 |
Измерение влажности воздуха
|
|
|
|
На станциях используются два метода измерения влажности воздуха: психрометрический метод в теплый период года и гигрометрический – в холодный.
Основным методом для определения влажности воздуха является психрометрический метод (психрос – холодный) основанный на измерении температуры воздуха и температуры смоченного водой термометра – температуры динамического равновесия между затратами тепла на испарение со смоченной поверхности и притоком тепла к термометру от окружающей среды.
Испарение и понижение температуры будут тем больше, чем больше дефицит насыщения пара при прочих равных условиях. Парциальное давление пара можно получить решением уравнения Дальтона в виде:
е = Е' - Ар (t - t') • (1 + 0,00115 • t'), гПа (13)
где Е' - парциальное давление водяного пара, насыщающего пространство, при температуре смоченного термометра t'; р - атмосферное давление, гПа;
t и t' - соответственно температура сухого и смоченного термометров, °С; (1 + 0,00115 • t') - учитывает зависимость теплоты испарения от температуры; А - психрометрический коэффициент, учитывающий скорость движения воздуха.
Для станционного психрометра А = 0,0008, а для аспирационного – А = 0,00066;
На практике е, Е' относительная и абсолютная влажность воздуха определяются по специальным психрометрическим таблицам.
Психрометрические таблицы содержат 7 таблиц. Основной является таблица 2, рассчитанная по психрометрической формуле (13). Она состоит из колонок для определения температур (t) через 0,1°С. Колонка состоит из пяти столбцов чисел. Первый столбец – значения температур смоченного термометра (t'), остальные – вычисленные для «воды» или «льда» значения td, e, f, d. Таблица рассчитана для давления атмосферы Р=1000 гПа, поправки (Δе) к значениям парциального давления (е) на истинное давление атмосферы приведены в таблицах 3а, 3б, 3в (для станционного психрометра) и 4а, 4б, 4в (для аспирационного психрометра): если P < 1000, то +Δe, а если P > 1000, то –Δe.
|
|
|
Приборы, которые измеряют влажность психрометрическим методом, называются психрометрами.
Станционный психрометр ( рис. 24)состоит из двух одинаковых ртутных психрометрических термометров ТМ-4, укрепленных в вертикальном положении на штативе в жалюзийной будке. Левый термометр служит для измерения температуры воздуха. Резервуар правого термометра обвернут в один слой батистом, конец которого опущен в стаканчик с дистиллированной водой. Батист, впитывая воду, непрерывно смачивает резервуар правого термометра. По этой причине правый термометр называется смоченным. Для измерения влажности воздуха психрометр используется главным образом при положительной температуре.
| 2 – 3см от края стакана |
| 3 – 5 мм зимой |
| 5 – 6 см летом |
Рис. 24 Психрометр станционный. Подвязка батиста на термометр:
а – при положительной температуре, б – при отрицательной температуре
При положительной температуре, при подвязывании батиста его края на резервуаре не должны заходить друг на друга более чем на ¼ окружности резервуара. Нитку под шариком термометра затягивают не слишком туго, чтобы не нарушать тягу воды батистом. Стаканчик должен быть ниже резервуара смоченного термометра на 2-3 см, чтобы края стаканчика не мешали свободному обмену воздуха.
При отрицательной температуре до -10°С следующий порядок наблюдений:
· Стакан с водой находится в помещении.
· Конец батист а обрезается непосредственно под шариком термометра на 3-5 мм ниже резервуара, а обвязка батиста под резервуаром смоченного термометра плотно затягивается.
· За полчаса до наблюдений, резервуар смоченного термометра, обернутый батистом, погружают в стаканчик с водой комнатной температуры и держат его, пока температура смоченного термометра повысится до +2° ÷ +3°С. После этого, стаканчик убирают и снимают каплю воды с конца батиста.
|
|
|
· Через полчаса делается отсчет.
· При этом важно отметить состояние воды на батисте: покрыт ли он переохлажденной водой или корочкой льда.
· Для определения фазы воды на батисте необходимо кончиком карандаша коснуться батиста и наблюдать за показанием смоченного термометра; если температура не изменилась – на батисте - лед, повысилась – вода.
· Показания смоченного термометра отсчитывают вслед за отсчетом температуры воздуха по сухому термометру.
Аспирационный психрометр (рис. 25) очень удобен для измерения влажности воздуха в полевых условиях и среди растений.
| Рис. 25. Аспирационный психрометр. 1- сухой термометр; 2 - смоченный термометр; 3 – трубка с тройником; 4 - планочная защита; 5, 6 - защитные трубки; 7 - аспиратор; 8 - заводной ключ; 9, 10 - пластмассовые втулки; 10 - батист; 11, 12- внутренние трубки; 13 – крюк; 14 - резиновая груша; 16 - зажим; 18 - ветровая защита. По принципу действия он аналогичен станционному психрометру. |
Аспирационный психрометр состоит из двух одинаковых ртутных термометра 1, 2, укрепленных в металлической оправе, состоящей из трубки с тройником 3 и планочных защит 4. Верхний конец трубки 3 соединен с головкой аспиратора 7. Головка состоит из пружинного механизма и вентилятора, создающего ток воздуха через трубки 3 и 11, 12 около резервуаров термометров. Пружина заводного механизма заводится ключом 8. В результате работы аспиратора вокруг резервуаров термометров создается постоянный ток воздуха со скоростью 2 м/с. Для исключения влияния ветра (более 4 м/с) на аспиратор надевают с наветренной стороны ветровую защиту 18.
Резервуар правого термометра 2 являющимся смоченным обернут батистом 10, коротко срезанным под резервуаром. Все металлические поверхности никелированы, что обеспечивает отражение падающих на них солнечных лучей, исключая нагрев корпуса.
Для смачивания батиста пользуются резиновой грушей со стеклянной пипеткой и зажимом 15, 16. После этого заводят пружинный механизм аспиратора и устанавливают психрометр на место с помощью специального крюка 15 так, чтобы резервуары термометров находились на высоте 2-х метров над поверхностью земли. По истечении 4-5 мин берут отсчёты по сухому и смоченному термометрам, сначала десятые доли, а затем целые градусы. Зимой психрометр устанавливают за 30 мин, а летом за 15 мин до начала измерений.
|
|
|
Дополнительным методом определения влажности воздуха является сорбционный метод или гигрометрический метод (гигро – влажный), основанный на изменении длины чувствительного элемента (обезжиренный человеческий волос и различные органические пленки) при изменении влажности.
ВОЛОСНОЙ ГИГРОМЕТР.
Волосной гигрометр (рис. 26) применяется для определения относительной влажности воздуха. При температуре воздуха ниже —10°С он является основным прибором для наблюдений за влажностью воздуха.
Рис. 26. Волосной гигрометр.
Устройство. Приемной частью гигрометра служит обезжиренный человеческий волос 1, натянутый на металлическую раму 2. Один конец его закреплен в нижней части регулировочного винта 3, другой — в отверстии металлической дужки 5, насаженной на стержень 6, зажатый винтом 9. Стержень 6 и стрелка 8 укреплены на одной оси 11. Поэтому изменение длины волоса в результате изменения влажности воздуха вызывает поворот, стрелки вокруг оси и смещение ее свободного конца по шкале 10 с делениями от 0 до 100%. Цена деления равна 1% относительной влажности. Волос поддерживается в натянутом состоянии грузиком 7, которым заканчивается стержень 6.
Волосной гигрометр устанавливают в психрометрической будке между сухим и смоченным термометрами.
Волосной гигрометр — относительный прибор. Поэтому в его показания вводят поправку, которую получают путем сравнения показаний гигрометра с показаниями психрометра.
Для определения поправки строят график по ежедневным отсчетам психрометра и волосного гигрометра в течение одного месяца до наступления морозов: по оси абсцисс откладывают относительную влажность по гигрометру, по оси ординат — относительную влажность по психрометру (рис. 27).
|
|
|
Рис. 27. График для сравнения гигрометра и психрометра.
Если наблюдения и состояние гигрометра были удовлетворительными, то все точки, соответствующие влажности воздуха по психрометру и гигрометру, располагаются узкой полосой, идущей под углом, близким к 45° к осям координат, через которые проводят плавную линию зависимости. Исправленные значения влажности воздуха находят по графику, пользуясь линией зависимости, или по таблице, составленной на основании данных, снятых с графика (такая таблица дана с правой стороны рис. 27). Показания гигрометра в этой таблице даны в левой графе (десятки) и верхней горизонтальной строке (единицы). Исправленное значение влажности воздуха определяется на пересечении десятков и единиц влажности воздуха по гигрометру. Допустим, отсчет по гигрометру составляет 75%. Исправленное значение относительной влажности воздуха (по таблице) будет 73%.
Гигрограф (рис. 28) применяется для непрерывной регистрации относительной влажности воздуха. Гигрографы изготавливаются двух видов: волосные (чувствительный элемент – человеческий волос) и пленочные (чувствительный элемент – органическая пленка). Гигрографы могут быть с суточным и недельным заводом.
Приемником волосного гигрографа является пучок обезжиренных волос (30-40 штук), натянутых между стойками (3). Укорачивание или удлинение этого пучка передается стрелке (6) с пером на конце, которое чертит на ленте, навернутой на барабан с часовым механизмом (1), кривую относительной влажности воздуха.
| Рис. 28. Гигрограф: 1 - барабан, 2 - зажимная пружина, 3 - пучок волос, 4 – криволинейный рычаг, 5 - грузик, 6 – стрелка с пером |
Гигрограф является относительным прибором, поэтому его показания необходимо сравнивать с показаниями психрометра. Для этого во время отсчета по психрометру делают засечки времени на ленте гигрографа легким подъемом пера.
Обработка ленты производится графическим методом по отсчетам гигрографа и данным психрометра, аналогично тому, как это делается для определения поправок волосного гигрометра.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
|
|
|
