II. Психрометрический метод

Психрометрический метод определения влажности воздуха ос­нован на имеющейся зависимости между скоростью испарения воды и влажностью окружающего воздуха. Практическое осуществле­ние данного метода заключается в следующем.

Берется обычный термометр, резервуар которого обертыва­ется кусочком батиста. Батист смачивается водой. Благодаря хорошей гигроскопичности батиста вся его поверхность стано­вится увлажненной. Этим достигается то, что с поверхности ре­зервуара термометра будет происходить непрерывное испарение воды.

Испарение воды вызывает охлаждение резервуара термометра, температура которого в условиях установившегося теплообмена с окружающей средой будет сохраняться постоянной. Подсчитаем приход и расход тепла для резервуара термометра.

По формулe Дальтона масса М воды, испаряющейся в течение 1 секунды с поверхности резервуара термометра, будет равна

, (5)

где S - площадь испаряющей поверхности, Р¢_H - упругость на­сыщающего водяного пара при температуре испаряющейся жидкости (т.е. температуре t₁ ),P - упругость водяного пара, содержа­щегося в воздухе, Н - величина атмосферного давления, К - ко­эффициент пропорциональности, величина которого зависит от скорости движения воздуха вблизи резервуара термометра.

Отсюда видно, что количество тепла Q₁, теряемого резер­вуаром термометра за единицу времени, будет равно

, (6)

где l - удельная теплота испарения воды.

С другой стороны, благодаря возникшей разности температур между резервуаром термометра и окружающей его средой, к резер­вуару термометра будет поступать количество тепла Q₂, которое можно подсчитать по формуле Ньютона:

, (7)

где t - температура окружающей среды,t₁ - температура резер­вуара термометра, S - площадь охлажденной поверхности термо­метра, b - коэффициент пропорциональности.

В условиях установившегося температурного режима приход тепла к резервуару термометра будет равен расходу тепла на ис­парение, т.е. Q₂ = Q₁. Отсюда

. (8)

Решая это уравнение относительно Р и обозначая дробь b/Kl через a (психрометрический коэффициент), мы находим

P = P¢_H – a×(t–t₁)×H. (9)

 

Формула (9) носит название психрометрической формулы Реньо.

Подставляя найденное выражение для P в формулу (2), мы находим

r = [P¢_H – a×(t–t₁)×H]×100%. (10)

Простейшим психрометром является психрометр Августа, который состоит из двух совершенно одинаковых термометров – "сухого" и "влажного", укрепленных на одной дощечке. Резервуар "влажного" термометра обернут кусочком батиста, кончик кото­рого погружен в воду. Если известна величина психрометрического коэффициента a, то определение влажности воздуха сводит­ся к измерению температуры "сухого" термометра - t, температу­ры "влажного" термометра - t₁ и величины атмосферного давления Н. Величины Р¢_H и Р_H могут быть найдены из таблицы зависимос­ти давления насыщенного водяного пара от температуры.

Несмотря на кажущуюся простоту психрометрического метода, его практическое осуществление осложняется тем, что величина коэффициента a, входящего в формулу Реньо (9), зависит от скорости дви­жения воздуха в непосредственной близости от резервуара "влаж­ного" термометра. С увеличением скорости движения воздуха a уменьшается. Это и понятно, если учесть, что скорость испарения воды с резервуара "влажного" термометра повышается с увеличением скорости движения воздуха (соответст­венно возрастает коэффициент К в формуле Дальтона (5), вхо­дящий в выражение для a). В таблице 3 приведены данные, ха­рактеризующие зависимость a от скорости движения воздуха для психрометра Августа. Из этой таблицы видно, что при малых скоростях движения воздуха психрометрический коэффициент ме­няется очень быстро. Наоборот, при больших скоростях, превышающих 2,5 м/с, он меняется мало.

Поэтому практическое применение психрометра Августа огра­ничивается тем, что им пользуются только для

Таблица 3

Скорость движения воздуха V, (м/с)	Психрометрический коэффициент a, (град-1)
0,13	0,00130
0,25	0,00110
0,50	0,00089
0,75	0,00081
1,00	0,00078
2,00	0,00071
3,00	0,00068
4,00	0,00067

приближенных оп­ределений влажности воздуха в закрытых помещениях, где ско­рость движения воздуха мала. Обычно с целью облегчения опре­деления влажности воздуха пользуются специальной психрометри­ческой таблицей, вычисленной на основании формулы (10). В ней приводится зависимость между разностью показаний "сухого" и "влажного" термометров психрометра Августа и величиной относи­тельной влажности воздуха r для различных показаний "сухого" термометра. При составлении таблицы принимается, что a = 0,0013 (практически неподвижный воздух). Величина атмосферного давления Н берется равной 980 гПа. Так как колебания атмосферного давления обычно не превышают 2-3% величины атмос­ферного давления Н, то определение влажности воздуха с помощью психрометрической таблицы приводит к достаточно надежным ре­зультатам.

Более совершенным психрометром является аспирационный психрометр Ассмана (рис. 5). Аспирационный психрометр отлича­ется от психрометра Августа тем, что резервуары его термометров помещены в защитные металлические трубки, через них с постоянной скоростью прохо­дит воздух, который засасывается в прибор с помощью аспирационного вен­тилятора, приводимого в движение часо­вым механизмом. Блестящая поверхность трубок предохраняет термометры и от нагревания солнцем, и от излучения ок­ружающих тел.

Величина психрометрического коэф­фициента для психрометра Ассмана име­ет значение a = 0,00066 при любых условиях наблюдения. Данное значение несколько отличается от того, которое мы имеем для психрометра Августа при той же скорости движения воздуха (2 м/с), это объясняется тем, что в психрометре Ассмана имеют место иные условия обтекания воздухом резервуара "влажного" термометра, чем в психрометре Августа.

При работе c аспирационным психрометром Ассмана искомое значение относительной влажности вычисляют по формуле (10). В менее ответственных случаях пользуются специальной психрометрической таблицей, в которой приведена зависимость между разностью показаний "сухого" и "влажного" термометров и величи­ной относительной влажности воздуха для различных показаний "сухого" термометра. При составлении данной таблицы учитывает­ся, что для аспирационного психрометра Ассмана величина психрометрического коэффициента a составляет 0,00066 град^-1. Вели­чина атмосферного давления 900 гПа.