Навигация:

Главная Случайная страница Обратная связь ТОП Интересно знать Избранные Новые материалы

Топ:

Проблема типологии научных революций: Глобальные научные революции и типы научной рациональности...

Методика измерений сопротивления растеканию тока анодного заземления: Анодный заземлитель (анод) – проводник, погруженный в электролитическую среду (грунт, раствор электролита) и подключенный к положительному...

Основы обеспечения единства измерений: Обеспечение единства измерений - деятельность метрологических служб, направленная на достижение...

Интересное:

Уполаживание и террасирование склонов: Если глубина оврага более 5 м необходимо устройство берм. Варианты использования оврагов для градостроительных целей...

Принципы управления денежными потоками: одним из методов контроля за состоянием денежной наличности является...

Распространение рака на другие отдаленные от желудка органы: Характерных симптомов рака желудка не существует. Выраженные симптомы появляются, когда опухоль...

Дисциплины:

Автоматизация Антропология Археология Архитектура Аудит Биология Бухгалтерия Военная наука Генетика География Геология Демография Журналистика Зоология Иностранные языки Информатика Искусство История Кинематография Компьютеризация Кораблестроение Кулинария Культура Лексикология Лингвистика Литература Логика Маркетинг Математика Машиностроение Медицина Менеджмент Металлургия Метрология Механика Музыкология Науковедение Образование Охрана Труда Педагогика Политология Правоотношение Предпринимательство Приборостроение Программирование Производство Промышленность Психология Радиосвязь Религия Риторика Социология Спорт Стандартизация Статистика Строительство Теология Технологии Торговля Транспорт Фармакология Физика Физиология Философия Финансы Химия Хозяйство Черчение Экология Экономика Электроника Энергетика Юриспруденция

Методы и средства измерения влажности

2022-09-11

0.00 из 5.00 0 оценок

Заказать работу

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Общие сведения

Вода входит в состав окружающего воздуха и является необходимым компонентом для всех живых существ: людей и животных. Комфортность окружающих условий определяется, в основном, двумя факторами: относительной влажностью и температурой. Вы можете себя чувствовать вполне комфортно при температуре -30 °С в Сибири, где зимой воздух обычно очень сухой, но Вам будет совсем неуютно при температуре 0 °С в Кливленде, расположенном на берегу озера, где очень влажно. (Естественно, что здесь учитываются только климатические факторы и не рассматриваются экономические, культурные и политические). Работа многих также сильно зависит от уровня влажности. Как правило, все характеристики приборов определяются при относительной влажности 50% и температуре 20–25 °С. Рекомендуется поддерживать такие же условия и в рабочих помещениях, правда, здесь существуют исключения: например, в производственных комнатах Класса А влажность должна быть 38%, а в больничных операционных – 60%. Влага входит в состав большинства выпускаемых изделий и материалов. Можно сказать, что большую часть валового национального продукта любой страны составляет вода.

Для измерения влажности используются приборы, называемые гигрометрами.

Первый гигрометр был создан Джоном Лесли A760–1832. Чувствительный элемент гигрометра должен избирательно реагировать на изменение концентрации воды. Его реакцией может быть изменение внутренних свойств. Датчики для измерения влажности и температуры точки росы бывают емкостными, электропроводными, вибрационными и оптическими. Оптические газовые датчики определяют точку росы, в то время как оптические гигрометры измеряют содержание воды в органических растворах по поглощению излучения ближнего ИК диапазона в интервале 1.9…2.7 мкм.

Для количественного определения влажности и содержания воды применяются разные единицы. Влажность газов в системе СИ иногда выражается как количество паров воды в одном кубическом метре (г/м3). Содержание воды в жидкостях и твердых телах обычно задается в процентах от общей массы. Содержание воды в плохо смешиваемых жидкостях определяется как количество частей воды на миллион частей веса (ррт). Приведу несколько полезных определений:

1 Влагомер (<измеритель влажности>): измерительный прибор, предназначенный для измерения одной или нескольких величин влажности твердых или жидких веществ.2 Гигрометр (<измеритель влажности>, <влагомер газов>): измерительный прибор, предназначенный для измерения одной или нескольких величин влажности газов.3 Гигрограф: регистрирующий измерительный прибор, предназначенный для непрерывной записи значений величин влажности газов.4 Датчик влажности; датчик: первичный измерительный преобразователь величин влажности в другие физические величины, например в электрические.5 Гравиметрический метод: метод косвенного измерения величин влажности, заключающийся в выделении влаги из вещества и раздельном измерении массы влажного вещества и его сухой части либо выделенной влаги.6 Испарительно-гравиметрический метод; метод высушивания: гравиметрический метод измерения влажности твердых веществ, основанный на испарительном способе удаления влаги из вещества.7 Термогравиметрический метод; тепловой метод (<воздушно-тепловой метод>): метод высушивания, основанный на удалении влаги из вещества путем его нагревания.8 Вакуумно-гравиметрический метод; вакуумный метод: метод высушивания, основанный на вакуумном способе удаления влаги из вещества.9 Вакуумно-тепловой метод: метод высушивания, основанный на одновременном применении теплового и вакуумного способов удаления влаги из вещества.10 Сорбционно-гравиметрический метод: гравиметрический метод измерения влажности газов, основанный на сорбционном способе выделения влаги из газов.11 Конденсационно-гравиметрический метод: гравиметрический метод измерения влажности газов, основанный на конденсационном способе выделения влаги из газов.12 Кулонометрический метод: метод косвенного измерения влажности газов, основанный на сорбционном способе выделения влаги из газа и последующем измерении количества электричества, необходимого для электролитического разложения этой влаги.13 Психрометрический метод: метод косвенного измерения влажности газов, основанный на зависимости понижения температуры (охлаждения) смоченного твердого тела от влажности окружающего газа.14 Психрометр: устройство для реализации психрометрического метода измерения, содержащее сухой и смоченный термометры.15 Аспирационный психрометр: психрометр, снабженный аспиратором – устройством для обдувания термометров анализируемым газом.16 Психрометрическая формула: математическое уравнение, выражающее зависимость какой-либо величины влажности газа от разности температур сухого и смоченного термометров17 Психрометрический коэффициент: коэффициент в психрометрической формуле, зависящий от конструкции психрометра и скорости обдува термометров.18 Психрометрический гигрометр: гигрометр, принцип действия которого основан на психрометрическом методе измерения, автоматическом вычислении величины влажности и представлении ее значения на отсчетном устройстве.19 Конденсационный метод: метод измерения точки росы [инея], заключающийся в охлаждении газа до температуры выпадения конденсата (росы или инея) и измерении этой температуры.20 Равновесный метод: метод косвенного измерения влажности твердых веществ, заключающийся в измерении влажности газа, находящегося в гигротермическом равновесии с этими веществами.21 Диэлькометрический метод: метод косвенного измерения влажности веществ, основанный на зависимости диэлектрической проницаемости этих веществ от их влажности.22 Метод Фишера: химический метод измерения влажности твердых и жидких веществ заключающийся в экстрагировании влаги из пробы вещества растворителем и последующем титровании ее специальным раствором Фишера.23 Оптические методы: методы косвенного измерения влажности газов, основанные на зависимости их оптических свойств от влажности.24 Нейтронный метод: метод измерения влажности твердых веществ, заключающийся в замедлении быстрых нейтронов на ядрах водорода (протонах) и измерении интенсивности потока образующихся медленных нейтронов.25 Деформационный гигрометр [датчик влажности]: гигрометр [датчик], принцип действия которого основан на зависимости деформации чувствительного элемента от влажности газа.26 Волосяной гигрометр [датчик влажности]: деформационный гигрометр [датчик], в котором в качестве чувствительного элемента использован волос, например человеческий.36 Пленочный гигрометр [датчик влажности] (<мембранный гигрометр>): деформационный гигрометр [датчик], в котором в качестве чувствительного элемента использована влагочувствительная пленка, например животного происхождения.37 Резистивный влагомер [гигрометр, датчик влажности]: влагомер [гигрометр, датчик], принцип действия которого основан на зависимости электрического сопротивления чувствительного элемента от влажности вещества38 Емкостный влагомер [гигрометр, датчик влажности]: влагомер [гигрометр, датчик], принцип действия которого основан на зависимости электрической емкости чувствительного элемента от влажности вещества.39 Электролитический гигрометр [датчик влажности газа]: резистивный гигрометр [датчик влажности газа], в котором в качестве чувствительного элемента использована пленка раствора соли.40 Электролитический подогревный гигрометр точки росы [датчик точки росы]; подогревный гигрометр [датчик]: электролитический гигрометр [датчик влажности газа] с подогревом, вследствие которого сопротивление чувствительного элемента поддерживается на постоянном уровне, а температура равновесия служит мерой точки росы окружающего газа.41 Пьезосорбционный гигрометр [датчик влажности газа]: гигрометр [датчик влажности], принцип действия которого основан на зависимости частоты колебаний или добротности пьезоэлектрического резонатора, покрытого влагосорбирующим слоем, от влажности окружающего газа.42 Нейтронный влагомер: влагомер твердых веществ, принцип действия которого основан на нейтронном методе измерения.

В воздухе всегда содержится определенное количество влаги в виде водяного пара. Там, где наличие водяного пара приводит к возникновению химических, физических и биологических процессов или оказывает влияние на эти процессы, большое значение имеет постоянный контроль за влажностью воздуха. Для определения количества влаги имеются две измерительные величины. Различают абсолютную и относительную влажность.

Абсолютная влажность (точка насыщения)

Абсолютная влажность Fabs показывает такое количество водяного пара, которое содержится в определенном обьеме воздуха.

Воздух, как смесь газа и пара, всегда содержит водяной пар. Водяной пар создает определенное давление, которое называют давлением водяного пара. Оно является частью всего барометрического давления газа.

Давление водяного пара и соответственно абсолютная влажность воздуха могут повышаться при определенной температуре только до предела насыщения. Это максимально возможное давление называют давлением насыщения. Температурная зависимость давления насыщения изображается кривой давления водяного пара.

Давление окружающей среды или наличие других газов не оказывает влияния на кривую давлений водяного пара. Влажность насыщения достигается максимальным количеством водяного пара, смотри диаграмму.

Точка насыщения

При дальнейшем поступлении водяного пара образуется конденсация. Избыточное количество водяного пара проявляется в виде дождя, тумана или конденсата. Насыщенное состояние при этом сохраняется. Если насыщенный теплый воздух охлаждается, то также происходит конденсация. Теперь охлажденный воздух будет впитывать меньше влаги. Температура, при которой это происходит, называется температурой точки насыщения. Она указывается в °С. С помощью точки насыщения можно установить давление водяного пара влажного воздуха по кривой давления водяного пара. Итак, точка насыщения является единицей измерения количества воды во влажном воздухе. Величина абсолютной влажности воздуха подбирается в зависимости от данных расчетных требований. Различные размерности имеют постоянное соотношение друг с другом, смотри диаграмму.

Относительная влажность

Относительная влажность воздуха это отношение фактически имеющейся, т.е. абсолютной влажности воздуха Fabs к максимально возможной влажности воздуха Fsat при данной температуре. Относительная влажность воздуха представляет собой безразмерную величину. Она является передаточным числом и указывается в%.

При высокой температуре воздух может поглощать больше влаги чем при низкой. Максимальная влажность, которую может поглотить воздух, называется влажностью насыщения. До насыщения давление водяного пара и следовательно относительная влажность пропорциональна всему барометрическому давлению. Так как давление насыщения зависит только от температуры, относительная влажность воздуха также зависит от температуры. Относительная влажность уменьшается, если температура повышается и наоборот. Влияние колебаний температуры на относительную влажность может быть значительным.

Зависимости давления насыщенного пара над плоской поверхностью воды и льда от температуры, полученные теоретически на основании уравнения Клаузиуса – Клапейрона и сверенные с экспериментальными данными многих исследователей, рекомендованы для метеорологической практики Всемирной метеорологической организацией (ВМО):

ln psw = -6094,4692T-1 + 21,1249952 – 0,027245552 T + 0,000016853396T2 + 2,4575506 ln T

ln psi = -5504,4088T-1 – 3,5704628 – 0,017337458T + 0,0000065204209T2 + 6,1295027 ln T,

где psw и psi – давление насыщенного пара над плоской поверхностью воды и льда соответственно (Па);

Т – температура (К).

Приведенные формулы справедливы для температур от 0 до 100ºC (для psw) и от -0 до -100ºC (для psi). В то же время ВМО рекомендует первую формулу и для отрицательных температур для переохлажденной воды (до -50ºC).

Датчик влажности ДВТ-02И

Датчик влажности ДВТ-02И создан на базе двух

приборов: Датчика влажности ДВТ-02 и Индикатора

токовых сигналов ИТС 4–20

Датчик влажности ДВТ-02 предназначен для контроля и регулирования относительной влажности и температуры газообразных неагрессивных сред в промышленных, технологических и лабораторных установках и отображения измеренных значений на ж/к индикаторе.

Заключение

Влажность газов, жидкостей и твердых материалов – один из важных показателей в технологических процессах. Влажность газов, например, необходимо измерять в сушильных установках, при очистке газов, в газосборниках, при кондиционировании воздуха и т.д. Измерение содержания воды в нефти, спиртах, ацетоне проводят в процессах нефтепереработки и нефтехимии, в пульпах – в производстве серной кислоты и минеральных удобрений. Измерение влажности твердых сыпучих материалов занимает важное место в производстве красок, минеральных удобрений, строительных материалов; влажность волокнистых материалов определяет качество продукции при производстве бумаги и картона. В данной курсовой работе мною были рассмотрены методы и средства измерения влажности, приборы для измерения влажности, а также регуляторы влажности, позволяющие контролировать влажность в помещении на необходимом уровне.

Список использованной литературы

1 Богословский В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха). – Учебник для вузов., М., «Высшая школа», 1970. 370 с.

2 Коряков В.И., Запорожец А.С. Приборы в системах контроля влажности твердых веществ и их метрологические характеристики. // Практика приборостроения. – 2002. – №1. – С. 5–11.

3 Ивченко Ю.А., Федоров А.А. Чем измерить влажность? // Датчики и системы. – 2003. – №8. – С. 53 – 54.

4 Баркалов Б.В., Карпис Б.Е. Кондиционирование воздуха в промышленных, общественных и жилых зданиях. Стройиздат, – М., 1971.

Общие сведения

Для измерения влажности используются приборы, называемые гигрометрами.

Абсолютная влажность (точка насыщения)

Точка насыщения

Относительная влажность

ln psw = -6094,4692T-1 + 21,1249952 – 0,027245552 T + 0,000016853396T2 + 2,4575506 ln T

ln psi = -5504,4088T-1 – 3,5704628 – 0,017337458T + 0,0000065204209T2 + 6,1295027 ln T,

где psw и psi – давление насыщенного пара над плоской поверхностью воды и льда соответственно (Па);

Т – температура (К).

Методы и средства измерения влажности

Влажность и содержание молекул воды в веществах и материалах являются одним из наиболее важных характеристик состава. Уже указывалось, что влагу необходимо измерять в газах (концентрация паров воды), в смесях жидкостей (собственно содержание молекул воды) и в твердых телах в качестве кристаллизационной влаги, входящей в структуру кристаллов. Соответственно, набор методов и устройств для измерения содержания молекул воды в материалах оказывается весьма разнообразным.

Традиции измерительной техники, опирающиеся на повседневный опыт, привели к тому, что в измерениях влажности сложилась специфическая ситуация, когда в зависимости от влияния количества влаги нате или иные процессы необходимо знать либо абсолютное значение количества влаги в веществе, либо относительное значение, определяемое как процентное отношение реальной влажности вещества к максимально возможной в данных условиях. Если необходимо знать, например, изменение электрических или механических свойств вещества, в этом случае определяющим является абсолютное значение содержания влаги. То же самое относится к содержанию влаги в нефти, в продуктах питания и т.д. В том случае, когда необходимо определить скорость высыхания влажных объектов, комфортность среды обитания человека или метеорологическую обстановку, на первое место выступает отношение реальной влажности, например воздуха, к максимально возможной при данной температуре.

В связи с этим характеристики влажности, а также величины и единицы влажности подразделяются на характеристики влагосостояния и влагосодержания.

Влагосодержание – величины и единицы, выражающие реальное количество влаги в веществе. Основной характеристикой влагосодержания является абсолютная влажность, определяемая как количество влаги в единице объема:

(1)

К этому классу характеристик можно отнести парциальное давление водяных паров в газах, абсолютную концентрацию молекул воды для газа, близкого к идеальному, определяемую как:

(2)

где Т – абсолютная температура, n₀ – постоянная Лошмидта, равная числу молекул идеального газа в 1 см³ при нормальных условиях, т.е. при p₀= 760 Торр= 1015 Гпа и T₀ = 273,1б К. Часто используется такая характеристика абсолютной влажности как точка росы, т.е. температура, при которой данная абсолютная влажность газа становится 100%. Эта характеристика привнесена в гигрометрию метеорологам и, т. к. является наиболее характерной при определении момента выпадения росы и определения ее количества.

Влагосостояние – процентное соотношение, равное отношению абсолютной влажности к максимально возможной при данной температуре:

(3)

Относительная влажность может характеризоваться так называемым дефицитом парциального давления, равного отношению парциального давления влаги к максимально возможному при данной температуре. Очень редко в гигрометрических измерениях можно встретить дефицит точки росы.

Связь между температурой и максимально возможной абсолютной влажностью дается уравнением упругости насыщенных паров воды. Это уравнение имеет вид:

(4)

На практике чаще пользуются таблицей давления насыщенных паров над плоской поверхностью воды или льда при различных температурах. Эти данные приведены в табл. 1.

Таблица 1. Давление насыщенных паров над плоской поверхностью воды

t°c	Р_нк, мбар	А_нкг/м³	t°C	Р_нк, мбар	А_нкг/м³
0	6,108	4,582	31	44,927	33,704
1	6,566	4,926	32	47,551	35,672
2	7,055	5,293	33	50,307	37,740
3	7,575	5,683	34	53,200	39,910
4	8,159	6,120	35	56,236	42,188
5	8,719	6,541	36	59,422	44,576
6	9,347	7,012	37	62,762	47,083
7	10,013	7,511	38	66,264	49,710
8	10,722	8,043	39	69,934	52,464
9	11,474	8,608	40	73,777	55,347
10	12,272	9,206	41	77,802	58,366
t°c	Р_нк, мбар	А_нкг/м³	t°C	Р_нк, мбар	А_нкг/м³
11	13,119	9,842	42	82,015	61,527
12	14,017	10,515	43	86,423	64,839
13	14,969	11,229	44	91,034	68,293
14	15,977	11,986	45	95,855	71,909
15	17,044	12,786	46	100,89	75,686
16	18,173	13,633	47	106,16	79,640
17	19,367	14,529	48	111,66	83,766
18	20,630	15,476	49	117,40	87,772
19	21,964	16,477	50	123,40	92,573
20	23,373	17,534	51	129,65	97,262
21	24,861	18,650	52	136,17	102,153
22	26,430	19,827	53	142,98	107,268
23	28,086	21,070	54	150,07	112,581
24	29,831	22,379	55	157,46	118,125
25	31,671	23,759	56	165,16	123,900
26	33,608	25,212	57	173,18	129,917
27	35,649	26,743	58	181,53	136,009
28	37,796	28,354	59	190,22	142,700
29	40,055	30,048	60	199,26	149,482
30	42,430	31,830

На стандартных справочных данных, приведенных в табл. 1, основаны практически все пересчеты характеристик влажности. На их основе можно, например, по известной абсолютной влажности и температуре найти относительную влажность, точку росы и т.д., выразить практически любую характеристику влажности газов.

Среди приборов для измерения влажности наиболее массовыми являются приборы для определения содержания воды в газах – гигрометры. Для измерения влажности твердых и сыпучих тел чаще всего используются те же гигрометры, только процесс подготовки пробы к анализу включает в себя перевод влаги в газовую фазу, которая затем и анализируется. Существуют в принципе методы непосредственного измерения содержания влаги в жидкостях и в твердых телах, например, методом ядерного магнитного резонанса. Приборы, построенные на таком принципе, достаточно сложны, дороги и требуют высокой квалификации оператора.

Гигрометры как самостоятельные приборы являются одними из самых востребованных измерительных приборов, поскольку с давних времен в них нуждались метеорологи. По изменению влажности, также как по изменению давления и температуры, можно предсказывать погоду, можно контролировать комфортность жизнеобеспечения в помещениях, контролировать различного рода технологические процессы. Например, контроль влажности на электростанциях, на телефонных станциях, на полиграфическом производстве и т.д. и т.п. является определяющим в обеспечении нормального режима функционирования.

Востребованность гигрометров породила разработки и изготовление большого количества различных типов приборов. Большинство измерителей влажности представляют собой датчики влажности с индикатором либо аналогового сигнала, либо сигнала в цифровой форме. Поскольку индикаторами являются в большинстве своем либо механические устройства, либо электроизмерительные приборы, рассмотренные в предыдущих разделах, остановимся на датчиках влажности, определяющих почти все функциональные возможности гигрометров.

Датчики гигрометров можно классифицировать по принципу действия на следующие типы:

· волосяные датчики, в которых используется свойство волоса изменять длину при изменении влажности;

· емкостные датчики, в которых при изменении влажности изменяется электрическая емкость конденсатора с гигроскопичным диэлектриком;

· резистивные датчики, в которых изменяется сопротивление проводника, на поверхность которого нанесен гигроскопический слой;

· пьезосорбционные датчики, в которых влага, поглощенная гигроскопическим покрытием, изменяет собственную частоту колебаний пьезокристалла, на поверхность которого нанесен гигроскопичный слой;

· датчик температуры точки росы, в котором фиксируется температура, соответствующая переходу зеркального отражения металлической поверхностью в диффузное;

· оптический абсорбционный датчик, в котором регистрируется доля поглощенной энергии света в полосах поглощения парами воды электромагнитного излучения.

Наиболее древний, наиболее простой и наиболее дешевый датчик влажности представляет собой обычный волос, натянутый между двумя пружинами. Для измерения влажности используется свойство волоса изменять длину при изменении влажности. Несмотря на кажущуюся примитивность такого датчика и на то, что процесс, лежащий в основе измерения, не определяется законами физики и поэтому не поддается расчету, гигрометры с волосяными датчиками изготавливаются в большом количестве.

Емкостные датчики влажности в настоящее время по массовости использования конкурируют и даже превосходят волосяные, поскольку по простоте и дешевизне они не уступают волосяным. Измеряемой физической величиной является емкость конде

12 3 Следующая ⇒

Поделиться с друзьями:

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...

Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...

Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...