Hygrometer ngưng tụ. Đo độ ẩm độ ẩm

Dụng cụ đo độ ẩm của không khí (và các loại khí khác) là một máy đo độ ẩm ngưng tụ. Nguyên tắc hoạt động của nó bao gồm đo nhiệt độ, được gọi là điểm sương, nơi bắt đầu ngưng tụ hơi nước từ không khí.

Độ ẩm không khí là gì?

Máy đo độ ẩm đo độ ẩm trong không khí, có thể được đại diện bởi cường độ tuyệt đối hoặc tương đối. Việc đầu tiên trong số này cho chỉ một lượng hơi nước trên 1 cu. M không khí tại một nhiệt độ nhất định. Nhưng thứ hai cho biết làm thế nào đóng hơi nước trong không khí vào trạng thái bão hòa, nghĩa là cân bằng năng lượng với pha lỏng của nó - khi không có sự bay hơi hay ngưng tụ. Nó bằng với tỷ lệ của độ ẩm không khí tuyệt đối đo được đến độ ẩm tuyệt đối của nó trong trạng thái bão hòa. Khi hơi nước trong không khí bão hòa (một lần nữa, ở một nhiệt độ nhất định), độ ẩm tương đối của không khí đó là 100%. Ở không khí có chứa hơi nước không bão hòa, nó, theo đó, là ít hơn.

Làm thế nào mà máy đo độ ẩm ngưng tụ hoạt động?

Nguyên tắc hoạt động của bất kỳ thiết bị nào để xác định độ ẩm không khí thường là để đo một số giá trị khác, chẳng hạn như nhiệt độ, áp suất, khối lượng hoặc sự thay đổi cơ học và điện trong chất hấp thụ độ ẩm. Bằng phương pháp hiệu chuẩn và tính toán phù hợp, các giá trị đo được này có thể dẫn đến việc xác định độ ẩm tuyệt đối hoặc độ ẩm tương đối. Một vai trò rất quan trọng trong quá trình này là do nhiệt độ mà ở đó độ bão hòa của hơi xảy ra, được gọi là điểm sương. Theo quy định, các thiết bị điện tử hiện đại để xác định độ ẩm của không khí đo nhiệt độ này hoặc thay đổi dung lượng điện hoặc điện trở của các chất hấp thụ độ ẩm khác nhau, sau đó được tính lại (tự động) thành chỉ số độ ẩm.

Hygrometer ngưng tụ: thiết bị

Công việc của ông dựa trên việc đo lượng hơi nước trong không khí theo phương pháp điểm sương. Phương pháp này liên quan đến làm lạnh bề mặt, thường là gương bằng kim loại, đến một nhiệt độ mà ở đó nước ở bề mặt của gương cân bằng với áp suất hơi nước trong mẫu khí trên bề mặt. Ở nhiệt độ này, khối lượng nước trên bề mặt gương không tăng lên (ở quá lạnh bề mặt) và không giảm (ở bề mặt ấm quá), nghĩa là hơi trên gương ở trạng thái cân bằng năng lượng với nước ngưng tụ trên gương (hơi bão hoà).

Chiếc gương này được làm bằng vật liệu có tính dẫn nhiệt tốt (như bạc hoặc đồng) và được phủ một lớp kim loại trơ như iridium, rubidium, niken hoặc vàng để ngăn ngừa sự mờ đi và oxy hóa. Chiếc gương được làm mát bằng bộ phận làm mát bằng nhiệt điện (hiệu ứng Peltier) trước khi hình thành condensate. Một tia sáng, thường là từ một tín hiệu phát ra ánh sáng phát ra ở dải rộng trạng thái rắn, hướng vào bề mặt gương, và bộ điều chế quang học theo dõi ánh sáng phản xạ, có lưu lượng tối đa mà không có ngưng tụ trên gương.

Phương pháp hoạt động của một máy đo độ ẩm với gương làm mát

Khi giọt sương hình thành trên mặt gương của gương, ánh sáng phản xạ sẽ rải rác. Trong trường hợp này, thông lượng của nó đi vào photodetector giảm, dẫn đến sự thay đổi trong tín hiệu đầu ra của nó. Điều này, lần lượt, được điều khiển bởi một hệ thống điều khiển làm mát bằng nhiệt kế tương tự hoặc kỹ thuật số duy trì nhiệt độ gương ổn định ở điểm sương. Với một hệ thống được thiết kế phù hợp, gương được duy trì ở nhiệt độ mà tỷ lệ ngưng tụ là chính xác bằng tốc độ bốc hơi của lớp sương. Nhiệt kế điện trở platin thu nhỏ chính xác (PRT), gắn trên gương, đo nhiệt độ tại thời điểm này, nó sẽ tự động tính lại thành một độ ẩm.

Máy đo độ ẩm để đo độ ẩm không khí của cấu trúc câu hỏi cũng bao gồm một máy bơm chân không để bơm phân tích khí, và các bộ lọc bổ sung trong điều kiện bẩn.

Ưu điểm của máy đo độ ẩm được xem xét

Các công cụ này, dựa trên một nguyên tắc hoạt động đơn giản, với một loạt các phép đo, độ chính xác cao và sự ổn định của chỉ dẫn, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và trong nghiên cứu khoa học. Một máy đo độ ẩm ngưng tụ điển hình, không giống như nhiều bộ cảm biến độ ẩm khác, có thể được làm rất ổn định, thực tế không bị ảnh hưởng bởi sự mài mòn, làm giảm thiểu sự cần thiết phải hiệu chuẩn lại. Độ ẩm kế ở điểm sương có thể đo được ở khoảng nhiệt độ từ 100 ° C đến tối thiểu ở -70 ° C. Đồng thời, độ chính xác đo là một phần mười độ.

Nhiều hygrometers của thiết kế đang được kiểm tra được trang bị bộ điều khiển vi xử lý và kết hợp với một cảm biến nhiệt độ điện trở có thể tính toán và đưa ra các chỉ thị bên ngoài bất kỳ tham số độ ẩm mong muốn bổ sung hoặc thay cho điểm sương. Ngoài ra, các thiết bị này cho phép chuyển các kết quả sử dụng công nghệ không dây. Đương nhiên, các thiết bị như vậy được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống công nghiệp khác nhau của việc thu thập dữ liệu tự động và quản lý các quy trình sản xuất tương ứng.

Máy đo độ ẩm kế có thể như thế nào? Giá của nó, tất nhiên, được xác định cơ bản bởi một bộ các chức năng đã được thực hiện, phụ thuộc vào sự sẵn có và sự phức tạp của hệ thống điều khiển điện tử của thiết bị. Như vậy, một máy đo độ ẩm ngưng tụ cố định, tương tự như xuất hiện với máy hiện sóng kỹ thuật số, tốn ít nhất 4.000 đô la. Đặc biệt là các mô hình "tiên tiến" có thể tốn hơn 10 000 đô la. Trên thị trường, bạn có thể tìm thấy một máy đo độ ẩm cầm tay đầy đủ chức năng. Giá của nó là từ 1 đến 2 ngàn đô la.

Nhược điểm của máy đo độ ẩm ngưng tụ

Trong khi hệ thống hygrometers được coi là có hiệu quả nhất trong quá trình đo lường, bất lợi của nó là sự ô nhiễm không thể tránh khỏi của các chi tiết của đường dẫn đo trong quá trình hoạt động.

Hygromet được trang bị gương làm mát có xu hướng tăng các phép đo không chính xác do sự hiện diện của các chất gây ô nhiễm hòa tan và không hòa tan lắng đọng trên gương. Các hạt không hòa tan ảnh hưởng đến đặc tính quang học của gương. Độ bám trung bình hoặc sự xuất hiện các hạt không hòa tan trên gương đảm bảo sự có mặt của các trung tâm tập trung có thể sương hoặc băng giá, do đó tăng thời gian đáp ứng của thiết bị. Các tạp chất hòa tan ảnh hưởng đến lượng áp suất hơi từ độ ẩm cô đặc đến gương, thay cho điểm sương. Các máy đo độ ẩm hiện đại (ít nhất là các mô hình phức tạp hơn) bao gồm chức năng "tự kiểm tra" cho phép thiết bị phát hiện và phản ứng với sự nhiễm bẩn bằng cách đưa ra các sửa đổi thích hợp cho các thuật toán tính toán độ ẩm.

Bất kể khả năng của những khả năng đó, hầu như tất cả các hygrometers cần được kiểm tra định kỳ và làm sạch.

Bảo dưỡng hygromet với gương làm mát

Những gì người dùng của thiết bị khuyến cáo theo nghĩa này là hướng dẫn của mình. Hygrometer, nhạy cảm với bụi bẩn, phải được làm sạch định kỳ để đảm bảo sự ổn định của các kết quả đo, mặc dù điều này có thể làm tăng chi phí bảo trì. Kiểm tra gương của thiết bị thường được thực hiện bằng kính hiển vi nhúng, và bảo trì được thực hiện bằng tay, sau khi mở khoang đo.

Nếu làm sạch bề mặt gương được thực hiện với tần số yêu cầu trong hướng dẫn vận hành để vận hành, do đó có thể giữ được độ chính xác của phép đo. Thuận tiện truy cập vào bề mặt gương để làm sạch của nó thường được cung cấp bởi một bản lề giữa các thành phần quang học và gương. Trên thị trường, bây giờ bạn có thể tìm thấy bất kỳ máy đo độ ẩm cô đặc nào mà bạn cần. Ảnh dưới đây cho thấy một ví dụ về hiệu suất của anh.

Áp dụng hygrometers trong đo lường

Một thiết kế độ ẩm phù hợp được thiết kế và vận hành với gương mát sẽ cung cấp các phép đo độ ẩm với độ chính xác cao gấp nhiều lần so với các đồng hồ đo độ ẩm phổ biến khác. Độ chính xác cố hữu của các phép đo, đặc biệt khi được trang bị một nhiệt kế platin để đo nhiệt độ, gương và kính hiển vi điện trung bình để theo dõi trạng thái của gương, làm cho nó trở nên lý tưởng cho phép đo lường đo lường. Khả năng truyền thông tin thông qua các kênh truyền thông không dây kỹ thuật số mở ra nhiều khả năng sử dụng các hygrometers như vậy trong các hệ thống thu thập thông tin khí tượng toàn cầu.

Sử dụng trong phòng thí nghiệm của nhà máy và môi trường bị ô nhiễm

Những dụng cụ để xác định độ ẩm không khí là lý tưởng để đo lường giá trị tuyệt đối của nó trong phòng thí nghiệm khí hậu nhà máy. Chúng thường được sử dụng làm tiêu chuẩn tham chiếu để kiểm soát độ chính xác của các dụng cụ khác, chẳng hạn như cảm biến độ ẩm tương đối, được sử dụng để kiểm soát buồng thử nghiệm khí hậu.

Tính ổn định của các đặc tính của vật liệu được sử dụng trong việc xây dựng các máy đo độ ẩm cũng như khả năng làm sạch nhiều lần của chúng làm cho thiết bị phù hợp với dịch vụ rất dài hạn trong môi trường với sự có mặt của hầu hết các chất gây ô nhiễm mà không mất hiệu chuẩn. Tính ổn định của các đặc tính này làm cho chúng phù hợp để sử dụng trong các dòng khí, nơi các chất gây ô nhiễm cao trong các mẫu khí có ảnh hưởng không thể đảo ngược đến các loại cảm biến độ ẩm không ổn định. Ví dụ, loại hygrometer này được sử dụng rộng rãi để kiểm soát điểm sương trong quá trình làm cứng nhiệt bề mặt các sản phẩm kim loại trong không khí với các phụ gia đặc biệt. Trong những trường hợp như vậy, dễ dàng truy cập vào gương làm sạch là đặc biệt mong muốn.

Sản xuất nhạy cảm với độ ẩm

Các quy trình đóng gói chuyên dụng được yêu cầu trong sản xuất dược phẩm, màng, lớp phủ và các sản phẩm khác thường được kiểm soát bởi các máy đo độ ẩm với gương làm mát. Một lần nữa, sự lựa chọn của họ trong trường hợp này chịu ảnh hưởng của sự ổn định của độ chính xác phép đo và tuổi thọ dài. Ngoài ra, vì các quy trình nói chung ít nhạy cảm hơn với chi phí thiết bị, chi phí cao của các máy đo độ ẩm không phải là yếu tố quyết định trong việc lựa chọn một chương trình giám sát độ ẩm.

Nhiệt độ cao và điểm sương

Hygrometers của loại này thường được lựa chọn để đo nhiệt độ sương trên nhiệt độ môi trường xung quanh. Các thiết bị gia dụng với gương được làm lạnh đã được sử dụng trở lại vào năm 1966 để giám sát các pin nhiên liệu hydro của tên lửa Apollo hoạt động ở nhiệt độ 250oC và áp suất 700 psi. Với công nghệ nhiệt điện ngày nay, điểm sương phản chiếu tới 100 ° C (và ở trên, dưới áp suất trên không khí) dễ dàng đo được. Trong những trường hợp như vậy, tất cả các bề mặt của ngăn đo độ ẩm kế tiếp với mẫu khí phải có nhiệt độ trên điểm sương kỳ vọng cao nhất, nếu không sự ngưng tụ sẽ xảy ra trên các bề mặt này và đo lường sẽ sai.

Trong máy đo độ ẩm được thiết kế để đo điểm sương của các loại khí có nhiệt độ cao, thông thường sử dụng lò sưởi điện với bộ điều chỉnh nhiệt để duy trì nhiệt độ của các bức tường của buồng đo phía trên điểm sương kỳ cao nhất. Các thành phần quang học trạng thái rắn, chẳng hạn như điốt và phát hiện ánh sáng, được duy trì ở nhiệt độ hoạt động được đánh giá (thường là 85 ° C) để tránh sự phá hủy của chúng và sự thất bại của hygrometer. Điều này có thể đạt được bằng cách cách ly nhiệt các thành phần này từ ngăn đo nhiệt.