ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ

Под влагосодержанием ис понимают отношение массы влаги, содержащейся в материале, к массе абсолютно сухого материала, выраженное в процентах:

ис = (Мът) 100; (2.18)

под влажностью и — выраженное в процентах отношение массы влаги Мв к массе влажного материала т + Мв):

и = [МВ/(МТ + Мв)] 100. (2.19)

При этом под влажностью воздуха понимают содержание водяного пара в воздухе, которое может определяться упругостью водяного пара, абсолютной влажностью и точкой росы.

Упругость водяного пара — измеряемое в мм. рт. ст. парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе (под парциальным давлением понимают давление компонента идеальной газовой смеси, которое он оказывал бы, если бы один занимал объем всей смеси). Абсолютная влажность — количество водяного пара в граммах, содержащегося в 1 м3 воздуха. Относительная влажность — отношение упругости водяного пара, содержащегося в воздухе, к упругости насыщенного пара при той же температуре, %. Точка росы — температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нем пар достиг насыщения и начал конденсироваться, т. е. появилась роса.

Влажность измеряется следующими методами: психрометрическим, гигроскопическим, по точке росы, электролитическим, весовым. Классический метод измерения влажности — психрометрический. Приборы, основанные на этом методе, называют психрометрами. Психрометры измеряют температуру сухого tc и мокрого /м термометров. Температурные условия, близкие к /м, создаются в процессе адиабатического испарения воды с поверхности мокрого термометра. Зная /с и /м, можно определить относительную влажность воздуха:

Ф= Ы-АЦС- /М)Д] 100//>с, (2.20)

где Рм, Рс упругость насыщенного водяного пара соответственно при температурах /м и /с; А — психрометрическая постоянная, зависящая от рода газа, скорости потока вокруг «мокрого» термометра, температуры /м и конструкции прибора; В — барометрическое давление.

Принцип действия психрометра представлен на рис. 2.17. Для измерения температуры /с и /м применяют проволочные (полупроводниковые) психрометры с автоматическими мостами или потенциометрами. Основная погрешность при измерении по психрометрическому термометру не превышает ±2% за счет погрешности вторичного прибора и колебаний температуры окружающего воздуха. Диапазон измерения психрометрами относительной влажности 20—100% при температуре 5—50 °С. Психрометрический метод позволяет определить энтальпию (теплосодержание) влажного воздуха, так как

/ = /Ю- (2-21)

Зг1

Принцип действия психрометра

Рис. 2.17. Принцип действия психрометра:

и 2 — сухой и мокрый термометры; 3 — батист, смачива-емый водой;

4 — емкость; 5 — вентилятор

В системах кондиционирования воздуха применяется гигроскопический метод измерения влажности, основанный на использовании линейного и объемного расширения материала при изменении влажности. В качестве гигроскопических высокочувствительных материалов используют человеческий волос, брусок канадской сосны, капрон, вискозную пленку и другие материалы. Точность измерения составляет ±(3—5)% относительной влажности.

Для измерения влажности газов применяется метод точки росы. При этом методе определяют температуру поверхности tmp, при которой устанавливается динамическое равновесие между количеством влаги, испаряющейся с поверхности и осаждаемой на поверхности из газа. Практически измеряют температуру поверхности металлического зеркала, которое охлаждается до тех пор, пока не появится конденсат (роса). С помощью терморегулятора поддерживают температуру поверхности таким образом, чтобы количество конденсата не изменялось. По температурам /с и / можно определить относительную влажность. Метод позволяет измерять влагосодержание с1 воздуха: с1 = /(1тр). Достоинства метода — относительно высокая точность и возможность измерения влажности воздуха и различных газов при низких температурах (—160 °С) и высоких давлениях (2 • 107 Па). Недостатками являются сложность конструкции и погрешности от загрязнения зеркала содержащимися в газе примесями (пыль, агрессивные газы и т. п.).

Широко применяются электролитические датчики влажности, принцип действия которых основан на зависимости электрических свойств чувствительного элемента от влажности воздуха или газа. По принципу действия и конструктивному исполнению эти датчики подразделяются на подогревные и неподогревные.

Неподогревные датчики имеют чувствительный элемент из гигроскопического материала, нанесенного между электродами, электрическое сопротивление которого изменяется при изменении влажности. Наиболее распространен датчик в виде полоски из полистирола, покрытой с обеих сторон влагочувствительной пленкой, содержащей хлористый литий. Электроды из благородных металлов (золото, платина) наносят на пластинку методом напыления на влагочувствительную пленку. Такие кондуктометрические гигрометры применяются для измерения относительной влажности в широком диапазоне при температуре от —40 до +50 °С. Погрешность измерения зависит от колебания атмосферного давления и температуры. Инерционность такого датчика тем меньше, чем выше влагочувствительная пленка (постоянная времени 1—3 с).

Принцип работы подогревных хлористо-литиевых гигрометров основан на автоматическом поддержании температуры слоя электролита, при которой влажность контролируемого воздуха соответствует давлению водяного пара в точке фазового перехода раствор—соль. В качестве гигроскопической соли широко используется хлористый литий. Конструкция подогревного хлористолитиевого датчика влажности представлена на рис. 2.18. Внутри трубки-изолятора 1 размещен термометр сопротивления 2, а снаружи — влагочувствительный элемент, который состоит из стеклотканого чулочка 3, пропитанного хлористо-литиевым раствором, с навитой на него электрической спиралью 4. Спираль, подключенная к источнику переменного напряжения 5, предназначена для пропускания электрического тока через раствор гигроскопической соли, смачивающий стеклотканый чулочек. В датчике устанавливается колебательный процесс изменения температуры около среднего ее значения 1тр, равного значению равновесной температуры, соответствующей измеряемой влажности. Температура точки росы измеряется термометром сопротивления, находящимся внутри датчика. Погрешность такого датчика составляет ±2%. В качестве вторичного прибора используется автоматический мост. Недостатком подогревных датчиков является то, что даже при кратковременном отключении электропитания цепи подогрева возникает значительная погрешность показаний и требуется регенерация соли.

Конструкция подогревного хлористолитиевого датчика влажности

Рис. 2.18. Конструкция подогревного хлористолитиевого датчика влажности

При автоматизации систем кондиционирования воздуха используют сорбционные и подогревные гигрометры. В группу сорбционных электролитических гигрометров входят датчики со вторичным прибором типов УДРОВ, СПР, СПР-103, ВВЧ. Датчик относительной влажности ДОВП со вторичными приборами ВЧ-510У и ВА-536У является пьезосорбционным.

В комплекте с электрическим датчиком влажности ДИВ используется регулятор относительной влажности А281, предназначенный для работы в диапазоне 20—100% относительной влажности воздуха.

Для измерения незначительного влагосодержания газов применяют кулонометрические измерители, принцип действия которых основан на непрерывном поглощении влаги из контролируемого газового потока пленкой гидрофильного вещества (фосфорного ангидрида) и одновременном разложении воды на водород и кислород в толще пленки путем электролиза. В установившемся режиме сила тока электролиза служит мерой влажности анализируемого газа. Чувствительный элемент представляет собой два платиновых электрода, между которыми расположена пленка фосфорного ангидрида. Кулонометрические датчики применяются в комплекте с автоматическими потенциометрами. Приборы рассчитаны на измерение от 0 до 1000 объемных миллионных долей влагосодержания при температуре 5—50 °С с основной приведенной погрешностью ±(1,5—5%).

Помимо электролитических для измерения относительной влажности используют пьезосорбционный датчик, влагочувствительным элементом которого служит калиброванный кварц, покрытый полиамидной пленкой. При изменении относительной влажности изменяется электрическое напряжение датчика, воспринимаемое измерительным прибором, например автоматическим потенциометром. Прибор обеспечивает измерение относительной влажности в диапазоне 0—100% при температуре 5—50 °С. Основная погрешность составляет ±(2,5—5%).

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >