Измерение влажности воздуха

Измерение влажности воздуха производят на основе психрометрического эффекта, состоящего в том, что увлажненный термодатчик показывает более низкую температуру по сравнению с сухим, так как на испарение некоторого количества влаги с поверхности увлажненного термодатчика расходуется некоторое количество тепла, поглощаемого из воздуха.

Разность этих температур тем больше, чем ниже влажность воздуха

(12)

где A – коэффициент пропорциональности;

t_c, t_м – температуры соответственно по «сухому» и «мокрому» термометрам.

Если температура ненасыщенного воздуха будет выше температуры воды, а температура воды выше температуры точки росы (такая наинизшая температура, при которой водяной пар, находящийся в воздухе, конденсируется), то перенос тепла будет происходить от воздуха к поверхности воды, а перенос влаги - от поверхности воды в воздух, поскольку парциальное давление водяных паров на поверхности воды будет больше, чем в окружающем воздухе.

Вследствие происходящего теплообмена температура воздуха будет понижаться до температуры насыщения, а испарившаяся влага за счет тепла воздуха будет увлажнять этот воздух, повышая парциальное давление его водяных паров до р_п.

Следует отметить тот факт, что при этом энтальпия воздуха почти не изменяется, так как отданное воде тепло возвращается обратно в воздух в открытом виде вместе с испаренной влагой.

Такие процессы испарения принято условно называть адиабатическими, а на Hd-диаграмме такие изменения состояния воздуха располагаются на линии h = const.

Рисунок 3 – Hd-диаграмма для влажного воздуха

 

Таким образом, теоретической температурой «мокрого» термометра (t_м) называется такая температура, которую принимает насыщенный влажный воздух в процессе испарения при условии сохранения постоянства энтальпии воздуха.

Действительная температура, показываемая «мокрым» термометром, получается всегда выше теоретической температуры «мокрого» термометра по следующим причинам:

1) передачи тепла от окружающего воздуха через пограничный слой, прилегающий к шарику термометра;

2) радиации от окружающих предметов, имеющих температуру, более высокую, чем t_м;

3) передачи тепла через выступающий столбик термометрической жидкости, который имеет температуру «сухого термометра» (t_c).

Ошибку в показаниях t_м в современных конструкциях психрометров можно значительно уменьшить за счет таких мероприятий, как:

1) увеличение скорости воздуха, омывающего шарик термометра;

2) защита резервуара «мокрого» термометра от радиации.

Зная показания «сухого» и «мокрого» термометров можно определить величину относительной влажности воздуха φ. (таблица 1)

Если влажный воздух охлаждать, то в зависимости от содержания в нем водяного пара при достижении определенной температуры начинается конденсация водяного пара и выпадение влаги.

Парциальное давление водяного пара обычно называется упругостью е. Упругость, как и барометрическое давление, измеряется в Па или мм.рт.ст.

При постоянной температуре и давлении воздуха и изменяющейся влажности упругость водяного пара может варьироваться. Увеличение упругости ограничено определенным пределом, соответствующим максимально возможному насыщению воздуха водяным паром. В этом случае упругость называется максимальной Е.

 

Тогда

(13)   Таблица 1– Психометрическая таблица гигрометра ВИТ-2

 

4 ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

 

Влажность воздуха определяется с помощью гигрометра психрометрического ВИТ-2 (рисунок 4), который предназначен для определения относительной влажности и температуры воздуха.

 

Гигрометр психрометрический ВИТ-2 применяется для измерения температуры и относительной влажности воздуха во внутренних помещениях: на складах, в торговых залах, в материальных комнатах, в архивах, в офисных, производственных, жилых и прочих отапливаемых в зимний период помещениях. В приборе используется дистиллированная вода, поэтому температура внутри помещения, в котором размещен гигрометр, не может быть ниже 0°С. Минимальная температурный для измерения влажности +20°С; максимальная температура +40°С.

Конструкция
Гигрометр психрометрический (психрометр) ВИТ-2 состоит из пластмассового основания, на котором закреплены температурная шкала с двумя капиллярами, один из которых увлажняется фитилем из ткани, опущенным в питатель с водой, и таблица для определения относительной влажности. Питатель закреплен с внутренней стороны основания. Шкальная пластина и таблица — металлические.

В гигрометре психрометрическом ВИТ-2 для измерения влажности воздуха применяется психрометрический метод измерения. Определение влажности этим методом осуществляется по показанию двух термометров с ценой деления 0,2°С. Резервуар одного из термометров плотно обертывается кусочком тонкой ткани (или тканевого шнура-фитиля), конец которой опускается в стеклянный питатель с дистиллированной. С поверхности резервуара смоченного термометра происходит испарение влаги, на которое затрачивается тепло. Сухой термометр показывает температуру воздуха, а смоченный — свою собственную температуру, зависящую от интенсивности испарения воды с поверхности резервуара. Чем больше дефицит влажности, тем интенсивнее будет происходить испарение и, следовательно, тем ниже будут показания смоченного термометра.
Для удобства определения влажности воздуха по разности показаний двух термометров составлена психрометрическая таблица 1.

Наблюдения по психрометру и отсчеты по термометрам должны проводиться как можно быстрее, так как длительное присутствие наблюдателя вблизи термометров может исказить их показания.

 

5 МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

За четыре минуты до начала работы смачивают батист на резервуаре «мокрого» термометра. После этого заводится механизм аспиратора. Через последующие четыре минуты производят отсчеты по термометрам психрометра с точностью до 0,2 °С. Замеры воздуха психрометром ВИТ-2 следует произвести три раза через минуту, затем определяется среднее значение температур. Давление влажного воздуха (барометрическое) измеряется барометром. Все данные измерений заносятся в журнал наблюдений.

Журнал наблюдений

Номер опыта	Температура, ºС	Барометрическое давление, Па
По «сухому» термометру	По «мокрому» термометру
			103,5
			103,5
			103,5
Среднее значение			103,5

 

Рисунок 4 –Гигрометр-психрометрический ВИТ-2.

 

6 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

 

6.1 Относительная влажность φ определяется по средним температурам и с помощью таблицы 1.

6.2 Парциальное давление водяного пара в состоянии насыщения (максимальная упругость Е) определяется по таблице насыщенного пара (приложение) при температуре влажного воздуха, показываемой «сухим» термометром.

6.3 Действительное парциальное давление водяного пара, Па:

6.4 Парциальное давление сухого воздуха, Па:

6.5 Температуру точки росы t_p находят, пользуясь той же таблицей максимальной упругости водяного пара (приложение), считая действительную упругость водяного пара для данных условий максимальной.

6.6 Влагосодержание, кг/кг сухого воздуха:

6.7 Плотность сухого воздуха, кг/м³:

6.8 Плотность водяного пара (абсолютная влажность), кг/м³:

6.9 Плотность влажного воздуха, кг/м³:

6.10 Удельный объем влажного воздуха, м³/кг:

6.11 Газовая постоянная влажного воздуха, кДж/(кг∙град):

6.12 Энтальпия влажного воздуха, кДж/кг:

6.13 Масса влажного воздуха в лаборатории при данных параметрах, кг:

где V – объем помещения лаборатории, V≈100 м³.

6.14 Масса водяных паров, содержащихся во влажном воздухе в лаборатории, кг:

6.15 Определить относительную влажность φ, влагосодержание d, температуру точки росы t_p, парциальное давление пара р_п, энтальпию влажного воздуха по Hd-диаграмме влажного воздуха.

6.16 Сопоставить параметры влажного воздуха, найденные по Hd- диаграмме, с вычисленными значениями по формулам пунктов 6.1...6.14.

 

7 ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1 Что называется сухим и влажным воздухом?

2 Что называется температурой точки росы?

3 Каково назначение Hd-диаграммы?

4 Объясните, что понимается под абсолютной и относительной влажностью

5 Как изменяются абсолютная и относительная влажности при повышении температуры в процессе при постоянном давлении?

6 Что называется влагосодержанием?

7 Из каких частей складывается энтальпия влажного воздуха?

8 Расскажите, как построена Hd-диаграмма

9 Объясните, как определяется относительная влажность и температура точки росы по Hd-диаграмме

10 Расскажите, как изображаются процессы нагревания, охлаждения на Hd-диаграмме

11 На каком принципе основано измерение влажности воздуха?

12 Расскажите про устройство и принцип работы психрометрического гигрометра ВИТ-2.

13 Что называется теоретической температурой «мокрого» термометра? Почему действительная температура, показываемая «мокрым» термометром, всегда выше теоретической?

14 Как можно уменьшить ошибку в показаниях «мокрого» термометра?

15 Каков практический интерес в определении температуры точки росы?

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

Значение максимальной упругости водяного пара для различных температур, Па

°С	0,0	+0,1	+0,2	+0,3	+0,4	+0,5	+0,6	+0,7	+0,8	+0,9
	4242,30	4267,63	4291,63	4316,96	4340,96	4366,29	4390,29	4415,62	4440,95	4466,28
	4004,90	4028,90	4051,65	4075,65	4099,65	4122,31	4146,31	4170,31	4194,31	4214,30
	3773,67	3801,01	3823,67	3846,33	3869,00	3890,33	3913,00	3936,99	3959,66	3982,32
	3565,03	3586,36	3607,69	3627,63	3649,02	3671,68	3693,01	3714,35	3735,68	3758,34
	3374,37	3381,06	3401,04	3421,04	3441,04	3461,04	3482,37	3502,36	3527,70	3543,69
	3167,73	3186,39	3205,06	3223,72	3242,72	3262,38	3282,38	3301,05	3321,05	3341,04
	2983,74	3001,07	3019,74	3038,40	3055,74	3074,40	3093,07	3111,73	3130,40	3149,06
	2809,09	2826,42	2842,42	2859,75	2877,08	2894,42	2913,08	2929,08	2947,74	2965,08
	2643,77	2659,77	2675,77	2691,77	2709,10	2725,1	2742,43	2758,43	2775,76	2791,76
	2486,45	2502,45	2517,11	2533,11	2547,78	2563,78	2579,78	2595,77	2611,77	2627,77
	2338,46	2351,8	2366,46	2381,13	2395,79	2411,79	2426,46	2441,12	2455,79	2471,78
	2197,14	2210,47	2225,14	2238,47	2251,80	2266,47	2281,13	2294,47	2309,13	2323,80
	2063,82	2077,15	2089,15	2102,48	2115,82	2129,15	2142,48	2155,81	2169,14	2182,48
	1937,16	1949,16	1962,43	1974,49	1986,49	1999,88	2011,82	2025,16	2037,16	2050,49
	1817,77	1829,18	1841,17	1853,17	1865,17	1877,17	1889,17	1901,17	1913,17	1925,16
	1705,18	1715,85	1726,51	1738,51	1749,18	1761,18	1771,84	1783,84	1794,51	1806,51
	1598,53	1609,19	1618,52	1629,19	1639,86	1650,52	1661,19	1671,85	1682,52	1694,52
	1497,20	1507,87	1517,20	1526,53	1537,20	1546,53	1557,20	1567,86	1577,19	1587,86
	1402,54	1411,87	1421,21	1430,54	1439,87	1449,21	1458,54	1467,87	1473,54	1487,87
	1311,88	1321,22	1330,55	1338,55	1347,88	1357,71	1365,21	1374,54	1383,88	1387,88
	1227,89	1235,89	1243,89	1253,22	1261,22	1269,22	1278,55	1286,55	1294,55	1303,88
	1147,90	1155,90	1163,90	1171,90	1179,90	1187,90	1195,90	1203,83	1211,89	1219,89
	1073,24	1079,90	1087,90	1094,57	1102,57	1109,23	1117,23	1125,23	1131,90	1139,90
	1001,24	1009,24	1015,91	1022,57	1029,24	1037,24	1043,91	1050,57	1058,58	1065,24
	934,58	941,25	947,91	954,58	961,25	967,91	974,58	981,24	987,91	994,58
	871,92	878,59	885,23	890,59	897,25	903,92	909,25	915,90	922,58	929,25
	813,26	818,59	825,26	830,59	835,92	842,59	847,92	854,59	859,92	866,59
	758,60	763,93	769,26	778,60	781,27	785,26	790,59	795,98	802,59	807,93
	705,27	710,60	715,93	721,27	726,60	731,93	737,27	742,60	747,93	753,26
	657,27	661,27	666,61	670,60	675,94	681,27	685,27	690,60	695,94	701,27
	610,61	614,61	619,94	623,94	629,94	633,27	638,61	642,61	647,94	651,94

 

 

Список литературы

 

1 Лариков Н.Н. Общая теплотехника. - М.: Стройиздат, 1975. - 446 с.

2 Арнольд Л.В., Михайловский Г.А., Селиверстов В.М. Техническая термодинамика и теплопередача. - М.: Высшая школа, 1979. - 445 с.

 

Содержание
Общие требования, обязательные при выполнении лабораторных работ
1 Цель работы
2 Приборы и принадлежности
3 Теоретические основы
4 Описание лабораторной установки
5 Методика выполнения работы
6 Обработка результатов эксперимента
7 Вопросы для самопроверки
Приложение. Значение максимальной упругости водяного пара для различных температур, Па
Литература

 

12	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: