Измерение влажности газов.

В воздухе (газах) свободная вода может находиться в виде водяного пара (бесцветный прозрачный газ без запаха), тумана (жидкая фаза) или твердой фазы (кристаллы льда). Количество содержащейся в воздухе влаги характеризуется двумя величинами – относительной и абсолютной влажностью. Абсолютная влажность показывает количество водяного пара, содержащегося в единице объема воздуха [г/м ³ ]. Несмотря на свою наглядность, абсолютная влажность не дает представления о том, насколько влажен воздух. Насыщение газа парами воды не может быть сколь угодно большим, т.к. этому препятствует состояние насыщения – установление динамического равновесия между испаряющимися и конденсирующимися молекулами воды.

Количество водяного пара, который может содержаться в воздухе, зависит от температуры – чем выше температура, тем больше влаги может в нем находится. Поэтому для определения "сухости" воздуха, от которой зависит интенсивность испарения влаги с кожи человека, из деревянной мебели и т.п., используется относительная влажность – отношение парциального давления паров воды в воздухе к равновесному давлению насыщенных паров при данной температуре. (Эквивалентное определение – отношение массовой доли водяного пара в воздухе к максимально возможной).

Иногда влажность выражается температурой точки росы – температурой газа, при которой газ насыщается водяным паром при данном количестве воды.

СИ влажности называются влагомерами или гигрометрами и классифицируются в зависимости от используемого метода измерений.

Психрометрический гигрометр (психрометр). Принцип действия основан на зависимости от влажности разности температур сухого и увлажненного термометров. Испарение влаги с поверхности термометра сопровождается понижением его температуры. При этом степень понижения зависит от интенсивности испарения и, в конечном счете, от «сухости» окружающего воздуха:

где Р _м и Р _с – давление насыщенных паров при температурах мокрого и сухого термометров, А _φ – психрометрический коэффициент, Р – барометрическое давление, Т _м и Т _с – температуры мокрого и сухого термометров.

Преимущества – простота конструкции, достаточная точность, малая инерционность.

Недостатки – увеличение погрешности при понижении температуры воздуха, возможность применения при температурах выше 0 °С, зависимость показаний от скорости обдува мокрого термометра. С увеличением скорости увеличивается интенсивность испарения, но при V > 3м/с, остается практически постоянной. Поэтому часто предусматривают принудительный обдув.

Емкостные гигрометры. Действие основано на изменении диэлектрической проницаемости газа, находящегося между обкладками конденсатора, при изменении содержания в нем воды. Чувствительный элемент представляет собой диэлектрическую влагонепроницаемую подложку, на которую напыляются обкладки конденсатора.

Преимущества – малые габариты (2х3 мм) и инерционность, широкий диапазон изменения рабочих температур.

Недостатки – сложная схема прибора, малое значение емкости (несколько пФ), зависимость диэлектрической проницаемости воды от температуры. Для компенсации влияния по периметру ЧЭ напыляется платиновый термометр сопротивлений R _x (Т).

Волосяные гигрометры. Принцип действия основан на зависимости длины волоса от влажности: при изменении относительной влажности воздуха от 40 до 90% волос удлиняется на 2,5%. Погрешность – 5%. Быстродействие составляет несколько минут и зависит от влажности и температуры. Диапазон рабочих температур от минус 10 до +50 °С.

Гигрометры точки росы. Принцип действия основан на измерении температуры, при которой начинается конденсация влаги. Состоит из металлического зеркала, которое охлаждается элементом Пельтье, источника и приемника света, Управляемого Источника Питания, термопары и потенциометра.

При охлаждении зеркала наступает момент, когда на нем начинает конденсироваться влага из воздуха. Образующиеся на зеркале капли воды увеличивают рассеивание светового потока и, следовательно, уменьшают его часть, попадающую на фотоприемник. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению напряжения питания холодильника и увеличению температуры зеркала до тех пор, пока вода не испарится. Таким образом, температура зеркала стабилизируется около точки росы, которая измеряется потенциометром. Значение влажности индицируется в градусах.