Контрольно-измерительные приборы в компании Практик-НЦ
+7 (499) 731-76-76
+7 (495) 651-06-22

E-mail: pnc@pnc.ru

Пн.-Пт. 10.00-18.00
Сб.-Вс. выходные дни.
 
Измерители относительной влажности и температуры (термогигрометры) Измерители микровлажности газов (гигрометры) Газоанализаторы Измерители скорости воздушного потока (анемометры) Системы пробоподготовки Аэродинамические установки Установки осушки газов Комплексные и индивидуальные решения
 
 
Advertisement


 

Измерение влажности газов (термины, проблемы и рекомендации)

Влажность воздуха является одним из параметров (наряду с температурой и давлением), которые определяют самочувствие человека и условия комфорта или дискомфорта. Вместе с тем влажность технологических газов (воздух, азот, аргон, кислород, водород и т. д.), используемых в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства решающим образом влияет на качество (а часто и количество) выпускаемой продукции. Поэтому задача измерения влажности газов является весьма распространенной и актуальной. В данной работе мы достаточно кратко рассмотрим основные термины и величины, используемые в гигрометрии, методы измерения влажности и некоторые проблемы и ошибки возникающие при этом.

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ГАЗОВ

Для количественной оценки  влажности газов используется целый ряд характеристик, причем в определенных областях науки и техники находят преимущественное применение те или иные из них. Наиболее часто из них используются следующие единицы: проценты относительной влажности, температура выпадения росы (в градусах Цельсия), абсолютная влажность (в г/м3), объемное влагосодержание (в объёмных процентах или миллионных долях — ррm). Между этими единицами существует взаимосвязь которая в общем виде может быть выведена из уравнения состояния Менделеева-Клапейрона. Подробно эти соотношения рассмотрены, например в монографии [I]. Для перевода различных единиц влажности из одной в другую существуют также специальные  гигрометрические  таблицы   (рассчитанные  на   основании математических выражений). Все гигрометрические величины можно разделить на несколько групп.

I. К величинам характеризующим концентрацию водяного пара относятся:

1. Абсолютная влажность а (обычно выражаемая в г/м3), то есть масса водяного пара, содержащегося в единице объёма газа.

2. Упругость или парциальное давление водяного пара е, выражается в единицах давления — мм рт. ст., или миллибарах. При определенной температуре Т значения величины упругости водяного пара могут изменяться в пределах от 0 до максимального значения Е — характеризующего полное (максимальное). насыщение газа парами воды. (Правда для пересыщенного газа возможно е>Е).

II. К величинам характеризующим влажностные отношения.относятся:

3. Влагосодержание (отношение смеси) d, то есть отношение массы водяного пара к массе сухого газа в том же объёме, выраженное в безразмерных единицах (г/г или кг/кг). Эту величину можно также рассматривать как отношение плотности водяного пара к плотности сухого газа в одинаковых условиях. Реже используется отношение массы водяного пара к массе (суммарной) влажного газа, называемое удельной влажностью — q, выражаемое в тех же единицах, что и влагосодержание.

4.  Объёмное влагосодержание х (безразмерная величина) равная отношению объёма водяного пара к объёму газа. Также как и в предыдущем случае эту величину можно выразить по отношению к объёму сухого (х0) или влажного газа (х).Влагосодержание и объёмное влагосодержание обычно используют для характеристики очень малых содержаний водяного пара. В этом случае удобной единицей измерения является миллионная доля – млн-1 или в международном обозначении — ррт (сокращение по первым буквам от part per million). Естественно при этом 1 ppm = 10 −6 = 10 −4%. В технической литературе эту единицу измерения влагосодержания часто обозначают ррmw (т. е. массовая или весовая), долю объёмного влагосодержания ppmv (т. е. объёмная).

5. Молярная доля водяного пара s, равняется отношению числа молей водяного пара к общему числу молей влажного газа.

III. Температура точки росы.

6. По определению Всемирной Метеорологической Организации (ВМО), термодинамическая температура точки росы (льда) влажного воздуха при давлении р и отношении смеси d есть температура, при которой влажный воздух, насыщенный по отношению к воде (льду) при том же давлении р, имеет отношение смеси, равное данному отношению смеси d. Следовательно, точка росы (льда) равна температуре, которую примет влажный газ, если охладить его изобарически до полного насыщения по отношению к плоской поверхности воды (льда). При одном и том же состоянии влажного воздуха, у которого точка льда < О, точка росы всегда ниже точки льда.

В техническом плане — температура точки росы это температура при которой на охлаждаемой поверхности зеркала выпадает конденсат (т. е. «роса»).

IV. Относительная влажность.

7. Относительная влажность  равна отношению действительной влажности газа к его максимально возможной влажности, соответствующей насыщению при данной температуре. Следовательно эта величина характеризует степень насыщения газа водяным паром. Величина абсолютной влажности при постоянной относительной влажности является функцией температуры. А при одинаковом значении абсолютной влажности, но различной температуре, (что имеет место при поступлении воздуха с улицы в помещение) газ имеет различные значения относительной влажности. Относительная влажность выражается в относительных единицах (0<отн.влажность<1) или, чаще, в процентах (Q<отн.влажность <100%). Её можно вычислить с помощью различных, ранее рассмотренных единиц влажности. На практике для вычисления отн.влажности чаще всего используют значения упругости насыщенного пара Е, полученные из справочных таблиц или диаграмм. При температурах ниже 0°С эту величину можно определять для водяного пара в равновесии с водой или льдом. Общепринятым является определение относительной влажности при любых температурах по Ед.

В таблице 1 [1] приводятся формульные соотношения различных единиц влажности, а в таблице 2 приведены численные соотношения различных единиц влажности при 20°С. В большинстве случаев все эти соотношения выводятся из уравнения Менделеева-Клапейрона. При этом исходят из того, что при обычных температурах и давлениях влажные газовые смеси и воздух, а также их компоненты с точностью, достаточной для большинства практических задач, подчиняются законам идеальных газов.

Наиболее сложный вид имеет зависимость упругости насыщенного водяного пара от температуры. Всемирная метеорологическая организация рекомендует использовать в качестве наиболее точной для воды следующую формулу при температурах от −50 до +100°С.

lgEв=10,79574(l-To/T)-5,028001g (T/To)+i, 50475•10-4[l-10 −8,2969(т/тo-1)]+

+0,42873•10-3[10 4,76955(i-To/T) −1] + 0,78614

В данной формуле Ед выражено в миллибарах. На практике обычно пользуются рассчитанными по этой формуле таблицами. Часть из них приведена в таблице 3.

Методы контроля влажности достаточно подробно изложены в монографиях [1,2].

Теперь кратко рассмотрим некоторые проблемы, которые могут возникнуть при измерениях относительной влажности с помощью прибора ИВТМ-7.

При измерениях влажности в помещениях следует помнить, что воздух в помещения в основном поступает с улицы. При этом часто,.особенно зимой, температура на улице и в помещении отличаются. В прогнозе погоды передаваемому по радио или телевидению указываются температура и относительная влажность воздуха (естественно на улице).   Относительная влажность равна отношению действительной влажности газа к его максимальной возможной влажности, соответствующей насыщению при данной температуре.

В качестве примера можно рассмотреть следующую ситуацию: температура воздуха на улице −10°С, относительная влажность 99%, температура воздуха в помещении при этом +20°С. В этом случае относительная влажность воздуха в помещении будет 11% (!). На практике 99%-ная (или 100%-ная) влажность бывает достаточно редко, обычно она ниже — в этом случае в комнате влажность будет ещё более низкой! Поэтому зимой в помещениях обычно сухо. Конечно в помещении могут быть свои внутренние источники влаги — емкости с водой (например, аквариум), кипящий чайник, люди — которые выдыхают воздух насыщенный парами воды и т. д. или кондиционер.

Летом, когда разница между температурой на улице и в помещении, обычно не очень велика — влажность в помещении может быть достаточно высокой. Однако при этом также необходимо учитывать разность температур между улицей и помещением. Часто может наблюдаться ситуация когда помещение с солнечной стороны прогревается до 30 градусов и выше, а на улице температура 17-18°С, или противоположная ситуация когда на улице на солнце температура может достигать 35°С, а в полуподвальном помещении прохладно (те же 18°С) и при этом, естественно более влажно чем на улице.

Следует также помнить, что любой прибор (и в том числе ИВТМ-7) измеряет влажность непосредственно в месте расположения измерительного зонда. В тоже время даже в небольшом по размерам помещении влажность в различных точках может существенно отличаться (до 20 — 30%). Это происходит из-за уже упомянутых локальных источников влаги (или её поглотителей) и существования слабых конвекционных потоков (сквозняки и т. п.). Для точных измерений влажности необходимо, чтобы установилось термодинамическое равновесие между температурой измеряемого воздуха и температурой сенсора, то есть нужно чтобы первоначально точно установилась температура показываемая прибором и после этого можно считывать показания влажности.

Для приблизительной оценки уровня влажности при той или иной температуре можно воспользоваться приводимой ниже таблицей 2 соотношения различных единиц влажности при температуре 20°С. (Для примера Вы можете взять вышеупомянутый случай для температуры −10°С).

Литература

1.      М. А. Берлинер – Измерения влажности. с. 199–207 (м, “Энергия”, 1973 г.)

2.      Дж. Митчелл, д. Смит Акваметрия (перевод с английского), М., Химия, 1980 г., 600 с.
 

Последние новости

Все новости

Яндекс цитирования
Главная  | Каталог продукции | Как с нами связаться

СМК ОАО «Практик-НЦ» сертифицирована на соответствие ИСО 9000:2000


© «Практик-НЦ» 2017
    +7 (495) 651-06-22