ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПСИХРОМЕТРЫ

Психрометрический метод является одним из старей­ших и распространенных в 'промышленности, метеороло­гии и научных исследованиях методов измерения влаж­ности воздуха при положительных температурах. Он основан на зависимости между влажностью воздуха и разностью показаний сухого Tc и мокрого TM термомет­ров, называемой «психрометрической разностью» Tc—TM. Различные теории работы психрометров, разработанные многими исследователями, сводятся к следующим:

А) Теория конвекции, исходящая из предположения насыщения водяным паром воздуха, соприкасающегося с мокрым термометром и являющегося источником всего тепла, нужного для испарения влаги. Необходимо, чтобы скорость вентиляции была бесконечно большой; при не­соблюдении этого условия требуется вводить поправку на скорость V движения воздуха.

Б) Теория диффузии, основанная на рассмотрении - процесса диффузии водяного пара в неподвижном воз - 212

Духе без учета конвективного теплообмена испаряющей поверхности. с окружающей средой.

В) Современная теория тепло - и массопереноса (тео­рия подобия), основанная на 'подобии процессов тепло - и влагообмена. Данная теория учитывает процессы кон­векции и диффузии и является наиболее общей. Обе прет дыдущие теории можно рассматривать как предельные случаи ее применения для V—>-оо и V = 0.

До сих пор нет универсальной теории психрометра, достаточно полно учитывающей все влияющие факторы. Практически основой психрометрических измерений слу­жат полуэмпирические психрометрические формулы, об­щепринятой формой которых является:

Е=Ем—Ap(tc—tM), (7-1)

Где є — упругость водяного пара в исследуемой газовой среде; Еы—максимально возможная упругость водяно­го пара при температуре TM; р — атмосферное давление; А — психрометрический коэффициент

По формуле '(7-1) легко определить относительную влажность

(7-2)

Где Е — максимальная упругость пара при температуре газа Tc.

По показаниям сухого и мокрого термометров мож­но непосредственно определить относительную влаж­ность ф, если известно значение коэффициента А. Для этой цели используют так называемые психрометриче­ские таблицы или графики, номограммы, специальные счетные линейки и т. п. Все указанные расчетные сред­ства составлены для определенных типов психрометров и условий измерения; в ряде случаев они позволяют по измеренным значениям психрометрической разности и температуры воздуха определить не только относитель­ную влажность, но и другие величины, характеризующие влажность воздуха.

Причиной отсутствия единых (универсальных) пси­хрометрических таблиц является зависимость психромет­рического коэффициента А от многочисленных, рассма­триваемых ниже факторов. В общем случае психромет­рический коэффициент определяется уравнением

(тг)"' (?-3>-

Где Ср — удельная теплоемкость воздуха 'при постоянном давлении; L — скрытая теплота парообразования; у= = 0,622 (см. § 6-1); D — коэффициент диффузии паров воды через воздух; Со — коэффициент температуропро­водности при 0о, С, ао=К/срр (К — коэффициент теплопро­водности, р — плотность воздуха).

Величина показателя п зависит от скорости вентиля­ции психрометра:

N=vrfv,

Где V — скорость потока воздуха, омывающего смочен­ный термометр; tv — скорость воздуха у границы пленки воды. При наличии вентиляции (условия теории конвек­ции) п=О; для неподвижного воздуха (теория диффу­зии) £>=0 и п= 1, а для условий, рассматриваемых тео­рией подобия, 0<я<1. іВеличина п зависит от конструк­ции психрометра и условий измерения. Так, например, для аспирационного психрометра п= 1/3-М/2. Для пси­хрометров с принудительной вентиляцией средняя вели­чина А близка в нормальных условиях к (620ч-625) X X Ю-6 1 /град.

Для аспирационного психрометра Шпрунг получил значение А=0,000662, а для пращевого по Феррелю А = =0,000660 |Л. 0-9]. Указанные значения А фигурируют в часто - применяемых психрометрических формулах:

А) Шпрунга (для р=755 мм рт. ст.)

Еы — 0,5 (Lc tK) . ? =--------- £------------ .

Б) Ферреля, учитывающей влияние /м на скрытую те­плоту парообразования:

Є=Еы—0,000660/) (TcTM) (1 +0,00115fM).

Отметим, наконец, что для других газов значения ко­эффициента А отличаются от. приведенных величин для воздуха; например, в условиях, когда для воздуха Ар= =0,5, было получено [Л. 0-9]:

Газ Os Ns Hs COs СН4 CSH6

Ар, мм Pm, Cm/град 0,482 0,481 0,474 0,617 0,587 0,865

Рассмотренные формулы относятся к процессу испа­рения жидкой воды, т. е. к психрометрам с чувствитель - 214

Ным элементом, покрытым пленкой воды. Для чувстви­тельного элемента, покрытого льдом, в психрометриче­скую формулу следовало бы подставить — упругость насыщенного пара по отношению ко льду и психромет­рический коэффициент Ац=£=А. Неравенство значений Лл и А имеет место, в частности, из-за неравенства удель­ной теплоемкости и скрытой теплоты испарения воды в жидкой и твердой фазах; экспериментальные данные подтверждают наличие такого неравёнства. Психромет­рический коэффициент зависит от многочисленных фак­торов, влияющих на тепло - и массообмен чувствительно­го элемента увлажненного термометра с окружающей средой, — от размера и формы чувствительного элемен­та, вида и состояния смачиваемого фитиля, теплопровод­ности защитной оболочки мокрого термометра и ее за­щиты от теплового излучения; некоторые из перечислен­ных факторов взаимосвязаны.

Среди внешних условий наибольшее значение имеет скорость воздуха. С ростом скорости воздушного потока усиливается испарение и уменьшается искажающее вли­яние притоков тепла '(радиационного и от теплопровод­ности) в тепловом балансе мокрого термометра. Коэф­фициент А быстро убывает с ростом скорости воздуш­ного потока и приближается при £>2,5 м/сек к постоян­ной величине. В связи с этим в датчиках большинства современных электрических психрометров предусмотрены устройства для аспирации воздуха с постоянной скоро­стью в пределах 3—4 м/сек. Известен также психрометр, в котором увлажненная термопара непрерывно вибриру­ет в воздушном зазоре электромагнита переменного тока.

Применение психрометров без принудительной вен­тиляции, сохранившееся в лабораторной практике и в ме­теорологических измерениях, приводит к значительным погрешностям, особенно при использовании психрометри­ческих таблиц, составленных для определенной скорости воздуха. В этом случае следовало бы в результат изме­рения вводить поправку на реальную скорость воздуха, омывающего мокрый термометр. Указанная погрешность может быть весьма значительной при измерении низкой относительной влажности.

Погрешности, связанные со скоростью воздушного по­тока, зависят и от формы и размеров (диаметр, длина) термочувствительного элемента. Они уменьшаются у дат­чиков с миниатюрными чувствительными элементами (спаи термопар, изготовленных из тонких проводников, полупроводниковые микротермисторы и т. п.), так как в этом случае необходимая скорость вентиляции сущест­венно понижается.

Увлажняющий фитиль изготовляется из тонкой хлоп­чатобумажной ткани (муслин, марля, батист, предвари­тельно прокипяченные для удаления шлихты и апретуры); для хорошего термического контакта с термочувстви­тельным элементом фитиль должен плотно прилегать к нему. Загрязнение фитиля пылью и другими твердыми частицами вызывает дополнительную погрешность (вследствие уменьшения. величины Ем). Особенно опас­но не обнаруживаемое визуально загрязнение фитиля водорастворимыми солями (например, содержащимися в морском воздухе или в воде, используемой для увлаж­нения). Мерами борьбы с загрязнением фитиля являют­ся использование для его увлажнения дистиллированной воды, частая смена и кипячение фитиля.

Влияние радиации сводится к прямому воздействию солнечных лучей и переносу тепла к термометрам от окружающих тел, имеющих более высокую температуру, а также к потерям тепла. на излучение сухим термомет­ром при понижении температуры окружающей среды. Предложенные ранее расчетные поправки или способы автоматической компенсации влияния радиации услож­няют устройство психрометра и технику измерения и недостаточно точны. Обычно в психрометрах ограни­чиваются применением известных средств защиты от влияния теплового излучения, например защитных экранов.

Дополнительные затруднения возникают, если изме­рения выполняются при отрицательных или высоких положительных температурах воздуха. Психрометриче­ский метод применим и при отрицательных температу­рах, однако не очень низких. При низких температурах относительная погрешность измерения психрометриче­ской разности увеличивается, так как величина этой разности сильно - уменьшается с понижением температу­ры. Для предотвращения обледенения чувствительного элемента предлагалось применять для увлажнения 3%-ный водный раствор формальдегида. По некоторым данным это влечет за собой изменение психрометриче­ского коэффициента; от указанного недостатка свободен раствор аммиака в воде (в отношении 1:2). Другой способ заключается в повышении температуры воздуха, поступающего в психрометр.

ІВерхннй предел температур также ограничен. Приня­то считать, что психрометры можно. применять (при атмосферном давлении) в пределах до + 100 °С. Однако для ряда производственных процессов представляет инте­рес измерение - при более высоких температурах. Экспе­риментально была доказана возможность измерений с помощью психрометров при температурах до +160° и даже +200 °С [Л. 7-1]. С повышением температуры уве­личивается влияние радиационного притока тепла на температуру мокрого термометра. Кроме того, точка ки­пения воды определяет верхний предел температуры мокрого термометра. Давление насыщенного водяного пара при температуре выше +100СС превышает атмо­сферное давление и состояние насыщения не может быть достигнуто без повышения давления газа; следователь­но, при нормальном атмосферном давлении максималь­ное значение измеряемой относительной влажности qj будет около 26% при /=140 °С и —10% при /=180 °С.

Были разработаны специальные психрометрические таблицы для температур выше 100 °С, например ГЛ. 7-2] для диапазона от 0 до 150 °С при давлении 1013,12 мбар.

Для того чтобы обойти затруднения, возникающие при температуре выше 100 °С, датчик психрометра рас­полагают вне высокотемпературной среды и подают в не­го контролируемый газ, предварительно охлажденный до температуры ниже точки кипения воды, но превышаю­щей температуру точки росы (во избежание конденса­ции влаги). Если же сухой и мокрый термометры нахо­дятся при температуре выше '100 °С, основной задачей является сохранение мокрого чувствительного элемента в состоянии влагонасыщения. Для этого применяется не­прерывное водоснабжение дистиллированной водой; при­менение водопроводной воды ограничено образованием корки на фитиле и необходимостью его частой смены.

Задача облегчается заменой матерчатого фитиля по­ристым керамическим элементом или другими «бесфи­тильными» способами увлажнения, рассмотренными ни­же. Скорость протекания газа обычно устанавливают бо­лее высокой, чем при более низких температурах.

Малоблагоприятными являются также области очень низкой и очень высокой относительной влажности. В пер­вом случае положительные результаты дает принуди­тельное увлажнение мокрого термометра и предвари­тельное охлаждение воды, увлажняющей фитиль. При от­носительной влажности, близкой к 100%, необходимы высокие чувствительность и точность измерения психро­метрической разности, так как ее величина стремится к нулю.

Суммарная статическая погрешность измерения пси­хрометром относительной влажности имеет две состав­ляющие. Первая обусловлена рассмотренными фактора­ми, влияющими на величину психрометрического коэф­фициента А. При этом ошибки, связанные с некоррект­ностью принятого коэффициента Л, входят в неустрани­мую «градуировочную» погрешность психрометра, а из­менения влияющих величин по отношению к усло­виям градуировки вызы-вают дополнительные погрешно­сти измерения.

Вторая группа погрешностей в соответствии с фор­мулой (7-2) состоит из погрешностей измерения давле­ния р, температур Tc и <м и определения значений макси­мальных упругостей водяного пара Е и Еы. Главной

<2р

П

Рис. 7-І. Структурная схема психрометрического датчика.

'си' 'ми—выходные величины су­хого и смоченного термометров.

Ч,(р)

Является погрешность измерения психрометрическои раз­ности, зависящая не только от абсолютных значений по­грешностей измерения Ыс и >AtM, но и от их знака. Наи­большая погрешность возникает при разных знаках Atc и Мм. Для минимизации этой погрешности сухой и мо­крый термометры должны иодеть одинаковую статиче­скую характеристику.

Значительно сложнее динамические характе­ристики психрометра. Сухой термометр (/ на рис. 7-1) можно с практически достаточной точностью аппрокси­мировать апериодическим (инерционным) звеном перво - 218 го порядка с передаточной функцией

Где Тс—постоянная времени сухого термометра; K — его статический коэффициент передачи; р — оператор диф­ференцирования.

Тс может быть выражена в функции основных пара­метров чувствительного элемента термометра:

Тс = cm/aS,

Где с — теплоемкость; M—масса; S — площадь поверх­ности; а — коэффициент теплопереноса.

■Влияние наиболее существенных внешних воздейст­вий— скорости V и давления р таза — по [Л. 0-9] выра­жается приближенной зависимостью

Tc=B(vp)W

Где В — постоянная.

Известные аналитические описания динамических ' свойств смоченного термометра не выражают в явной форме влияния ряда внешних возмущающих воздейст­вий на эти свойства,' а также их непостоянства, в част­ности, вследствие зависимости от измеряемой величины. Экспериментальные исследования выявили влияние ука­занных факторов. Так, например, было установлено су­щественное значение толщины фитиля и его загрязнений гигроскопическими солями для инерционности мокрого термометра. Постоянная

Времени І м является перемен­ным параметром, зависящим от влагоеодержания и тем-- пературы исследуемого - газа. Точная модель должна, следовательно, представлять мокрый термометр как си­стему с распределенными параметрами, описываемую уравнением в частных производных. Практически удоб­нее пользоваться экспериментальными динамическими характеристиками и приближенно считать инерционность канала II (рис. 7-1) постоянной для определенного диа­пазона изменений влияющих величин. Для малых от­клонений от состояния равновесия это приводит к про­стой линейной модели мокрого термометра.

На основании экспериментального исследования аспирационных психрометров в [Л. 7-3] мокрый термо­метр аппроксимируется линейным апериодическим зве-

219

Ном 2-го - порядка с передаточной функцией

Wm (Ттр-+ )(Тьар+ I)'

Причем между постоянными времени имеется соотноше­ние ГЫ1~ Ю Гы2. Зависимость значений Гмі - и Tug, от ско­рости воздуха V и температуры TM показана на рис. 7-2, из которого видно, что повышение скорости V сущест­венно уменьшает инерционность психрометра.

Изменение температуры Tc в пределах 25—50 °С мало влияет на значение обеих постоянных времени.

Рассмотренная структурная - схема приводит к выво­ду о возможности дополнительных динамических по-

ССЇС

30

Сек

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПСИХРОМЕТРЫ

25

15 1Ь 13

1 2 3 1 5 6 789 1 2 3 It 5м/сек

Рис. 7-2. Зависимость постоянных времени / mj и і м2 смоченного тер­мометра от скорости воздуха V при разных температурах смоченного

Термометра.

/—17,5°С; 2 — 22,5°С.

Грешностей, обусловленных неодинаковыми динамиче­скими свойствами обоих каналов измерения. Разница постоянных - времени сухого и мокрого термометров мо­жет быть весьма значительной. Для устранения указан­ной погрешности можно использовать известные методы автоматической коррекции; ее можно одновременно использовать для повышения быстродействия обоих ка­налов. Более простой способ заключается в увеличении величины Ты (для достижения равенства ТЫ=ТС) нане­сением на чувствительный элемент мокрого термометра (под фитилем) теплоизолирующего слоя в виде пленки гидр-офобного материала (например, эпоксидной смолы) или тонкостенной теплоизолирующей гильзы. При этом, 220
Однако, исключается возможность повышения быстро­действия психрометра.

■В датчиках электрических психрометров используют­ся термопары, термометры сопротивления и полупро­водниковые термисторы и термодиоды.

Простейший термоэлектрический датчик представля­ет собой термопару, один из спаев которой выполняет функцию сухого термометра, а второй снабжен увлаж­няющим фитилем. П-рибор, измеряющий термо-э. д. е., непосредственно показывает психрометрическую раз­ность. Для измерения при низких температурах или в тех случаях, когда необходима повышенная чувстви­тельность датчика, применяется батарея из нескольких или нескольких десятков термопар, изготовленных из тонких проволочек. Спаи термобатареи разделены на две группы. Одна из них смачивается фитилем, вторая вы­полняет роль чувствительного элемента сухого термо­метра; термо-э. д. е., пропорциональная психрометриче­ской разности, измеряется на выводах термобатареи. Психрометры с термоэлектрическими датчиками приме­няют преимущественно в тех случаях, когда температу­ра воздуха изменяется в очень узких пределах и для определения величины относительной влажности доста­точно знания психрометрической разности. В этих усло­виях простота измерительной схемы термоэлектрическо­го психрометра является несомненным преимуществом. Кроме того, благодаря малым размерам и малой тепло­емкости мокрого спая термопарный датчик отличается высоким быстродействием и требует меньшей скорости вентиляции, чем датчики с промышленными термомет­рами.

Благодаря этим достоинствам термопарные психро­метры нашли применение в качестве лабораторных при­боров для измерений в диапазоне 95—100% относитель­ной влажности, для исследований системы почва — рас­тение — воздух и других биологических и почвенных си­стем.

При этом наметились две модификации конструкций психрометрического - датчика. Первая основана на пре­дельной миниатюризации термопары и применении спе­циальных способов увлажнения ее слоя. В датчике, пред­ложенном Ричардсом и Огата, спай микротермопары, имеющий форму петли, смачивает капля воды, удержи­ваемая этой петлёй. Другое решение заключается б охлаждении одного из спаев термопары пропусканием постоянного тока (эффект Пельтье), что влезет за собой конденсацию влаги в виде тонкой пленки на' поверхно­сти спая, используемого в качестве мокрого термометра [Л. 7-4]. Измерения выполняются в пробирке, капсуле или другом малом замкнутом объеме неподвижного газа; оптимальные значения силы тока и длительности его пропускания определяют экспериментом.

В электрических психрометрах часто применяют по­лупроводниковые термисторы благодаря их известным достоинствам. Термисторные психрометры нашли доста­точно широкое применение в микроклиматологических измерениях на - различных высотах, в агрометеорологии и агрофизике.

Конструкция датчика переносного психрометра с дву­мя термисторами и устройством для -вентиляции описана в [Л - 7-5].

В последние - годы был разработан психрометр, имею­щий в качеств'е сухого и мокрого термометров кремние­вые полупроводниковые диоды, работающие при посто­янной силе тока [Л. 7-6]. В этом режиме прямое напря­жение диодов является линейной функцией их темпера­туры в пределах от —273 до +100 °С, а угол наклона вольттемпературной характеристики одинаков для дио­дов одного типа.

В электрических психрометрах промышленного типа чаще всего используются типовые проволочные термо­метры сопротивления. Одна из первых конструкций дат­чика показана на рис. 7-3. Контролируемый воздух, за­сасываемый в нижнее отверстие, находящееся в метал­лическом корпусе /, омывает два спаренных сухих термо­метра 2 (один из них служит для измерения психромет­рической разности, второй — температуры) и мокрый термометр 3. Последний увлажняется хлопчатобумаж­ным фитилем, всасывающим воду из сосуда 4, куда она поступает через штуцер 5 из внешнего бачка. Термомет­ры сопротивления помещены в трубку 6. Движение воз­духа создает вентилятор 7.

Датчики других конструкций не имеют встроенного вентилятора, так как надобность в нем отпадает, если поток газа может создаваться за счет перепада давле­ний или если газ находится в непрерывном движении. Если скорость движения воздуха недостаточна, к датчику дополнительно прилагается вытяжное устройство. В дат­чиках с. принудительной циркуляцией воздуха сухой тер­мометр всегда располагается в потоке газа перед мокрым.

У психрометров непрерывного действия особое вни­мание приходится уделять водоснабжению мокрого тер­мометра, так как высыхание фитиля влечет за собой большую погрешность измерения. Для длительной рабо­ты без обслуживания предусматривается внешний бачок достаточно большого объема. Обычно вода поступает в датчик самотеком по принципу сифона; при этом необ­ходима герметичность внешнего бачка, а приток воды

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПСИХРОМЕТРЫ

Зависит от атмосферного давления. Эти недостатки устраняются применением в бачке датчика поплавкового регулятора, что, однако, усложняет его конструкцию. Иногда. применяют «двойное» питание водой с помощью двух фитилей, к которым вода поступает из верхнего и нижнего бачков.

При измерениях влажности промышленных газов, обычно запыленных и имеющих повышенную температу­ру, наиболее серьезным затруднением является загрязне­ние фитиля.

Применение фильтров представляет собой лишь полу­меру. Более радикальной мерой защиты от запыленно­сти газа является отказ от применения смачивающего фитиля, имеющего и другой недостаток — непримени­мость-при температурах выше 100 °С. Такое решение было применено в датчике психрометра для измерения влажности дутья, подаваемого в доменную печь. В этом датчике мокрый термометр смачивается распыленной водой, которую эжектирует из сосуда воздух, поступаю­щий в распылительное устройство. Вторая особенность датчика заключается в автоматическом регулировании давления и температуры воздуха, поступающего на увлажненный термометр. Регулирование давления необ­ходимо для правильной работы эжектирующего устрой­ства.

В другой конструкции «бесфитильного» датчика мо­крый термометр сопротивления заключен в гильзу из мо­либденового стекла, нижняя часть которой покрыта по­ристым стеклом толщиной 0,3 мм. Пористое стекло слу­жит для смачиван-ия гильзы водой, подаваемой из бачка через капиллярную трубку. Термометр, увлажняемый пористым стеклом, может работать в потоках агрессив­ных газов, например хлора. Однако гильзы из пористого стекла или керамики обладают малой механической прочностью и увеличивают инерционность мокрого тер­мометра.

Измерительные схемы электрических психрометров определяются: а) видом измеряемой величины, выбран­ной в качестве характеристики влажности; б) типом при­мененного датчика.

Наиболее просто осуществляется раздельное измере­ние температур мокрого и сухого термометров с после­дующим определением влажности (абсолютной или от­носительной) по психрометрическим таблицам, графикам,- номограммам и т. п. Такой широко применяемый на практике метод, разумеется, не позволяет автоматизиро­вать измерение влажности.

В ряде случаев, если температура воздуха постоянна или изменяется в узких пределах, относительную влаж­ность можно оценить с точностью, достаточной для прак­тических целей, по психрометрической разности, измере­ние которой можно автоматизировать. Автор применял для этой цели схему с автоматическим уравновешенным мостом (рис. 7-4) [Л. 7-7]. Ее особенностью является введение в плечо, содержащее мокрый термометр jRM, постоянного резистора г, равного по величине сопротив­лению реохорда. Равновесие моста имеет место при усло-

ВИИ

{Rc + r—x)R= (Ru+r+x).R,

Откуда X=(RcRM) /2, где Rc, RM — сопротивления су­хого и мокрого термометров; R — сопротивление посто­янных плеч моста; х — сопротивление между началом реохорда (точка О) и его движком.

Психрометрической раз­ности, равной нулю, соответ­ствует 'положение движка в точке О. Сопротивление реохорда должно равняться •половине. максимальной раз­ности сопротивлений сухого и мокрого термометров.

Электрические психроме­тры позволяют также изме­рять абсолютную влажность, упругость водяного 'пара или температуру точки росы. На основании психромет­рической формулы измерение упругости водяного пара сводится к измерению разности двух токов, первый из которых является линейной функцией Tc, а второй — функцией tu [Л. 7-5].

Другой психрометрический прибор для измерения упругости водяного пара є с помощью проволочных тер­мометров сопротивления [Л. 0-9] основан на прибли­женном соотношении

E=F(tm) —Atcp+BtMp,

Где F{Tu) — нелинейная - функция температуры /г.; мокро­го термометра; А — психрометрический коэффициент; Р — атмосферное давление-; В — постоянная.

Вторая и третья составляющие этого выражения мо­делируются выходными напряжениями мостов постоян­ного тока, содержащих соответственно сухой и мокрый термометры; для воспроизведения F(TM) используется мост со вторым смоченным термометром сопротивления.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПСИХРОМЕТРЫ

Рис. 7-4. Схема измерения психрометрической разности автоматическим мостом.

Наибольший интерес представляют схемы, позволяю­щие измерять непосредственно относительную влажность в сравнительно широком диапазоне температуры и влаж­ности. В СССР и за рубежом выпускаются психрометры с проволочными термометрами сопротивления и терми-
сторами со шкалой, градуированной в процентах отно­сительной влажности. В них используются упрощенные измерительные схемы, решающие уравнения, получен­ные путем аппроксимирования зависимостей, связываю­щих относительную влажность с Tc и TM или с Tc и Tc—TM.

На рйс. 7-5,с показано семейство кривых Tc—TM= =F(Tc) с параметром ф. Считая, что эти кривые пересе­кают ось абсцисс в одной точке (расположенной на оси

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПСИХРОМЕТРЫ

Рис. 7-5. Кривые постоянной относительной влажности в коорди­натах.

И — температура — психрометрическая разность; б — температура сухого тер­мометра — температура мокрого термометра.

Абсцисс между —7 и —20°С), с некоторым приближе­нием можно описать их уравнением

Ї00 - У-К H fc~'M.,2 . (7-4)

«2 + Ч--------------------------------------------------- «З'с

Где ki, ks — постоянные величины.

Для решения уравнения (7-4) применен магнитоэлек­трический логометр, измерительная рамка которого вклю­чается в мост, содержащий в двух смежных плечах су­хой и мокрый термометры сопротивления, а вторая (про­тиводействующая) рамка — во второй мост, одним из плеч которого является сухой термометр. Оба моста пи­тает общий источник постоянного тока. Параметры обоих неравновесных мостов подобраны так, что ток в диаго­нали первого моста пропорционален психрометрической разности, а ток в диагонали второго — выражению (k2+ + TcЫ2С). Отклонение стрелки прибора пропорциональ­но отношению токов в обеих рамках, и шкала логометра
fi соответствий с выражением (7-4) градуируется й нре» центах относительной'влажносги.

В современных автоматических психрометрах при­меняются преимущественно измерительные схемы, содер­жащие два термометрических датчика в сочетании с авто­матическими регистрирующими приборами (электронные мосты и потенциометры).

Широко применяемая измерительная схема основана на использовании семейства кривых <p=const в коорди­натах tc, tM.

Эти кривые можно аппроксимировать прямыми (рис. 7-5,6) и с известным приближением считать, что они пересекаются в одной точке с координатами Ta, Fa, Образуя веерообразный пучок. Следовательно, относи­тельную влажность 'ф можно выразить как функцию от­ношения

(£=£)■ (7-5)

Для узкого диапазона температур, например ^ +40 °С, можно при­нять Ta=Fa =—14 или - —15 °С.

Измерительная схе­ма психрометра (рис. 7-6) состоит из двух мостов, имеющих одну общую точку и само­стоятельные источники питания. Мост I содер­жит в качестве плеча сухой термометр со­противления іДс, мост II — мокрый термометр Дм. В диагональ моста / вклю­чен реохорд Др, а на вход указателя нуля Н подается разность выходного напряжения Uu моста II и напряже­ния L'p между началом реохорда и его движком. При соответствующем подборе постоянных сопротивлений, входящих в остальные плечи мостов I и II, можно напи­сать:

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПСИХРОМЕТРЫ

Рис. 7-6. Измерительная схема пси­хрометра с термометрами сопротив­ления и шкалой в единицах относи­тельной влажности.

Um = Ki{Tni Ta) Uv=Kz(TcTb), Где >ki, kz — коэффициенты пропорциональности.

Ёсли реохорд намотан равномерно, то при равновё-

Сии

UM=xUv

(х—.перемещение движка реохорда) или

Д._________________________________________ ____ Tb! tg

Kz t0---------------------------------------------- Tj,

Таким образом, шкалу реохорда можно градуировать в процентах относительной влажности.

В реальной схеме автоматического психрометра (на­пример, прибора ПЭ [Л. 0-1]) оба моста имеют общий источник питания, общими являются также два плеча с постоянными сопротивлениями.

Известные схемы психрометров для непосредствен­ного измерения относительной. влажности с использова­нием. полупроводниковых термисторов представляют со­бой мосты, имеющие в качестве смежных плеч сухой и мокрый термисторы и дополненные схемой с третьим тер - мистором, измеряющим температуру воздуха.

В [Л. 7-5] зависимость относительной влажности <р от психрометрической разности At аппроксимируется - уравнением

1—Ф=аіДі/—а2 {At) 2+а3 {At)3,

Где аи а2, а3 — коэффициенты, изменяющиеся в функции температур сухого и мокрого термометров.

Предложенная измерительная схема психрометра (рис. 1-1,а) представляет собой неуравновешенный мост с сухим Rc и мокрым RM термисторами, у которого диа­гональ питания содержит последовательно с источни: ком питания большое постоянное сопротивление г; кро-, ме того, эта диагональ шунтирована дополнительным термистором JRC-Д, измеряющим температуру воздуха. Отсчет относительной влажности производится по шкале показывающего-прибора Н.

Схема, .приведенная на рис. 7-7,6 |[Л. 7-8], основана на уравнении (7-5). Используется также то обстоятель­ство, что выходное напряжение омического делителя на­пряжения, состоящего из термистора RT и последова­тельного постоянного резистора R,

UR U

(£/вх—напряжение, приложенное к ДелМтелю) приблй-1 зительно пропорционально температуре, измеряемой тер - мистором. Такие два делителя, содержащие гермисто- ры — сухой Rc и мокрый RM, включены во входную и выходную цепи типового операционного (инвертирующе­го) усилителя У.

Напряжение, снимаемое с выходного делителя уси­лителя,

Где Uі — напряжение, подаваемое па входной делитель; остальные обозначения — ем. формулу (7-5).

Напряжение U2 измеряет показывающий прибор П. Как и другие схемы, основанные на аппроксимирован­ных зависимостях, данная схема обеспечивает удовл'ет-

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПСИХРОМЕТРЫ

Рис. 1-1. Измерительные схемы психрометров с термисторами.

Верительную точность измерения относительной влажно­сти лишь для относительно узких диапазонов изменений Ф (40<ф<Ю0%) И *с (15</с<40°С).

Переходя к общей оценке психрометров, можно от­метить их достоинства: использование типовых темпера­турных датчиков, удовлетворительную точность измере­ния при положительных температурах и возможность гра­дуировки по температурам сухого и мокрого термомет­ров, а не по влажности. Недостатками являются необхо­димость вентиляции мокрого термометра, зависимость показаний от давления газа, невозможность применения при низких отрицательных температурах и затруднения с увлажнением и определением фазового состояния воды при температурах ниже О °С. При производственном кон - іроле дополнительные затруднения Ёызывают необходи­мость обслуживания (водоснабжение, смена фитиля) и чувствительность психрометра к загрязнениям исследуе­мого газа. 'Перечисленные недостатки послужили причи­ной наблюдаемого в последние годы вытеснения психро­метров гигрометрами других типов, описанными в после­дующих параграфах и главах.

ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ

Методы измерения влажности

М. А. БЕРЛИНЕР Методы измерения влажности твердых материалов, жидкостей и газов, основанные на преобразовании влаж­ности в другую физическую величину с использованием современной измерительной техники, насчитывают всего несколько десятилетий; некоторые из …

МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ ВЛАЖНОСТИ

Задачи метрологического обслуживания измерений влажности возникли сравнительно недавно, после того как эти измерения заня­ли место одной из отраслей аналитической техники. Как и в других отраслях измерительной техники, основной метрологической' зада­чей …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.