Laialdaselt kasutatav vahend õhu (ja muude gaaside) niiskuse mõõtmiseks on kondensatsioonihügromeeter. Selle tööpõhimõte on mõõta temperatuuri, mida nimetatakse kastepunktiks, mille juures algab niiskuse kondenseerumine õhust.
Mis on õhuniiskus
Hügromeeter mõõdab õhu niiskusesisaldust, mida saab esitada absoluutse või suhtelise väärtusena. Esimene neist annab lihts alt veeauru massi 1 kuupmeetris. m õhku antud temperatuuril. Kuid teine näitab, kui lähedal on õhus olev veeaur küllastusseisundile, st dünaamilisele tasakaalule oma vedela faasiga – kui ei toimu ei aurustumist ega kondenseerumist. See on võrdne õhu mõõdetud absoluutse niiskuse suhtega küllastusseisundi absoluutsesse niiskusesse. Kui õhus olev veeaur on küllastunud (jällegi, antud temperatuuril), on selle õhu suhteline niiskus 100%. Küllastumata veeauruga õhus on see vastav alt vähem.
Kuidas kondensatsioonihügromeeter töötab
Iga õhuniiskuse määramise seadme tööpõhimõte seisneb reeglina mõne muu suuruse, näiteks temperatuuri, rõhu, massi või mehaaniliste ja elektriliste muutuste mõõtmises niiskust imavas aines.. Asjakohase kalibreerimise ja arvutamise teel võivad need mõõdetud väärtused määrata absoluutse või suhtelise niiskuse. Selles protsessis mängib väga olulist rolli temperatuur, mille juures toimub aurude küllastumine, mida nimetatakse kastepunktiks. Reeglina mõõdavad kaasaegsed õhuniiskuse määramise elektroonilised seadmed seda temperatuuri või erinevate absorbeerivate ainete elektrilise mahtuvuse või takistuse muutusi, mis seejärel muudetakse (automaatselt) niiskusindikaatoriteks.
Kondensatsioonihügromeetri seade
Tema töö põhineb just õhus oleva veeauru mõõtmisel kastepunkti meetodil. See meetod hõlmab pinna, tavaliselt metallpeegli, jahutamist temperatuurini, mille juures peegli pinnal olev vesi on tasakaalus pinna kohal proovigaasis oleva vee aururõhuga. Sellel temperatuuril ei suurene vee mass peegli pinnal (kui pind on liiga külm) ega vähene (kui pind on liiga soe), st peegli kohal olev aur on dünaamilises tasakaalus vee kondensaadiga. peegel (aur on küllastunud).
See peegel on valmistatud hea soojusjuhtivusega materjalist (nagu hõbe või vask) jakaetud inertse metalliga, nagu iriidium, rubiidium, nikkel või kuld, et vältida tuhmumist ja oksüdeerumist. Peeglit jahutatakse termoelektrilise jahutiga (Peltier-efekt) kuni kondensaadi moodustumiseni. Valguskiir, tavaliselt pooljuhtlairiba valgusdioodist, suunatakse peegelpinnale ja fotodetektor jälgib peegeldunud valgust, mille voog on maksimaalne siis, kui peeglil kondenseerumine puudub.
Lapsepeegli hügromeetri töömeetod
Kui peegli peegelpinnale tekivad kastepiisad, siis peegeldunud valgus hajub. Sel juhul väheneb selle fotodetektorisse sisenev voog, mis viib viimase väljundsignaali muutumiseni. Seda omakorda juhib analoog- või digitaalne termoelektrilise jahuti juhtimissüsteem, mis hoiab kastepunktis stabiilse peegli temperatuuri. Õigesti konstrueeritud süsteemi korral hoitakse peeglit temperatuuril, kus kondenseerumiskiirus on täpselt võrdne kastekihi aurustumiskiirusega. Peeglisse paigaldatud täpne miniatuurne plaatinatakistustermomeeter (PRT) mõõdab selle temperatuuri sellel hetkel, mis teisendatakse automaatselt niiskusnäiduks.
Vaatletud konstruktsiooniga õhuniiskuse mõõtmiseks mõeldud hügromeeter sisaldab ka vaakumpumpa analüüsitava gaasikoguse pumpamiseks ja täiendavaid filtreerimiselemente määrdunud tingimustes.
Vaatatavate hügromeetrite eelised
Selliseid lihtsal tööpõhimõttel põhinevaid, laia mõõtevahemiku, suure täpsuse ja stabiilsete näitudega instrumente kasutatakse laialdaselt tööstuses ja teadusuuringutes. Tüüpilist kastepunkti hügromeetrit saab erinev alt paljudest teistest niiskusanduritest muuta väga stabiilseks, praktiliselt kulumiskindlaks, minimeerides uuesti kalibreerimise vajaduse. Kastepunkti niiskushügromeeter on võimeline mõõtma kastepunkti temperatuurivahemikus 100 °C kuni minimaalselt -70 °C. Sel juhul on mõõtmise täpsus kraadi kümnendikku.
Paljud vaadeldava konstruktsiooniga hügromeetrid on varustatud mikroprotsessorjuhtimisega ning koos takistusliku temperatuurianduriga on võimelised arvutama ja kuvama välisil indikaatoril lisaks kastepunktile või selle asemel soovitud niiskusparameetreid. Lisaks võimaldavad need seadmed traadita tehnoloogia abil tulemusi edastada. Loomulikult kasutatakse selliseid seadmeid laialdaselt mitmesuguste tööstussüsteemide osana automatiseeritud andmete kogumiseks ja asjakohaste tehniliste protsesside juhtimiseks.
Kui palju selline hügromeeter maksaks? Selle hinna määrab loomulikult peamiselt rakendatud funktsioonide komplekt, sõltuv alt seadme elektroonilise juhtimissüsteemi saadavusest ja keerukusest. Seega maksab statsionaarne kondensatsioonihügromeeter, mis näeb välja nagu digitaalne ostsilloskoop, vähem alt 4000 dollarit. Eriti "täiustatud" mudelid võivad maksta üle 10 000 dollari. TurulSamuti võite leida täisfunktsionaalse kaasaskantava hügromeetri. Selle hind on 1–2 tuhat dollarit.
Kondensatsioonihügromeetrite puudused
Kuigi vaadeldavat hügromeetrite süsteemi peetakse mõõtmisprotsessis kõige tõhusamaks, on selle puuduseks mõõtetee osade vältimatu saastumine töötamise ajal.
Jahutusega peeglitega varustatud hügromeetrid kipuvad suurendama mõõtmise ebatäpsusi peeglile ladestunud lahustuvate ja lahustumatute saasteainete tõttu. Lahustumatud osakesed mõjutavad peegli optilisi omadusi. Mõõdukas tolmusus või lahustumatute osakeste ilmumine peeglile loob kontsentratsioonikeskused, millele võib tekkida kaste või härmatis, suurendades seeläbi seadme reaktsiooniaega. Lahustuvad lisandid mõjutavad peeglile kondenseerunud niiskuse aururõhu suurust, mis nihutab kastepunkti. Kaasaegsed mõõtmishügromeetrid (vähem alt nende keerukamad mudelid) sisaldavad enesetestimise funktsioone, mis võimaldavad seadmel tuvastada saastumist ja sellele reageerida, tehes niiskuse arvutamise algoritme asjakohaseid kohandusi.
Neist võimalustest hoolimata tuleb peaaegu kõiki kõnealuseid hügromeetreid perioodiliselt kontrollida ja puhastada.
Jahutatud peegelhügromeetrite hooldus
Mida soovitab kasutusjuhend selles mõttes seadme kasutajale. Mustusele tundlik hügromeeter peab olemamõõtmistulemuste stabiilsuse tagamiseks korrapäraselt puhastada, kuigi see võib suurendada selle hoolduskulusid. Instrumendi peegli kontrollimine toimub tavaliselt sisseehitatud mikroskoobi abil ja selle hooldus toimub käsitsi pärast mõõtekambri avamist.
Kui peeglipinna puhastust teostada selle tööjuhendis nõutud sagedusega, siis nii on võimalik säilitada mõõtmiste täpsus. Mugava ligipääsu peegli pinnale puhastamiseks tagab tavaliselt optiliste komponentide ja peegli vaheline liigend. Nüüd leiate turult mis tahes kondensatsioonihügromeetri, mida tarbija vajab. Alloleval fotol on näide selle täitmisest.
Hügromeetrite kasutamine metroloogias
Korralikult projekteeritud ja hooldatud jahutusega peegelhügromeeter võimaldab mõõta niiskust suurusjärgu võrra suurema täpsusega kui teised populaarsed niiskusmõõturid. Selle loomupärane mõõtmistäpsus, eriti kui see on varustatud plaatina takistustermomeetriga temperatuuri mõõtmiseks, peegli ja keskmise võimsusega mikroskoobiga peegli jälgimiseks, muudab selle ideaalseks metroloogilisteks mõõtmisteks. Traadita digitaalsete sidekanalite kaudu teabe edastamise võimalused avavad laiad võimalused selliste hügromeetrite kasutamiseks globaalsetes meteoroloogilise teabe kogumise ja töötlemise süsteemides.
Kasutamine tehaselaborites ja saastunud keskkondades
See õhuniiskuse mõõtja sobib ideaalselt selle absoluutväärtuse mõõtmiseks tehase kliimalaborites. Neid kasutatakse sageli viidetena muude instrumentide täpsuse juhtimiseks, nagu suhtelise niiskuse andurid, mida kasutatakse keskkonnakatsekambrite juhtimiseks.
Nende hügromeetrite valmistamisel kasutatud materjalide stabiilsus ja võimalus neid korduv alt puhastada muudavad instrumendid sobivaks väga pikaks kasutuseaks keskkondades, kus on enamik saasteaineid, ilma et kalibreeritaks. Selline jõudluse stabiilsus muudab need sobilikuks kasutamiseks gaasivoogudes, kus gaasiproovides sisalduvate saasteainete kõrge tase kahjustab pöördumatult vähem stabiilset tüüpi niiskusandureid. Näiteks kasutatakse seda tüüpi hügromeetrit laialdaselt kastepunkti reguleerimiseks metalltoodete pindade kuumuskõvenemisel spetsiaalsete lisanditega õhukeskkonnas. Sellistel juhtudel on eriti soovitav tagada puhastamiseks hõlbus juurdepääs peeglile.
Niiskustundlik tootmine
Ravimite, kilede, kattekihtide ja muude toodete tootmiseks vajalikke spetsialiseeritud pakkimisprotsesse jälgitakse sageli jahutatud peegelhügromeetriga. Jällegi mõjutab nende valikut antud juhul mõõtmistäpsuse stabiilsus ja pikk kasutusiga. Pealegi, kuna need protsessid kipuvad olema vähem tundlikudinstrumendi maksumuse tõttu ei ole nende hügromeetrite kõrge hind niiskuse seireskeemi valimisel määrav.
Kõrge temperatuuriga gaasid ja nende kastepunktid
Seda tüüpi hügromeetrit valitakse sageli ümbritsevast temperatuurist kõrgemate kastepunkti temperatuuride mõõtmiseks. Jahutatud peegelinstrumente kasutati juba 1966. aastal, et jälgida Apollo raketi vesinikkütuseelemente, mis töötavad 250°C ja 700 psi juures. Tänapäevaste termoelektriliste peeglijahutustehnoloogiate abil on kuni 100 °C kastepunktid (ja kõrgemad, eeldades, et rõhk on atmosfäärirõhust kõrgem) kergesti mõõdetavad. Sellistel juhtudel peab kõikidel hügromeetri mõõtekambri pindadel, mis puutuvad kokku gaasiprooviga, temperatuur üle kõrgeima eeldatava kastepunkti, vastasel juhul tekib nendel pindadel kondenseerumine ja mõõtmine on ekslik.
Kõrge temperatuuriga gaaside kastepunkti mõõtmiseks mõeldud hügromeetrite puhul on tavaline kasutada termostaadiga juhitavaid elektrisoojendeid, et hoida mõõtekambri seinad kõrgeima eeldatava kastepunkti kohal. Tahkis-optilisi komponente, nagu LED-id ja detektorid, hoitakse nende nominaalsel töötemperatuuril (tavaliselt 85 °C), et vältida hügromeetri lagunemist ja kahjustamist. Seda saab saavutada nende komponentide soojusisolatsiooniga kuumutatud mõõtekambrist.