Способы и приборы для определения параметров влажного воздуха

Одним из важнейших параметров влажного воздуха, позволяющим при известной температуре определить все остальные параметры, является относительная влажность . Существует несколько способов определения относительной влажности:

а) химический;

б) способ наблюдения точки росы;

в) способ волосяного гигрометра;

г) психрометрический.

Приборы, при помощи которых производят измерения первыми тремя способами, называются гигрометрами, а по четвёртому способу - психрометрами.

Химический способ заключается в следующем. При помощи аспиратора медленно отбирают некоторый объём воздуха, влажность которого измеряют. Перед входом в аспиратор воздух проходит через несколько U - образных трубок, заполненных веществом, активно поглощающим водяные пары. Таким веществом может быть хлористый кальций CaCl₂ или фосфорный ангидрид P₂O₅. По приросту массы трубок до и после опыта можно подсчитать по специальной методике количество водяных паров в I м³ воздуха, а следовательно и его относительную влажность.

Этот способ связан с достаточно большими техническими трудностями, а кроме того, необходимо знать начальную концентрацию водяных паров, что требует дополнительных измерений. Поэтому этот метод, как правило, не применяется.

Прежде чем перейти к рассмотрению способа наблюдения точки росы, необходимо выявить её физическую сущность. Температурой точки росы называется та температура, до которой нужно охладить ненасыщенный воздух, чтобы он стал насыщенным при сохранении постоянного влагосодержания. Графическая интерпретация этого понятия представлена на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Определение температуры точки росы с помощью диаграммы

Предположим, что параметры влажного воздуха определяются положением точки А на поле диаграммы. При этом температура воздуха соответствует изотерме , а его влагосодержание - . Если из точки А провести луч процесса по линии до пересечения с пограничной кривой и провести через точку пересечения изотерму , то она и будет соответствовать значению температуры точки росы для состояния влажного воздуха при данных условиях.

При известной температуре влажного воздуха и температуре точки росы на основании выражения (2.10) величина относительной влажности может быть определена

, % , (2.42)

где - парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре точки росы ; - парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре воздуха .

Численные значения и определяются по диаграмме как отрезки под линией парциального давления водяного пара в насыщенном состоянии при соответствующих температурах и .

Рис. 1.6. Волосяной гигрометр

Принцип действия волосяного гигрометра основан на свойстве человеческого волоса изменять свою длину в зависимости от относительной влажности воздуха. Общий вид волосяного гигрометра приведен на рис. 2.6.

Один конец волоса укреплён неподвижно в точке 1, а другой обёрнут вокруг валика 2 и натянут грузом 3. К валику прикреплена стрелка 4, которая перемещается по шкале делений относительной влажности 5. Предварительная градуировка шкалы производится для каждого прибора отдельно путём помещения его в среду, относительная влажность которой известна. Обычно такой прибор применяется в быту или производственных помещениях, не требующих высокой точности измерений параметров воздушной среды.

Прежде чем перейти к рассмотрению психрометрического способа

определения относительной влажности воздуха, необходимо установить физическую сущность понятия температуры мокрого термометра, которая имеет большое значение в технике вентиляции и кондиционирования воздуха.

Если ненасыщенный воздух приходит в соприкосновение с поверхностью тонкой плёнки воды, то в результате процессов тепло- и массообмена будет происходить как перенос теплоты, так и перенос влаги (массы вещества) в направлении более низкого потенциала. При температуре ненасыщенного воздуха выше температуры воды, а температуре воды - выше температуры точки росы, перенос теплоты будет происходить от воздуха к поверхности воды, а перенос влаги - от поверхности воды в воздух.

При этом температура воздуха понижается, а отдаваемая им явная теплота будет затрачиваться на частичное испарение влаги. Испарившаяся за счёт явной теплоты воздуха влага поступает обратно в воздух, в результате чего увеличивается его влагосодержание и парциальное давление водяных паров. Вследствие этого увеличивается и теплосодержание влажного воздуха практически до его первоначального уровня. Такие процессы называются адиабатическими, т.е. протекающими при постоянном теплосодержании. Изображение процесса в диаграмме приведено на рис. 2.7.

Рис. 2.7. Определение температуры мокрого термометра с помощьюдиаграммы

Предположим, что параметры влажного воздуха определяются положением точкиА на поле диаграммы. При этом температура воздуха соответствует изотерме (температура сухого термометра), а его влагосодержание -.Если из точки Апровести луч процесса по линии до пересечения с пограничной кривой и провести через точку пересечения изотерму ,то она и будет соответствовать значению температуры мокрого термометра для состояния влажного воздуха при данных условиях. При этом величина будет соответствовать влагосодержанию воздуха в насыщенном состоянии, а - температуре точки росы.

Таким образом, температурой мокрого термометра является такая температура, которую принимает насыщенный влажный воздух в процессе испарения при условии сохранения постоянного теплосодержания воздуха, равного начальному. Следует иметь в виду, что строгость этого соотношения справедлива только для температуры воздуха = 0 °С. Во всех остальных случаях равенство теплосодержаний не соблюдается, т. е. надиаграмме линии температур мокрого термометра не совпадают в полной мере с линиями постоянного теплосодержания. Но расхождение это невелико и в практических инженерных расчётах это обстоятельство можно не учитывать.

Разность температур между показаниями сухого и мокрого термометров называется психрометрической разностью.

По её величине можно однозначно судить о состоянии влажного воздуха. Чем меньше эта разность, тем воздух более насыщен влагой. При психометрическая разность , т. е. воздух находится в насыщенном состоянии ( = 100 %).

На основе принципа определения психрометрической разности разработаны приборы для определения величины относительной влажности воздуха - психрометры. Наиболее распространённая конструкция прибора представлена на рис. 2.8.

Рис. 2.8. Психрометр Рис. 2.9. Аспирационный

психрометр Асмана

Психрометр состоит из двух одинаковых термометров, закреплённых на общей рамке 1. Один из этих термометров 2 служит для измерения температуры воздуха и называется сухим термометром. Другой термометр 3 предназначен для измерения температуры воздуха по мокрому термометру. Ртутный резервуар этого термометра обёрнут батистовой тканью 4, непрерывно смачиваемой водой, находящейся в колбе 5. На основании измеренных величин и определяют относительную влажность с помощьюдиаграммы, специальных градуировочных таблиц или графиков.

Данная конструкция психрометра широко применяется для контроля воздушной среды в помещениях различного назначения, но обладает большой инерционностью и значительной погрешностью при измерении температур. При необходимости быстрого и более точного определения состояния воздуха используется психрометр Асмана, показанный на рис. 2.9.

Принцип его действия аналогичен, но сухой и мокрый термометры заключены в специальные металлические трубки, через которые принудительно продувается воздух с помощью вентилятора с механическим приводом, расположенного в верхней части прибора. При этом интенсивность процесса испарения влаги значительно увеличивается, что позволяет более точно определить температуру мокрого термометра, а металлические трубки защищают термометры от воздействия внешних излучателей.

Психрометры Асмана используются обычно при выполнении научных исследований состояния воздушной среды, наладке систем вентиляции и т.п. В качестве примера на рис. 2.10 приведена номограмма для определения величины относительной влажности по показаниям сухого 14 °С и мокрого 10 °С термометров.

Рис. 2.10. Номограмма для определения величины относительной

влажности воздуха

Из точки пересечения изотермы мокрого термометра (горизонтальная линия) с изотермой сухого термометра (наклонная линия) опускается перпендикуляр на шкалу относительной влажности, где и фиксируется её значение, равное в рассматриваемом примере