Экспериментальное определение влажности воздушной массы

 

 

Чем меньше относительная  влажность, тем дальше пар от насыщения, тем интенсивнее происходит испарение. Давление насыщенного пара p0 при  заданной температуре — величина табличная. Упругость водяного пара (а значит, и абсолютную влажность) определяют по точке росы.

Максимальная влажность  воздуха (граница насыщения)

Граница насыщения - количество водяного пара, которое может содержаться  в воздухе при определённой температуре  в термодинамическом равновесии (максимальное значение влажности воздуха  при заданной температуре), [г/м³ ]. При  повышении температуры воздуха  его максимальная влажность увеличивается.

Дефицит влажности 

Дефицит влажности - разность между максимально возможным  и фактическим давлением водяного пара [Па] (при данных условиях: температуре  и давлении воздуха).

Точка росы.

Температуру, при которой  пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным в процессе охлаждения, называют точкой росы.

По точке росы с помощью  специальных таблиц можно определить абсолютную влажность р. По заданной температуре воздуха можно определить с помощью этих же таблиц плотность  насыщенного пара р0, а затем определяют относительную влажность воздуха.

Относительная влажность  газа при этом составляет 100 %. С дальнейшим притоком водяного пара или при охлаждении воздуха (газа) появляется конденсат. Таким  образом, хотя роса и не выпадает при  температуре −10 или −50 °C, выпадает изморозь, иней, лёд или снег, точка  росы в −10 или −50 °C существует и  соответствует 2,361 и 0,063 г воды на 1м³ воздуха или другого газа под  давлением одна атмосфера;

Перенасыщенный водяной  пар

В отсутствие центров конденсации  при снижении температуры возможно образование пересыщенного состояния, то есть относительная влажность  становится более 100 %. В качестве центров  конденсации могут выступать  ионы или частицы аэрозолей, именно на конденсации пересыщенного пара на ионах, образующихся при прохождении  заряженной частицы в таком паре основан принцип действия камеры Вильсона и диффузионных камер: капельки воды, конденсирующиеся на образовавшихся ионах образуют видимый след (трек) заряженной частицы.

Другим примером конденсации  перенасыщенного водяного пара являются инверсионные следы самолётов, возникающие  при конденсации перенасыщенного  водяного пара на частицах сажи выхлопа  двигателей.

Температура точки росы газа—  это значение температуры газа, при  достижении которой водяной пар, содержащийся в газе, охлаждаемом  изобарически, становится насыщенным над плоской поверхностью воды.

Формула для приблизительного расчёта точки росы в градусах Цельсия (только для положительных  температур):

 

где

Tp = точка росы,

a = 17.27,

b = 237,7 °C,

 

T = температура в градусах  Цельсия,

RH = относительная влажность  в объёмных долях (0 < RH < 1.0),

ln — натуральный логарифм.

Формула обладает погрешностью ±0.4 °C в следующем диапазоне значений:

0 °C < T < 60 °C

0.01 < RH < 1.0

0 °C < Tр < 50 °C

Значения точки росы в  градусах °C для ряда ситуаций определяют с помощью пращевого психрометра  и специальных таблиц. Сначала  определяют температуру воздуха, затем  влажность, температуру подложки и  с помощью таблицы Точки росы определяют температуру, при которой  не рекомендуется наносить покрытия на поверхность.

Относительная влажность %	0	2,5	5	7,5	10	12,5	15	17,5	20	22,5	25
20	-20	-18	-16	-14	-12	-8,8	-7,7	-5,6	-3,6	-1,5	-0,5
25	-18	-15	-13	-11	-9,1	-6,9	-4,8	-2,7	-0,6	1,5	3,6
30	-15	-13	-11	-8,9	-6,7	-4,5	-2,4	-0,2	1,9	4,1	6,2
35	-14	-11	-9,1	-6,9	-4,7	-2,5	-0,3	1,9	4,1	6,3	8,5
40	-12	-9,7	-7,4	-5,2	-2,9	-0,7	1,5	3,8	6,0	8,2	10,8
45	-10	-8,2	-5,9	-3,6	-1,3	0,9	3,2	5,5	7,7	10,0	12,3
50	-9,1	-6,8	-4,5	-2,2	0,1	2,4	4,7	7,0	9,3	11,6	13,9
55	-7,9	-5,6	-3,3	-0,9	1,4	3,7	6,1	8,4	10,7	13,0	15,3
60	-6,8	-4,4	-2,1	0,3	2,6	5,0	7,3	9,7	12,0	14,4	16,7
65	-5,8	-3,4	-1,0	1,4	3,7	6,1	8,5	10,9	13,2	15,6	18,0
70	-4,8	-2,4	0,0	2,4	4,8	7,2	9,6	12,0	14,4	16,8	19,1
75	-3,9	-1,5	1,0	3,4	5,8	8,2	10,6	13,0	15,4	17,8	20,3
80	-3,0	-0,6	1,9	4,3	6,7	9,2	11,6	14,0	16,4	19,8	21,3
85	-2,2	0,2	2,7	5,1	7,6	10,1	12,5	15,0	17,4	19,9	22,3
90	-1,4	1,0	3,5	6,0	8,4	10,9	13,4	15,8	18,3	20,8	23,2
95	-0,7	1,8	4,3	6,8	9,2	11,7	14,2	16,7	19,2	21,7	24,1
100	0,0	2,5	5,0	7,5	10,0	12,5	15,0	17,5	20,0	22,5	25,0

 

Диапазон комфорта:

Tочка росы, °C	Восприятие человеком	Относительная влажность (при 32 °C), %
более 26	крайне высокое восприятие, смертельно опасно для больных астмой	65 и выше
24—26	крайне некомфортное состояние	62
21—24	очень влажно и некомфортно	52—60
18—21	неприятно воспринимается большинством людей	44—52
16—18	комфортно для большинства, но ощущается верхний предел влажности	37—46
13—16	комфортно	38—41
10—12	очень комфортно	31—37
менее 10	немного сухо для некоторых	30

 

 

Удельная влажность 

Удельная влажность - масса  водяного пара в граммах на килограмм  увлажнённого воздуха [г/кг], то есть отношение  масс водяного пара и увлажнённого воздуха;

 

 

Оптимальные нормы микроклимата для помещений с ВДТ и ВЭВМ.

Период года       Холодный     Теплый

Категория работ     ЛЕГКАЯ-19    ЛЕГКАЯ-16      ЛЕГКАЯ-19    ЛЕГКАЯ-16

Температура воздуха Гр. С     22-24 21-23   23-25 22-24

Относительная влажность  воздуха, %   40-60 40-60   40-60 40-60

Скорость движения воздуха, м/с    0,1 0,1   0,1 0,2

 

Примечание: к категории 19 относятся работы, производимые сидя и не требующие физического напряжения, при которых расход энергии составляет до 120 ккал/ч; категория 16 относятся работы, производимые сидя, стоя, или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением, при котором расход энергии составляет от 120 до 150  ккал/ч.

Так как в течение учебного года студентам приходится больше времени  проводить в учебном заведении, то не маловажную роль играет состояние  влажности в учебных кабинетах.

Оптимальные и допустимые параметры температуры и относительной влажностью воздуха в помещениях с ВДТ и ПЭВМ во всех учебных и дошкольных учреждениях.

Оптимальные параметры   Температура град. С. Относительная влажность %   19 20 21   62 58 55

Допустимые параметры   Температура град. С. Относительная влажность %   18 22 _   39 31 _

 

Примечание: скорость движения воздуха – не более 0,1 м/с.

 

Определение влажности  воздуха.

Для определения влажности  воздуха используют такие приборы, как гигрометры (конденсационный  и волосной) и психрометры.

 

 Психрометр Августа состоит из двух термометров - сухого и влажного. Влажный термометр показывает температуру ниже, чем сухой, т.к. его резервуар обмотан тканью, смоченной в воде, которая, испаряясь, охлаждает его. Интенсивность испарения зависит от относительной влажности воздуха. По показаниям сухого и влажного термометров находят относительную влажность воздуха по психрометрическим таблицам. В последнее время стали широко применяться интегральные датчики влажности (как правило, с выходом по напряжению), основанные на свойстве некоторых полимеров изменять свои электрические характеристики (такие, как диэлектрическая проницаемость среды) под действием содержащихся в воздухе паров воды. Для поверки приборов для измерения влажностей применяют специальные установки - гигростаты.

Измеренные психрометром значения температур можно перевести  в значение относительной влажности  воздуха по специальной таблице:

термометр, °C Разность показаний термометров, °С
1 2  3  4  5  6        7                                           8        9
Относительная влажность, %
10 88 76 65 54 44 34 24 14 5
12 89 78 68 57 48 38 29 20 11
14 89 79 70 60 51 42 34 25 17
16 90 81 71 62 54 45 37 30 22
18 91 82 73 65 56 49 41 34 27
20 91 83 74 66 59 51 44 37 30
22 92 83 76 68 61 54 47 40 34
24 92 84 77 69 62 56 49 43 37
26 92 85 78 71 64 58 51 46 40
28 92 85 78 71 64 58 51 46 40
28 93 85 78 72 65 59 53 48 42
30 93 86 79 73 67 61 55 50 44

 

Конденсационный гигрометр  представляет собой металлическую  коробку А, передняя стенка К которой  хорошо отполирована (рис. 2) Внутрь коробки  наливают легко испаряющуюся жидкость — эфир — и вставляют термометр. Пропуская через коробку воздух с помощью резиновой груши  Г, вызывают сильное испарение эфира  и быстрое охлаждение коробки. По термометру замечают температуру, при  которой появляются капельки росы на полированной поверхности стенки К. Давление в области, прилегающей  к стенке, можно считать постоянным, так как эта область сообщается с атмосферой и понижение давления за счет охлаждения компенсируется увеличением  концентрации пара. Появление росы указывает, что водяной пар стал насыщенным. Зная температуру воздуха  и точку росы, можно найти парциальное  давление водяного пара и относительную  влажность.

 

Весовой (абсолютный) гигрометр  состоит из системы U-образных трубок, наполненных гигроскопическим веществом, способным поглощать влагу из воздуха. Через эту систему насосом  протягивают некоторое количество воздуха, влажность которого определяют. Зная массу системы до и после  измерения, а также объём пропущенного воздуха, находят абсолютную влажность.

 

Действие волосного гигрометра (рис.3) основано на свойстве обезжиренного  волоса изменять свою длину при изменении  влажности воздуха, что позволяет  измерять относительную влажность  от 30 до 100 %. Волос натянут на металлическую  рамку. Изменение длины волоса передаётся стрелке, перемещающейся вдоль шкалы.

 

 

Плёночный гигрометр имеет  чувствительный элемент из органической плёнки, которая растягивается при  повышении влажности и сжимается  при понижении. Изменение положения  центра плёночной мембраны передаётся стрелке. Волосной и плёночный гигрометр  в зимнее время являются основными приборами для измерения влажности воздуха. Показания волосного и плёночного гигрометра периодически сравниваются с показаниями более точного прибора — психрометра, который также применяется для измерения влажности воздуха.

 

В электролитическом гигрометре пластинку из электроизоляционного материала (стекло, полистирол) покрывают  гигроскопическим слоем электролита  — хлористого лития — со связующим  материалом. При изменении влажности  воздуха меняется концентрация электролита, а следовательно, и его сопротивление; недостаток этого гигрометра — зависимость  показаний от температуры.

Действие керамического  гигрометра основано на зависимости  электрического сопротивления твёрдой  и пористой керамической массы (смесь  глины, кремния, каолина и некоторых  окислов металла) от влажности воздуха.

 

Всё большее распространение  находят электролитические гигрометры с подогревом, действие которых основано на принципе измерения точки росы над насыщенным соляным раствором (обычно хлористым литием), которая  для данной соли находится в известной  зависимости от влажности. Чувствительный элемент состоит из термометра сопротивления, на корпус которого надет чулок из стекловолокна, пропитанный раствором  хлористого лития, и двух электродов из платиновой проволоки, намотанных поверх чулка, на которые подаётся переменное напряжение.

Влажность воздуха можно  измерить и без специальных приборов.

Возьмите обычный комнатный  термометр, зафиксируйте его показания  в данном помещении. Затем укутайте носик термометра влажной тканью и оставьте его в этом же помещении  на 5-10 минут. Вычислите относительную  влажность по формуле, выведенной из пропорции. Она будет равна результату деления произведения температуры  второго замера и 100% на температуру  первого замера.