram, irīdiju, rubīdiju, niķeli vai zeltu, lai novērstu aptraipīšanu un oksidēšanos. Spogulis tiek dzesēts ar termoelektrisko dzesētāju (Peltjē efekts), līdz veidojas kondensāts. Gaismas stars, parasti no cietvielu platjoslas gaismas diodes, tiek novirzīts uz spoguļa virsmu, un fotodetektors uzrauga atstaroto gaismu, kuras plūsma ir maksimāla, ja uz spoguļa nav kondensāta.
Bērnu spoguļa higrometra darbības metode
Kad uz spoguļa spoguļa virsmas veidojas rasas pilieni, atstarotā gaisma tiek izkliedēta. Šajā gadījumā tā plūsma, kas nonāk fotodetektorā, samazinās, kā rezultātā mainās tā izejas signāls. To savukārt kontrolē analogā vai digitālā termoelektriskā dzesētāja vadības sistēma, kas uztur stabilu spoguļa temperatūru rasas punktā. Izmantojot pareizi izstrādātu sistēmu, spogulis tiek uzturēts tādā temperatūrā, kurā kondensācijas ātrums ir tieši vienāds ar rasas slāņa iztvaikošanas ātrumu. Precīzs miniatūrs platīna pretestības termometrs (PRT), kas uzstādīts spogulī, mēra tā temperatūru šajā punktā, kas tiek automātiski pārveidots mitruma rādījumā.
Aplūkojamās konstrukcijas higrometrs gaisa mitruma mērīšanai ietver arī vakuumsūkni analizētās gāzes daļas iesūknēšanai un papildu filtrēšanas elementus netīros apstākļos.
Aplūkoto higrometru priekšrocības
Šādi instrumenti, kuru pamatā ir vienkāršs darbības princips, ar plašu mērījumu diapazonu, augstu precizitāti un stabiliem rādījumiem, tiek plaši izmantoti rūpniecībā un zinātniskajos pētījumos. Tipisku rasas punkta higrometru, atšķirībā no daudziem citiem mitruma sensoriem, var padarīt ļoti stabilu, praktiski nodilumizturīgu, līdz minimumam samazinot nepieciešamību pēc atkārtotas kalibrēšanas. Rasas punkta mitruma higrometrs spēj izmērīt rasas punktu temperatūras diapazonā no 100 °C līdz minimumam -70 °C. Šajā gadījumā mērījumu precizitāte ir grāda desmitdaļas.
Daudzi aplūkojamās konstrukcijas higrometri ir aprīkoti ar mikroprocesora vadību un kombinācijā ar pretestības temperatūras sensoru spēj aprēķināt un uz ārējā indikatora parādīt jebkurus vēlamos mitruma parametrus papildus rasas punktam vai tā vietā. Turklāt šīs ierīces ļauj pārsūtīt rezultātus, izmantojot bezvadu tehnoloģiju. Protams, šādas ierīces tiek plaši izmantotas kā daļa no dažādām industriālajām sistēmām automatizētai datu vākšanai un attiecīgo tehnisko procesu kontrolei.
Cik maksātu šāds higrometrs? Tās cenu, protams, galvenokārt nosaka realizēto funkciju kopums atkarībā no ierīces elektroniskās vadības sistēmas pieejamības un sarežģītības. Tātad stacionārs kondensāta higrometrs, kas izskatās pēc digitālā osciloskopa, maksā vismaz 4000 USD. Īpaši "uzlabotie" modeļi var maksāt vairāk nekā 10 000 USD. TirgūVarat arī atrast pilnībā funkcionējošu pārnēsājamu higrometru. Tā cena ir no 1 līdz 2 tūkstošiem dolāru.
Kondensāta higrometru trūkumi
Lai gan aplūkotā higrometru sistēma tiek uzskatīta par visefektīvāko mērīšanas procesā, tās trūkums ir neizbēgams mērīšanas ceļa daļu piesārņojums darbības laikā.
Higrometri, kas aprīkoti ar atdzesētiem spoguļiem, mēdz palielināt mērījumu neprecizitātes, jo uz spoguļa ir nogulsnēti šķīstoši un nešķīstoši piesārņotāji. Nešķīstošās daļiņas ietekmē spoguļa optiskās īpašības. Mērens putekļainums vai nešķīstošu daļiņu parādīšanās uz spoguļa nodrošina koncentrācijas centrus, uz kuriem var veidoties rasa vai sarma, tādējādi palielinot ierīces reakcijas laiku. Šķīstošie piemaisījumi ietekmē uz spoguļa kondensētā mitruma radītā tvaika spiediena daudzumu, kas maina rasas punktu. Mūsdienu mērīšanas higrometri (vismaz to sarežģītāki modeļi) ietver "pašpārbaudes" funkcijas, kas ļauj ierīcei noteikt piesārņojumu un reaģēt uz to, veicot atbilstošus mitruma aprēķināšanas algoritmu pielāgojumus.
Neatkarīgi no šīm iespējām praktiski visi attiecīgie higrometri ir periodiski jāpārbauda un jātīra.
Atdzesētu spoguļhigrometru apkope
Ko šajā ziņā ierīces lietotājam iesaka lietošanas pamācība. Higrometram, kas ir jutīgs pret netīrumiem, jābūtperiodiski jātīra, lai nodrošinātu mērījumu rezultātu stabilitāti, lai gan tas var palielināt tā uzturēšanas izmaksas. Instrumenta spoguļa pārbaude parasti tiek veikta, izmantojot iebūvēto mikroskopu, un tā apkope tiek veikta manuāli pēc mērīšanas nodalījuma atvēršanas.
Ja spoguļa virsmas tīrīšanu veic tā darbības instrukcijā noteiktajā frekvencē, tad tādā veidā iespējams saglabāt mērījumu precizitāti. Ērtu piekļuvi spoguļa virsmai tīrīšanai parasti nodrošina eņģe starp optiskajiem komponentiem un spoguli. Tagad tirgū varat atrast jebkuru patērētājam nepieciešamo kondensāta higrometru. Tālāk esošajā fotoattēlā ir parādīts tās izpildes piemērs.
Higrometru izmantošana metroloģijā
Pareizi izstrādāts un kopts atdzesēta spoguļa higrometrs nodrošina mitruma mērījumus ar lielu precizitāti nekā citi populāri mitruma mērītāji. Tā raksturīgā mērījumu precizitāte, īpaši, ja tā ir aprīkota ar platīna pretestības termometru temperatūras mērīšanai, spoguli un vidējas jaudas mikroskopu spoguļu uzraudzībai, padara to ideāli piemērotu metroloģiskiem mērījumiem. Informācijas pārraides iespējas pa bezvadu digitālajiem sakaru kanāliem paver plašas iespējas šādu higrometru izmantošanai globālās meteoroloģiskās informācijas vākšanas un apstrādes sistēmās.
Izmantojiet rūpnīcas laboratorijās un piesārņotā vidē
Šis gaisa mitruma mērītājs ir ideāli piemērots tā absolūtās vērtības mērīšanai rūpnīcas klimata laboratorijās. Tos bieži izmanto kā atsauces, lai kontrolētu citu instrumentu precizitāti, piemēram, relatīvā mitruma sensorus, ko izmanto, lai kontrolētu vides pārbaudes kameras.
Šo higrometru konstrukcijā izmantoto materiālu stabilitāte, kā arī iespēja tos atkārtoti tīrīt, padara instrumentus piemērotus ļoti ilgam kalpošanas laikam vidē ar lielāko daļu piesārņotāju, nezaudējot kalibrēšanu. Šī veiktspējas stabilitāte padara tos piemērotus izmantošanai gāzes plūsmās, kur augsts piesārņotāju līmenis gāzes paraugos neatgriezeniski kaitē mazāk stabiliem mitruma sensoru veidiem. Piemēram, šāda veida higrometru plaši izmanto, lai kontrolētu rasas punktu metālizstrādājumu virsmu karstuma sacietēšanas laikā gaisa vidē ar īpašiem piemaisījumiem. Šādos gadījumos īpaši vēlams nodrošināt vieglu piekļuvi spogulim tīrīšanai.
Mitruma jutīga ražošana
Specializētos iepakošanas procesus, kas nepieciešami farmaceitisko līdzekļu, plēvju, pārklājumu un citu produktu ražošanā, bieži uzrauga atdzesēti spoguļhigrometri. Atkal, to izvēli šajā gadījumā ietekmē mērījumu precizitātes stabilitāte un ilgs kalpošanas laiks. Turklāt, tā kā šie procesi mēdz būt mazāk jutīgi pretinstrumentu izmaksas, šo higrometru augstās izmaksas nav noteicošais faktors, izvēloties mitruma uzraudzības shēmu.
Augstas temperatūras gāzes un to rasas punkti
Šis higrometra veids bieži tiek izvēlēts, lai mērītu rasas punkta temperatūru, kas pārsniedz apkārtējās vides temperatūru. Atdzesētu spoguļu instrumentus izmantoja jau 1966. gadā, lai uzraudzītu Apollo raķešu ūdeņraža degvielas elementus, kas darbojas 250 ° C temperatūrā un 700 psi. Ar mūsdienu termoelektrisko spoguļu dzesēšanas tehnoloģijām ir viegli izmērīt rasas punktus līdz 100 °C (un augstākiem, pieņemot, ka spiediens pārsniedz atmosfēras spiedienu). Šādos gadījumos visām higrometra mērīšanas kameras virsmām, kas saskaras ar gāzes paraugu, temperatūrai jābūt virs augstākā paredzamā rasas punkta, pretējā gadījumā uz šīm virsmām veidosies kondensāts un mērījums būs kļūdains.
Higrometros, kas paredzēti augstas temperatūras gāzu rasas punkta mērīšanai, parasti tiek izmantoti termostatiski vadāmi elektriskie sildītāji, lai mērīšanas kameras sienas uzturētu virs augstākajiem paredzamajiem rasas punktiem. Cietvielu optiskie komponenti, piemēram, gaismas diodes un detektori, tiek uzturēti to nominālajā darba temperatūrā (parasti 85 °C), lai novērstu higrometra degradāciju un bojājumus. To var panākt, termiski izolējot šos komponentus no apsildāmās mērīšanas kameras.
