Психрометр — это прибор, предназначенный для измерения влажности воздуха, который работает на основе разности температур сухого и влажного термометров. Когда воздух проходит над влажным термометром, вода испаряется, и его температура понижается, что позволяет определить относительную влажность окружающей среды.

Использование психрометра критически важно в различных областях, включая метеорологию, сельское хозяйство и HVAC-системы, так как влажность воздуха влияет на климатические условия, здоровье людей и эффективность множества технологических процессов.

Измерение влажности воздуха с помощью психрометрии

Психрометрический способ измерения влажности воздуха

Измерение влажности воздуха при помощи психрометрии происходит за счет определения разницы в температуре тела при испарении с его поверхности, что приводит к потере тепла на испарение. Приборы, использующие психрометрический метод, называются психрометрами (например, МВ-4-2М, М-34М).

Психрометр состоит из двух термометров: один из них (смоченный) погружен в влажный материал. Благодаря испарению с поверхности материала, температура смоченного термометра будет ниже, чем у сухого термометра, показывающего температуру воздуха. Эта разница температур говорит о влажности воздуха.

Давление водяного пара в воздухе определяется с помощью психрометрической формулы, на основе которой созданы соответствующие таблицы.

е = E` — Ap (t — t)’ · (1 + 0,00115 · t`), гПа,

где E` — парциальное давление водяного пара, насыщающего пространство, при температуре смоченного термометра; А — психрометрический коэффициент, учитывающий скорость движения воздуха; р — атмосферное давление, гПа; t и t` — соответственно температура сухого и смоченного термометров, °С; (1 + 0,00115 · t`) — учитывает зависимость теплоты испарения от температуры.

Подготовка гигрометра психрометрического

Перед применением гигрометра психрометрического следует выполнить несколько предварительных шагов.

— Проверьте термометры. Убедитесь, что оба термометра на гигрометре психрометрическом работают правильно. Проверьте, что они показывают адекватные значения температуры. Если термометры нуждаются в калибровке или замене, обратитесь к изготовителю для получения соответствующих инструкций.

— Подготовьте влажный градусник. Прежде чем начать измерения, тщательно пропитайте тканевую пробку влажного градусника. Она должна быть насыщена водой, но не должна капать. Удостоверьтесь, что тканевая пробка плотно прилегает к градуснику.

Использование гигрометра психрометрического

Как только вы подготовили гигрометр психрометрический, можно приступить к измерениям относительной влажности воздуха.

Шаг 1: Запишите начальные данные

Прежде чем начать измерения, запишите начальные значения температуры сухого и влажного градусников. Это позволит вам провести вычисления и определить относительную влажность.

Шаг 2: Проветрите приборы

Убедитесь, что место, где будете проводить измерения, хорошо проветривается. Избегайте прямого попадания солнечных лучей на гигрометр, так как это может повлиять на точность результатов.

Шаг 3: Проведите измерения

Разместите психрометр в рабочей зоне и дайте ему время на стабилизацию температурных показателей. Обычно этот процесс занимает несколько минут. Удостоверьтесь, что термометры находятся в свободном от препятствий месте и не соприкасаются с другими объектами.

Шаг 4: Запишите окончательные данные

Когда температурные показатели стабилизируются, запишите окончательные значения сухого и влажного термометров с высокой точностью.

Шаг 5: Посчитайте относительную влажность

С помощью формулы, предоставленной производителем психрометра, определите относительную влажность на основе разницы температур сухого и влажного термометров. Вам, возможно, потребуется обратиться к таблице или воспользоваться онлайн-калькулятором для проведения расчетов.

Недостатки психрометров

Несмотря на все свои минусы, а их на самом деле много, психрометры до сих пор пользуются спросом. Например, количество запросов "где купить психрометр" в поисковике Яндекс в месяц составляет 1347, "где купить ВИТ-1" — 1692, "где купить ВИТ-2" — 2338. Хотя количество таких запросов постепенно уменьшается, это указывает на то, что наши клиенты переходят на более современные и точные приборы.

А теперь давайте обсудим недостатки психрометров, из-за которых провести точные измерения с их помощью довольно проблематично. И мы рассмотрим это на примере психрометров ВИТ-1 и ВИТ-2. Обратимся к инструкции по эксплуатации данного прибора.

"Необходимо закрепить прибор на стене так, чтобы он находился на уровне глаз. Выберите место, где температура воздуха одинаковая для обоих термометров прибора, стараясь избегать близости к радиаторам отопления, окнам и прочим источникам тепла. Подсоедините питатель, налейте в резервуар дистиллированную воду, пропитайте питатель. Для обеспечения правильной работы устройства установите вертикальную скорость аспирации воздуха в интервале от 0,5 до 1,0 м/с. Проверьте скорость при помощи крыльчатого анемометра У5."

Для точного измерения влажности необходимо обеспечить достаточную скорость воздушного потока 0,51,0 м/с для психрометра ВИТ, так как устройство не оснащено встроенным вентилятором. Поэтому при использовании психрометра ВИТ-1 или ВИТ-2 необходимо приобрести дополнительно вентилятор, анемометр и провести поверку последнего. Если стоимость самого психрометра ВИТ-1 или ВИТ-2 составляет около 300-500 рублей, то на приобретение всего комплекта с поверкой придется потратить уже более 5000 рублей. Именно поэтому использование вентилятора, анемометра и обеспечение достаточного воздушного потока часто не учитывается при работе с психрометрами.

В соответствии с инструкцией по использованию аспирация должна быть поддерживаема на постоянной скорости в течение 30 минут. Те, кто будет стоять возле психрометра ВИТ-1 с вентилятором и анемометром в музейном зале (это должны быть два человека), должны продолжать это в течение полутора часов. Поэтому покупатели ВИТ-1 и ВИТ-2 довольствуются простым психрометром, который просто висит на стене и показывает какие-то показания, даже если они не всегда точны.

Какие еще минусы у психрометров?

Ограниченный диапазон измерения влажности, который зависит от температуры.

Диапазон измерения влажности у гигрометра психрометрического ВИТ-2

Измерение влажности воздуха при температуре ниже 20 градусов по Цельсию с помощью психрометра невозможно из-за замерзания жидкости. При температуре ниже нуля этот прибор также не работает. Точность психрометра ВИТ-2 составляет около плюс-минус 57% при соблюдении всех правил измерения температуры.

Рассмотрим менее значительные, но важные недостатки психрометров, которые сказываются на их точности. Для корректного использования психрометров необходимо применять дистиллированную воду или, в крайнем случае, кипяченую, так как соли в воде могут забивать капилляры ленты и привести к ее быстрому высыханию. Также рекомендуется использовать психрометр в помещении без пыли, поскольку пыль оказывает влияние на влагопоглотительность тканевой ленты. Кроме того, для достижения точности измерений с психрометрами необходимо учитывать отличие фактического атмосферного давления от нормального и вносить соответствующую поправку в данные психрометрической таблицы или производить расчет по формуле Реньо (что практически невозможно, так как данная формула довольно сложна даже для опытных специалистов).

Возможно ли, что у психрометров ВИТ-1 и ВИТ-2 совсем нет преимуществ?

Если принять неверное измерение и осознанно не применять анемометр и вентилятор для вентиляции, то их преимущество – доступная цена и наличие устройства, которое в определенной степени показывает информацию.

Сейчас психрометры представляют собой архаизм, рудимент, который мы не можем забыть, в частности из-за привычки и доступной цены. Но уже сегодня для получения точного показателя температуры можно использовать умные электронные гигрометры или термогигрометры.

На что можно заменить психрометры ВИТ-1 и ВИТ-2?

Можно заменить их на электронные измерительные устройства влажности и температуры ИВИТ-М. Эти приборы внесены в Государственный реестр средств измерений, могут быть поставлены с калибровкой, обеспечивают точность измерения от ±2,5% относительной влажности, от ±0,4°C в диапазоне от –40 до +100°C, 5.95%. Они обладают различными видами выходов: 4-20 мА, RS485 Modbus, Ethernet, что позволяет создать полностью автоматизированную систему контроля микроклимата. Это идеально подходит для складов фармацевтических и пищевых продуктов, производственных помещений, архивов, музеев и т.д.

Если требуется устройство более простое и дешевое, то наши термогигрометры Ivit-1 и Ivit-2 используют те же швейцарские сенсоры от компании Sensirion, которые применяются в измерителях ИВИТ-М. Эти небольшие устройства могут использоваться в доме, офисе, больнице, детском саду, школе. Их ЖК дисплей показывает точные значения температуры и влажности с точностью до ±0,5°C и ±3,0%. При этом им не требуется никакой дополнительной вентиляции, анемометров и тому подобного.

Устройство Ivit-1 для измерения влажности	Прибор Ivit-2 для контроля влажности

Применение психрометрического метода в промышленности

Приборы для измерения влажности воздуха — психрометры Августа или Ассмана — могут быть полезны в различных областях, от офисов и квартир до аптек и теплиц. Они представляют собой доступный и простой способ определения относительной влажности воздуха. Большинство психрометров, доступных на рынке, имеют сертификацию и при поверке проверяют оба термометра, включенных в них, без дополнительного оборудования, что упрощает процедуру их использования.

Однако следует учитывать, что в промышленности использование таких психрометров также имеет определенные особенности:

1. Поскольку они основаны на ртутных или спиртовых термометрах, не предоставляющих цифрового сигнала, невозможно интегрировать их в автоматизированные системы управления технологическим процессом;

2. Практически все табличные данные или номограммы, содержащиеся в документации по психрометрам, подготовлены для области плюсовых температур и не учитывают корректирующие коэффициенты из-за воздействия перечисленных выше факторов. В данном случае необходимо провести аналитическое пересчитывание коэффициентов, а отсутствие возможности автоматической реализации на контроллере создает серьезные трудности для оператора;

3. Во многих отраслях промышленности, таких как тесто отдыха, выращивание грибов, сушка древесины, животноводство / птицеводство, паровоздушная смесь содержит разнообразные загрязняющие вещества или пыль — это приводит к постепенному загрязнению воды в питателе и материале для батистов, что увеличивает погрешность измерений;

4. В некоторых случаях, например, при сушке макарон, кирпичей, древесины, необходимо управлять относительной влажностью при постоянно высоких температурах выше 70 градусов Цельсия.

Прежде всего, большинство доступных на рынке психрометров из-за использования жидкостных термометров имеют ограничение по верхней границе температуры окружающего воздуха 40-50 градусов Цельсия. Во-вторых, испарение воды из ресивера будет происходить довольно активно, и он будет быстро опустошаться — оператору придется постоянно следить за уровнем воды и влажностью ткани. В-третьих, при температурах выше 100 градусов Цельсия измерение станет невозможным из-за кипения воды.

Таким образом, если использовать в промышленности психрометры Ассмана или Августа, то влияние описанных выше факторов, таких как загрязненность, присутствие агрессивных веществ в воздухе и работа в условиях низких или высоких температур, приведет к невозможности применения этого метода или к увеличению погрешности измерения влажности до 10-15%, что критично для многих технологических процессов.

Кроме того, такой метод психрометрии можно применить, как уже упоминалось ранее, с использованием двух термосопротивлений типа Pt100 с точностью класса A или AA — один из них будет работать как "сухой" термометр, а второй будет обернут тканью, расположен над емкостью с водой и выступать в роли "влажного" термометра. При этом их сигналы подключаются к внешнему контроллеру, что позволяет осуществить расчет относительной влажности в автоматическом режиме. Например, можно применить следующий алгоритм:

1. В контроллер вводятся формулы 1 и 2, формулы для расчета давления насыщенного водяного пара Ew(t’), Ei(t’), таблицы коэффициентов fw(P,t’), fi(P,t’), зависимость психрометрического коэффициента Aном от внешних факторов. Расчетные формулы представлены в статье "Новые возможности датчиков влажности Galltec+Mela D серии"

• внешний вентилятор, обеспечивающий стабильную скорость аспирации, желательно контролировать поток воздуха дискретным датчиком, чтобы определить момент выхода вентилятора из строя и достоверность вычислений;
• внешний дискретный датчик, определяющий фазовое состояние воды. В случае невозможности применяется упрощенный алгоритм, который рассчитывает значение относительной влажности по формуле 3:

φ = φ w + φ i 2 %varphi= < %varphi _w+%varphi _i>over

3. Вся система измерения защищена вентилируемым фильтрующим корпусом, чтобы минимизировать воздействие загрязняющих факторов и/или пыли.

При использовании данного подхода, можно достичь полной точности измерения влажности до 2-3% без участия оператора в течение значительного времени.

Это позволяет пользователю создать систему непрерывного измерения относительной влажности по психрометрическому методу с использованием программируемых логических контроллеров в автоматическом режиме и с высокой точностью.

Другой подход к измерению влажности в промышленности

Ясно, что используемый выше подход к измерению относительной влажности воздуха с помощью психрометрии превращается в сложную систему, которую сложно реализовать. Упрощенный метод без учета всех особенностей обычно не обеспечивает необходимой точности или вовсе не применим. Поэтому более распространенным методом измерения относительной влажности в промышленности является емкостной метод, который напрямую измеряет относительную влажность воздуха. Основой данного метода является влагозависимый конденсатор (см. рисунок 6).

Этот объект состоит из керамической подложки, в которую встроены электроды (обкладки), а сверху покрыт очень тонким полимерным слоем (диэлектрик), который поглощает молекулы воды из окружающего воздуха. Для понимания принципа измерения давайте воспользуемся формулой 4 для расчета емкости плоского конденсатора:

C = ε ε 0 S d C= %varepsilon %varepsilon _0 over

где: Ɛ0 — значение электрической постоянной равно 8,85*10 -12 Ф/м; S — площадь обкладок конденсатора, м 2; d — расстояние между обкладками, м; Ɛ — значение относительной диэлектрической проницаемости среды.

Данные преимущества делают датчики Galltec-Mela идеальным выбором для применения в различных отраслях промышленности, где необходимо точно и надежно измерять показатели влажности воздуха.

• Простой датчик серии L отличается высокой точностью измерения – его основная допустимая погрешность составляет 3%. Компания Galltec-Mela предлагает датчики серии А/В, которые работают на основе микроконтроллера с погрешностью всего 1,5% и подходят для утвержденного типа измерений;
• Эти датчики обеспечивают долговечную работу в диапазоне температур от -80 до +200°С;
• Защитить датчики влажности от воздействия пыли и агрессивных сред можно просто, используя фильтры в различных технологиях;
• Датчики обладают высокой стабильностью, не зависящей от температуры или давления воздуха окружающей среды.

Принцип работы психрометра

С момента своего изобретения, аналогично как и другие устройства, менялся только внешний облик этого стационарного прибора, который привычно устанавливается на стене. Однако, принцип его функционирования остается по-прежнему неизменным. На маленькую пластинку изготовленную из дерева, пластика или любого другого материала с низкой теплопроводностью, устанавливаются два термометра с расстоянием не превышающим 5 см между ними.

Один из термометров имеет резервуар с расширяющейся жидкостью, который обволакивает влажный фитиль. Другой конец фитиля опускается в небольшой сосуд с дистиллированной водой, который прозвали питатель. Питатель изготовлен из пластика и наполнен дистиллированной (или в крайнем случае кипяченой) водой. Термометры подписываются соответственно как «Сухой» и «Увлажненный».

Для создания психрометра используют фитиль из гигроскопичной ткани, который затем помещают в колбу одного из термометров. Он должен быть сшит в виде трубочки из материала, такого как шифон или батист. Толщина шва не должна превышать 1,5 мм. Когда фитиль увлажняется, температура, показываемая термометром, снижается.

Путем сравнения показаний «сухого» и «увлажненного» термометров можно определить влажность воздуха. Результаты расчета можно найти в психрометрической таблице, прикрепленной к прибору.

Приборы такого типа широко используются на метеостанциях для прогнозирования погоды. В различных отраслях промышленности они помогают контролировать влажность воздуха в помещениях, чтобы предотвратить повреждение хранящихся товаров. Они необходимы для обеспечения правильного климата в теплицах, фермах и птичьих фермах.

В инкубаторах с недостаточной влажностью воздуха цыплята не смогут вылупиться из яиц. При избыточной влажности воздуха зерно в хранилищах начинает плесневеть, а затем "гореть", зародыши семян погибают. Семенной материал и продовольственное зерно становятся непригодными для употребления, даже животные.

В жилых помещениях важно следить за влажностью воздуха, чтобы предотвратить пересушивание слизистых оболочек и кожи. Это способствует нарушению защитного барьера и возможности заражения различными инфекциями. Оптимальный уровень влажности воздуха в жилых помещениях составляет 40-60 процентов. Если влажность ниже нормы, люди страдают от сухости слизистых оболочек и кожи, часто заболевают ОРЗ.

Когда влажность атмосферы превышает норму, это приводит к конденсации влаги на поверхностях, размножению грибков, аллергенов и порче материалов. Поэтому гигрометр необходим в каждом доме.

Как правильно использовать психрометр?

Для правильного измерения влажности воздуха необходимо установить гигрометр вертикально на уровне глаз человека, избегая сквозняков и воздействия холода или тепла. В домашних условиях или на работе следует регулярно проверять уровень воды в питателе, доливая дистиллированную воду при необходимости.

Фитилька не должна соприкасаться со стенками сосуда, а при сухости следует погрузить его в воду. После подготовки прибора к работе требуется подождать 30 минут для точных измерений. Учитывая скорость воздушного потока в помещении, необходимо применять соответствующие поправки к замерам, используя устройство аспирации.

Показания гигрометра можно снимать, соблюдая правила позиционирования глаз относительно термометра и избегая дыхания на прибор. Паспорт прибора содержит всю необходимую информацию о поправках к измерениям. Следует также учитывать градуировку температурной шкалы и добавлять поправки к замерам. Психрометрическая таблица поможет определить относительную влажность воздуха на основе данных двух термометров.

• Если значение температуры сухого термометра отсутствует в таблице, его следует округлить до ближайшего имеющегося значения.
• Если в таблице нет разности полученных температур, необходимо использовать интерполирование (выбрав соответствующий диапазон).

Для правильной работы прибора необходимо периодически менять фильтр. Также важно следить за наличием дистиллированной воды в питателе. Рекомендуется добавлять её заранее, как минимум за полчаса до начала измерений. В случае отсутствия дистиллированной воды можно использовать кипяченую. После кипячения жидкость следует остудить до комнатной температуры и затем добавить в питатель.

Для того чтобы фитиль, завязанный на кончике "Увлажненного" термометра, всегда оставался чистым, необходимо менять его раз в две недели. Это относится к нормальной степени загрязненности воздуха (не более 5 мг пыли на кубический метр). В случае повышенной загрязненности в помещении, фитиль требуется менять чаще. После удаления грязного фитиля, резервуар термометра необходимо протереть ватным тампоном, смоченным в теплой воде.

Новый фитиль должен иметь длину не менее 6 см. Смоченный фитиль надевается на кончик термометра и крепится к нему хлопчатобумажной нитью. Второй кончик фитиля (длиной от 7 мм) опускается в контейнер с водой.

Также обслуживание гигрометра накладывает периодическую проверку 1-2 раза в год, согласно методике МИ-737-83. Результаты проверок необходимо записывать в паспорте прибора.