Что измеряет гигрометр в физике

Гигрометр. Виды и устройство. Работа и как выбрать. Особенности

Гигрометр – точный измерительный прибор, предназначенный для определения уровня влажности в воздухе или других газах. Может использоваться как отдельное устройство, предназначенное для измерения влажности, или являться частью климатических приборов, к примеру, кондиционеров и т.д.

Где используется гигрометр

Прибор имеет широкую сферу применения. Данные об уровне влажности воздуха являются важными, так как позволяют поддерживать оптимальный микроклимат.

Это может быть необходимо в:

С помощью гигрометра можно контролировать заданную влажность при производственном процессе. Ее контроль и поддержания на определенном уровне также важен для жилых помещений. Знание о влажности необходимы для корректировки микроклимата в помещениях, где содержатся животные. Также гигрометры применяются в теплицах.

Виды гигрометров

Для измерения влажности могут использоваться различные физические принципы. В связи с этим существует несколько типов гигрометров, имеющих существенные технические отличия. Они бывают:

Это разные приборы, многие из которых дают приблизительный результат, а также имеют другие ограничения использования, вследствие чего не пользуются спросом.

Волосной

Является устаревшим и чаще всего встречается как музейный экспонат. Принцип его работы основан на физическом свойстве волоса менять длину в зависимости от уровня влажности. В конструкции гигрометра используется натянутый волос, одним концом связанный со стрелкой. В зависимости от того насколько оттянется волос, зависит угол наклона стрелки.

Приборы этого типа считаются устаревшими ввиду низкой точности, но ее достаточно для бытового применения. Однако они очень чувствительны к механическому воздействию. При сильной встряске или ударе волос может порваться, и устройство выйдет из строя. Отремонтировать его крайне сложно, так как эта функция не предусматривается. Используемый в системе обезжиренный человеческий волос позволяет определять влажность воздуха в пределах от 30% до 100%. Устройство может использоваться для расчета влажности в случае минусовой температуры.

Пленочный гигрометр

Схож по принципу работы с волосяным. Он оснащается органической пленкой. Та меняет свою длину в зависимости от влажности. С пленкой связан механизм шкалы. Такое устройство не боится механического воздействия в разумных пределах, чем превосходит волосяные гигрометры. Устройство может использоваться для определения влажности воздуха при отрицательной температуре.

Зачастую устройство предусматривает наличие механизма калибровки. Его можно отрегулировать, пользуясь данными полученными на более точных приборах, которыми являются психометрические или абсолютные гигрометры.

Весовые

Такие гигрометры очень точные. Это избыточно для домашнего применения, поэтому такими приборами больше пользуются в лабораториях, так как они являются абсолютными. Устройство представляет собой соединенные трубки. Внутри них находится вещество, способное быстро поглощать пар из воздуха. Трубки постоянно пребывают в закрытом состоянии.

Для измерения относительной влажности необходимо открыть доступ воздуха на определенное короткое время. В результате прохождения через трубки пар из воздуха останется в поглощающем веществе. Вследствие этого масса самого гигрометра увеличится. Определив текущий вес устройства после увлажнения, и сравнив его с первоначальными данными, можно рассчитать относительную влажность.

Для пользования этим устройством нужно проводить математические расчеты. Для подсчетов требуются данные о массе гигрометра до и после измерения, а также об объеме пропущенного через трубки воздуха. Таким образом, чтобы получить более-менее точные данные измерения, необходимы весы с минимальной погрешностью. Кроме этого на уровень точности может влиять фактор состаривания вещества в трубках. Со временем оно теряет свои первоначальные свойства, и поглощает влагу из воздуха хуже.

Керамические

Устройство также называют механическим. Принцип его работы основан на зависимости уровня увлажненности диэлектрика к его токопроводности. Гигрометр оснащается керамическим пористым чувствительным элементом. Он поглощает влагу с воздуха. Если влажность высокая, то он набирает много воды, а если низкая, то керамический кубик наоборот подсыхает.

Через керамический элемент пропускается электрический ток. Когда влажность высокая, и он более увлажнен, то электрическое сопротивление снижается. Стрелка прибора реагирует на сопротивление, от чего располагается под определенным углом на циферблате, тем самым указывает на относительную влажность.

Данные устройства не самые точные, но дают вполне приемлемый результат, что позволяет их применять в системах климат-контроля и т.д. Главное их достоинство в даче прямых показаний влажности в текущем времени. Не нужно ничего считать по формулам или пользоваться вычислительными таблицами. Также устройство не нуждается в активации процесса замера. Его стрелка указывает на уровень влажности постоянно.

Конденсационные

Гигрометр этого типа также дает весьма приблизительный результат. В основе принципа его действия лежит свойство конденсирования пара. Устройство оснащается небольшим зеркалом. Перед замером измеряется температура зеркала. После этого оно охлаждается по принципу эффекта Пельтье. Остывание зеркала вызывает конденсирование на нем влаги. Как только это происходит, замеряется температура зеркала уже в этот момент. Сравнивая данные температуры, с помощью таблицы можно определить уровень относительной влажности.

Чтобы данные получились максимально точными, нужно вовремя определить момент образования конденсата, и своевременно измерить температуру зеркала. Для этого в гигрометре предусматривается оптическое или электрическое устройство. Электрическое является более точным, так как исключает человеческий фактор.

Электронные

Является наиболее удобным и весьма точным. Гигрометр оснащается пластинкой с электроизоляционного материала. Сверху нее имеется покрытие из хлорида лития. Уровень электрической сопротивляемости хлорида лития меняется в зависимости от уровня влажности воздуха.

Основываясь на этих данных, устройство самостоятельно проводит все исчисления, выдавая на дисплее готовый результат. Прибор очень быстро реагирует на изменение относительной влажности воздуха. Обычно данные приборы дополнительно оснащаются термометром.

Нужно отметить, что электрические гигрометры имеют разный уровень погрешности, зависящий от окружающей температуры. Более сложные приборы имеют усовершенствованный вычислительный потенциал, что позволяет минимизировать погрешность.

Психрометрические

Данный гигрометр также называют психрометр. Он имеет очень простую конструкцию. В основе прибора применяется 2 термометра. Один является сухим, а второй влажным. Влажный отличается от сухого тем, что внизу его колба соприкасается с батистовой лентой. Край ленты окунается в сосуд с водой. Вследствие этого лента всегда мокрая. Она увлажняет колбу мокрого термометра. Вода на нем испаряется, тем самым охлаждает термометр. По этой причине он показывает более низкую температуру.

Для определения влажности нужно сравнить нормальную температуру, полученную на сухом термометре и сниженную, из мокрого. Для этого используется специальная таблица. Обычно ее печатают прямо на корпусе психрометра.

Для работы данного прибора нужно своевременно подливать воду в колбу, в которую окунается батистовая лента. Если вода испариться, то данные с термометров будут одинаковыми.

Критерии выбора гигрометра

Ключевыми моментами при выборе гигрометра являются его следующие параметры:

Большинство гигрометров рассчитаны на использование только при положительной температуре. Если возникает необходимость работы при пониженных температурах, то используются мембранные и волосяные гигрометры. Кроме этого отдельные устройства могут применяться только в тепле. Так гигрометр ВИТ-2 может применяться в диапазоне температур +15…+40°С.

Также гигрометры разного устройства имеют разный диапазон определения относительной влажности. Большинство из них могут работать выдавать корректный результат замеров только в диапазоне 20-90%.

Важным критерием является принцип действия устройства. Одни приборы работают приблизительно, другие дают вполне точный результат. От принципа действия гигрометра зависит то, будет он показывается уровень относительной влажности непрерывно или только в момент проведения определенных манипуляций. Самыми удобными являются электронные и керамические гигрометры. Для работы с другими нужно делать расчеты, то есть придется потратить несколько минут, чтобы определить уровень влажности.

Источник

Виды гигрометров

За время существования гигрометра было разработано несколько методик, позволяющих определить влажность воздуха. Они отличаются по точности получаемых данных и по сфере применения.

Конденсационный гигрометр позволяет получить более точные данные, чем описанные выше механические приборы. Конструкция такого устройства включает в себя охлаждаемую поверхность, на которой конденсируется влага. Встроенный термометр фиксирует температуру, при которой произошла конденсация, а узкий пучок света, направленный на упомянутую поверхность, позволяет точно зафиксировать момент образования конденсата. На основании этих данных электроника рассчитывает относительную влажность и выводит ее на дисплей. Такой принцип действия позволяет свести погрешность к минимуму, выполняя измерения в пределах от 0 до 100%.

В электронных гигрометрах могут использоваться различные принципы действия, в том числе:

Все эти методы позволяют получить более точные данные, чем при использовании механического гигрометра. Электронный гигрометр дает меньшую погрешность и особенно удобен, если необходима дальнейшая обработка собранных данных.

Психрометрический гигрометр используется для измерения относительной влажности воздуха за счёт сравнения показаний двух термометров, один из которых помещен во влажную среду. Поскольку влажный будет охлаждаться за счёт испарения жидкости, он покажет более низкую температуру, чем контрольный. При этом, чем меньше влаги в воздухе, тем сильнее показания термометров будут отличаться. Относительная влажность определяется по специальной таблице, а на ее основании при необходимости вычисляется абсолютная.

На основе этого принципа функционируют несколько разновидностей психрометров:

Сфера применения гигрометров

Задачи, требующие контроля влажности, нередко возникают в различных отраслях промышленности. Современные производители выпускают гигрометры, рассчитанные на конкретную специфику применения, а значит, они наилучшим образом приспособлены для эксплуатации в той или иной сфере деятельности. Вот лишь несколько примеров ситуаций, которые можно решить с помощью этих измерительных приборов:

Профессиональные гигрометры

Гигрометр позволяет измерить не только влажность атмосферного воздуха, но и долю влаги в газовых средах. Для этого используется профессиональные устройства для анализа температуры и влажности неагрессивных газовых сред. Результат измерений часто выражается в единицах точки росы. Они могут быть переносными или стационарными.

Портативные

Видеообзор портативного электронного гигрометра

Стационарные

Стационарные гигрометры позволяют не только проводить измерения, но и контролировать технологические процессы. Конструкция прибора позволяет детектировать даже небольшой процент микровлажности. Система подогрева датчика делает измерения более точными, поскольку предотвращает воздействие на него осушающих агентов, которые могут содержаться в газовой смеси.

Сфера применения профессиональных гигрометров

Портативные и стационарные приборы для измерения влажности применяются, в первую очередь, в нефтегазовой и химической промышленности. Однако сфера их использования этим не ограничивается. Гигрометр может понадобиться всюду, где предполагается работа с неагрессивными газовыми смесями и нужно контролировать их состояние. Благодаря этому оборудование для измерения доли влаги в воздухе находит применение на атомных электростанциях, на производстве микроэлектроники, в энергетике. Также их применяют для контроля за процессом осушки природного газа.

Профессиональные гигрометры используются для решения широкого круга задач, связанных с организацией различных производственных процессов. В частности, они становятся незаменимыми, если нужно:

Как выбрать гигрометр

Чтобы выбрать подходящий гигрометр, определитесь, как его предстоит использовать. В быту отдают предпочтение недорогим механическим гигрометрам, тогда какна производстве эксплуатируются в основном электронные различных типов, ведь именно они дают наивысшую точность измерений.

Важно определиться, для чего прибор будет использоваться в первую очередь и насколько часто предстоит проводить измерения. Для использования в строительстве может понадобиться специализированный гигрометр для работы с определенной группой материалов, например, древесиной, а в других случаях подходящей окажется стандартная модель. Определите, что именно предстоит измерять, и оцените возможности различных гигрометров, представленных на рынке.

Значимым фактором являются и условия использования. Обратите внимание на то, в каком диапазоне температуры и влажности прибор будет давать корректные показания. В зависимости от особенностей производства может понадобиться гигрометр, функционирующий при крайне высоких или крайне низких температурах. Также следует учитывать погрешность изменений.

Имеет значение и то, как в дальнейшем будут обрабатываться полученные данные. В самом простом случае вам нужно просто однократно провести измерения, чтобы оценить влажность воздуха в помещении или микровлажность газовой смеси. Но стационарные гигрометры позволяют решать и более сложные задачи. С их помощью можно отслеживать изменение параметров, сигнализировать о достижении пороговых значений, а значит, более эффективно контролировать технологический процесс.

Не стоит забывать и об эргономических характеристиках прибора. Крупные цифры на дисплее должны быть контрастными и легко читаемыми. Возможно, вы предпочтете приобрести модель с подсветкой, чтобы без проблем считывать показания при любом уровне освещенности. Эргономика в особенности важна для переносных приборов: их корпус должен быть легким, таким, чтобы его было удобно держать в руке.

Источник

Гигрометр

Измерение относительной влажности выражается в% с диапазоном измерения от 0 до 100%.

Резюме

Исторический

В своем стремлении понять окружающий мир человек рано заинтересовался погодой и влажностью.

Области применения

Основные модели

Металло-бумажный гигрометр

Это устройство состоит из тонкой металлической полоски, намотанной по спирали, один конец которой закреплен, а другой свободный, выстланный полоской бумаги, пропитанной солью, и иглы, угловое положение которой на циферблате меняется в зависимости от положения свободный конец спирали. Поскольку бумажное полотно впитывает влагу, узел металл-бумага реагирует на изменение влажности изменением формы спирали, что позволяет индикатору двигаться. Таким образом, принцип работы очень похож на принцип действия биметаллического термометра, за исключением того, что в данном случае деформацию вносит влажность, а не температура. Неточность важна, более 10%.

Гигрометр для волос

Обратите внимание, что из соображений механической устойчивости используется пучок из нескольких волосков.

Деформация волос под действием влажности эластична, но происходит с некоторой задержкой, которая зависит от температуры, от напряжения, которому подвергаются волосы, и даже от самой относительной влажности. Следовательно, инерция гигрометра для волос довольно велика; обычно требуется от десяти до двадцати минут для стабилизации измерения при перемещении в атмосферу, относительная влажность которой сильно отличается от исходной атмосферы.

Как ни странно, кажется, что светлые волосы более чувствительны к изменениям влажности, чем каштановые.

Конденсационный гигрометр

Есть еще ручные модели, для которых оператор должен визуально проверить появление тумана на зеркале и отметить температуру.

Электронный сенсорный гигрометр

Электронный сенсорный гигрометр использует возможность изготовления из гигроскопичного материала электронных компонентов (обычно конденсатора или сопротивления ), полное сопротивление которых изменяется в зависимости от поглощения или резорбции молекул воды.

Электронные датчики влажности доступны не только в виде основных компонентов, но и в виде небольших цифровых модулей вывода, которые включают, помимо основного компонента, электронику, отвечающую за измерения, аналого-цифровое преобразование и управление. цифрового интерфейса. Эти модули часто также включают датчик температуры. Они настраиваются индивидуально.

Существует широкий спектр недорогих электронных гигрометров, оснащенных датчиками массового производства, точность которых часто столь же относительна, как и влажность, которую они должны измерять; в большинстве случаев эти «потребительские» продукты также измеряют температуру. В термо-гигрометры профессионалов, в свою очередь, оснащены гораздо лучше датчиками качества.

Емкостной датчик гигрометра

Емкостные датчики обычно обеспечивают точность ± 2% во всем диапазоне относительной влажности.

Для измерения влажности Météo-France использует электронные датчики с емкостными датчиками.

Гигрометр с резистивным датчиком

Современные резистивные датчики используют резистивные свойства гигроскопичного полимера. Изменение сопротивления обычно представляется как обратная экспоненциальная функция влажности, чувствительная к температуре. Поэтому эти датчики требуют линеаризации, а также температурной компенсации, которые в большинстве случаев интегрированы. Менее дорогие, чем емкостные датчики, но менее точные, они широко используются в «потребительских» товарах.

Психрометр

Он состоит из двух термометров, которые одновременно и в одном месте измеряют температуру воздуха (известную как температура сухого термометра ) и его «влажную температуру». Для измерения « температуры влажного термометра » (или температуры влажного термометра ) технически необходимо, чтобы второй термометр был окружен фитилем, пропитанным жидкой водой, и чтобы влажный воздух, соприкасающийся с этим термометром, обтекал его. достаточная скорость. Таким образом, в установившемся режиме высыхание влажного фитиля вызывает изэнтальпическое падение температуры до насыщения воздуха в непосредственном контакте с термометром.

Гравиметрический метод

Калибровка и регулировка

Процедура отличается простотой. Все, что вам нужно сделать, это поместить гигрометр для калибровки в герметичный контейнер, а также в небольшую чашку с таким раствором и дождаться стабилизации измерения, что может занять несколько часов. Сравнивая это измерение со значением относительной влажности, соответствующим используемому физиологическому раствору, мы можем определить погрешность измерения гигрометра и, следовательно, выполнить его настройку, обычно поворотом винта, если это гигрометр для волос, или конфигурацией. меню, если это цифровой гигрометр.

Обратите внимание, что большинство гигрометров, когда они предлагают возможность регулировки, допускают только ограниченную настройку : вся кривая отклика гигрометра смещается на основе калибровочного измерения на одну точку, например, при относительной влажности 75%; поэтому вполне возможно, что ошибка измерения сохраняется или даже появляется для других точек, более или менее удаленных от исправленной точки. Однако некоторые прецизионные гигрометры допускают регулировку в нескольких точках.

Количество воды, используемой для приготовления раствора, должно быть достаточным для достижения калибровочной относительной влажности в соответствующем объеме, а количество соли должно быть достаточным для полного насыщения раствора, но не растворения полностью. Следует использовать дистиллированную воду, чтобы избежать присутствия солей, отличных от желаемой. Если, когда контейнер закрыт, захваченный воздух имеет относительную влажность выше, чем эталонная относительная влажность физиологического раствора, часть этой влажности будет улавливаться избытком соли до тех пор, пока не будет достигнута точка d. ‘Уравновешена. В противном случае небольшая часть раствора испарится до достижения этой точки равновесия, вызывая кристаллизацию соли, которая была растворена в этой части.

Эти калибровки соли имеют точность ± 1%.

К сведению, существуют наборы, предназначенные для любителей сигар, позволяющие калибровать гигрометры, которые они используют для контроля условий хранения своих драгоценных товаров. А если серьезно, то производители профессиональных гигрометров предлагают калибровочные блоки, связанные с ампулами с различными солевыми растворами.

Трудности измерения

Источник