Et mye brukt instrument for å måle fuktigheten i luft (og andre gasser) er et kondenshygrometer. Dens operasjonsprinsipp er å måle temperaturen, k alt duggpunktet, der kondensering av fuktighet fra luften begynner.
Hva er luftfuktighet
Et hygrometer måler fuktighetsinnholdet i luften, som kan representeres som en absolutt eller relativ verdi. Den første av dem gir ganske enkelt massen av vanndamp i 1 kubikkmeter. m luft ved en gitt temperatur. Men den andre viser hvor nær vanndampen i luften er en tilstand av metning, dvs. dynamisk likevekt med væskefasen - når det verken er fordampning eller kondens. Det er lik forholdet mellom den målte absolutte fuktigheten i luften og dens absolutte fuktighet i metningstilstand. Når vanndampen i luften er mettet (igjen, ved en gitt temperatur), er den relative fuktigheten til den luften 100 %. I luft med umettet vanndamp er den derfor mindre.
Slik fungerer et kondenshygrometer
Prinsippet for bruk av enhver enhet for å bestemme luftfuktigheten er som regel å måle en annen størrelse, som temperatur, trykk, masse eller mekaniske og elektriske endringer i et stoff som absorberer fuktighet. Ved passende kalibrering og beregning kan disse målte verdiene føre til bestemmelse av absolutt eller relativ fuktighet. En veldig viktig rolle i denne prosessen spilles av temperaturen der dampmetning oppstår, k alt duggpunktet. Som regel måler moderne elektroniske enheter for å bestemme luftfuktighet denne temperaturen eller endringer i den elektriske kapasitansen eller motstanden til ulike absorberende stoffer, som deretter omdannes (automatisk) til fuktighetsindikatorer.
Kondenshygrometerenhet
Hans arbeid er basert nettopp på måling av vanndamp i luften ved hjelp av duggpunktmetoden. Denne metoden innebærer avkjøling av en overflate, typisk et metallspeil, til en temperatur der vannet på overflaten av speilet er i likevekt med damptrykket til vannet i prøvegassen over overflaten. Ved denne temperaturen øker verken vannmassen på overflaten av speilet (hvis overflaten er for kald) eller avtar (hvis overflaten er for varm), dvs. dampen over speilet er i dynamisk likevekt med vannkondensatet på speilet (dampen er mettet).
Dette speilet er laget av et materiale med god varmeledningsevne (som sølv eller kobber) ogbelagt med et inert metall som iridium, rubidium, nikkel eller gull for å forhindre anløpning og oksidasjon. Speilet kjøles av en termoelektrisk kjøler (Peltier-effekt) inntil det dannes kondensat. En lysstråle, vanligvis fra en lysemitterende diode med bredbånd i fast tilstand, rettes mot en speiloverflate, og en fotodetektor overvåker det reflekterte lyset, hvis strømning er maksimal når det ikke er kondens på speilet.
Barnespeilhygrometerdriftsmetode
Når det dannes duggdråper på speiloverflaten, blir det reflekterte lyset spredt. I dette tilfellet avtar fluksen som kommer inn i fotodetektoren, noe som fører til en endring i utgangssignalet til sistnevnte. Dette styres igjen av et analogt eller digit alt termoelektrisk kjølekontrollsystem som opprettholder en stabil speiltemperatur ved duggpunktet. Med et riktig utformet system holdes speilet på en temperatur der kondensasjonshastigheten er nøyaktig lik fordampningshastigheten til dugglaget. Et nøyaktig miniatyr platina motstandstermometer (PRT) montert i speilet måler temperaturen på det punktet, som automatisk konverteres til en fuktighetsmåling.
Hygrometeret for måling av luftfuktighet av den aktuelle designen inkluderer også en vakuumpumpe for å pumpe inn den analyserte delen av gassen, og ekstra filtreringselementer under skitne forhold.
Fordeler med de vurderte hygrometrene
Slike instrumenter, basert på et enkelt operasjonsprinsipp, med et bredt måleområde, høy nøyaktighet og stabile avlesninger, er mye brukt i industri og vitenskapelig forskning. Et typisk duggpunktshygrometer kan, i motsetning til mange andre fuktighetssensorer, gjøres veldig stabilt, praktisk t alt slitesterkt, noe som minimerer behovet for rekalibrering. Duggpunktfuktighetshygrometeret er i stand til å måle duggpunkt i temperaturområdet fra 100 °C til minimum -70 °C. I dette tilfellet er målenøyaktigheten tideler av en grad.
Mange hygrometre av den betraktede utformingen er utstyrt med mikroprosessorkontroll og, i kombinasjon med en resistiv temperatursensor, kan de beregne og vise på en ekstern indikator eventuelle ønskede fuktighetsparametere i tillegg til eller i stedet for duggpunktet. I tillegg tillater disse enhetene overføring av resultater ved hjelp av trådløs teknologi. Naturligvis er slike enheter mye brukt som en del av ulike industrielle systemer for automatisert datainnsamling og kontroll av relevante tekniske prosesser.
Hvor mye ville et slikt hygrometer koste? Prisen bestemmes selvfølgelig hovedsakelig av settet med implementerte funksjoner, avhengig av tilgjengeligheten og kompleksiteten til det elektroniske kontrollsystemet til enheten. Så et stasjonært kondenshygrometer som ser ut som et digit alt oscilloskop koster minst $4000. Spesielt "avanserte" modeller kan koste mer enn $10 000. På markedetDu kan også finne et fullt funksjonelt bærbart hygrometer. Prisen er fra 1 til 2 tusen dollar.
Ulemper med kondenshygrometre
Mens det vurderte systemet med hygrometre anses som det mest effektive i måleprosessen, er dets ulempe den uunngåelige forurensning av delene av målebanen under drift.
Hygrometre utstyrt med kjølte speil har en tendens til å øke unøyaktighetene i målingene på grunn av tilstedeværelsen av løselige og uløselige forurensninger avsatt på speilet. Uløselige partikler påvirker de optiske egenskapene til speilet. Moderat støv eller utseende av uløselige partikler på speilet gir konsentrasjonssentre der dugg eller frost kan dannes, og dermed øker enhetens responstid. Løselige urenheter påvirker mengden damptrykk fra kondensert fuktighet på speilet, noe som forskyver duggpunktet. Moderne hygrometre (i det minste de mer sofistikerte modellene deres) inkluderer "selvtest"-funksjoner som lar enheten oppdage og reagere på forurensning ved å foreta passende justeringer av algoritmene for fuktighetsberegning.
Uavhengig av disse egenskapene, må praktisk t alt alle aktuelle hygrometre kontrolleres og rengjøres med jevne mellomrom.
Vedlikehold av kjølespeilhygrometre
Hva anbefaler bruksanvisningen til brukeren av enheten i denne forstand. Et hygrometer som er følsomt for skitt må værerengjøres med jevne mellomrom for å sikre stabiliteten til måleresultatene, selv om dette kan øke kostnadene for vedlikeholdet. Inspeksjon av instrumentets speil utføres vanligvis ved hjelp av det innebygde mikroskopet, og vedlikeholdet utføres manuelt etter åpning av målerommet.
Hvis rengjøringen av speiloverflaten utføres med den frekvensen som kreves i bruksanvisningen, er det på denne måten mulig å opprettholde målenøyaktigheten. Praktisk tilgang til speiloverflaten for rengjøring er vanligvis gitt av et hengsel mellom de optiske komponentene og speilet. Du kan nå finne ethvert kondenshygrometer som forbrukeren trenger på markedet. Bildet nedenfor viser et eksempel på utførelse.
Bruk av hygrometre i metrologi
Et riktig utformet og vedlikeholdt hygrometer med kjølt speil gir fuktighetsmålinger med størrelsesordener større nøyaktighet enn andre populære fuktmålere. Dens iboende målenøyaktighet, spesielt når den er utstyrt med et platina-motstandstermometer for temperaturmåling, et speil og et middels kraftig mikroskop for speilovervåking, gjør den ideell for metrologiske målinger. Mulighetene for å overføre informasjon via trådløse digitale kommunikasjonskanaler åpner for store muligheter for bruk av slike hygrometre i globale systemer for innsamling og behandling av meteorologisk informasjon.
Bruk i fabrikklaboratorier og forurensede miljøer
Denne luftfuktighetsmåleren er ideell for å måle dens absolutte verdi i fabrikkens klimalaboratorier. De brukes ofte som referanser for å kontrollere nøyaktigheten til andre instrumenter, for eksempel sensorer for relativ fuktighet som brukes til å kontrollere miljøtestkamre.
Stabiliteten til materialene som brukes i konstruksjonen av disse hygrometrene, samt muligheten til å rengjøre dem gjentatte ganger, gjør instrumentene egnet for svært lang levetid i miljøer med de fleste forurensninger uten tap av kalibrering. Denne ytelsesstabiliteten gjør dem egnet for bruk i gassstrømmer der høye nivåer av forurensninger i gassprøver er irreversibelt skadelig for mindre stabile typer fuktighetssensorer. For eksempel er denne typen hygrometer mye brukt til å kontrollere duggpunktet under varmeherding av overflatene til metallprodukter i et luftmiljø med spesielle urenheter. I slike tilfeller er det spesielt ønskelig å gi enkel tilgang til speilet for rengjøring.
Fuktfølsom produksjon
Spesialiserte emballasjeprosesser som kreves ved produksjon av legemidler, filmer, belegg og andre produkter overvåkes ofte av kjølte speilhygrometre. Igjen er deres valg i dette tilfellet påvirket av stabiliteten til målenøyaktighet og lang levetid. Dessuten, siden disse prosessene har en tendens til å være mindre følsomme forinstrumentkostnader, er ikke den høye kostnaden for disse hygrometrene en avgjørende faktor ved valg av fuktighetsovervåkingsskjema.
Høytemperaturgasser og deres duggpunkter
Denne typen hygrometer velges ofte for å måle duggpunkttemperaturer over omgivelsestemperatur. Avkjølte speilinstrumenter ble brukt så tidlig som i 1966 for å overvåke Apollo rakettbrenselceller som opererer ved 250°C og 700 psi. Med dagens termoelektriske speilkjølingsteknologier kan duggpunkter opp til 100 °C (og høyere, forutsatt trykk over atmosfæretrykk) enkelt måles. I slike tilfeller må alle overflater på hygrometerets målekammer som er i kontakt med gassprøven ha en temperatur over høyeste forventede duggpunkt, ellers vil det oppstå kondens på disse flatene og målingen blir feil.
I hygrometre designet for å måle duggpunktet for høytemperaturgasser, er det vanlig praksis å bruke termostatstyrte elektriske varmeovner for å holde veggene i målekammeret over de høyeste forventede duggpunktene. Solid-state optiske komponenter som LED og detektorer opprettholdes på sin nominelle driftstemperatur (vanligvis 85°C) for å forhindre nedbrytning og skade på hygrometeret. Dette kan oppnås ved å termisk isolere disse komponentene fra det oppvarmede målekammeret.
