Влагомеры газов: психрометры и гигрометры. Вязкость. Принцип действия капиллярного вискозиметра. Плотномеры.
Проблема влажности воздуха интересовала людей с давних времен, особенно там, где сухой и жаркий климат. Для ее решения применялись самые обычные методы: ткань или бумага, пропитанная водой, посуда с жидкостью. Но впервые определить уровень влажности попытался кардинал Н. Кузанский, используя лабораторную посуду из стекла и кусочки шерсти. Позже уровень влажности измеряли с помощью натянутых нитей, конического сосуда со льдом, кожаного шара. Но основоположником нынешнего гигрометра считается Б. Соссюр.
Влажность воздуха является одним из основных технологических факторов кондиционирующих, сушильных и холодильных установок. В химической промышленности актуальны задачи контроля и регулирования влагосодержания чистых газов: азота, водорода, кислорода, метана и др.
Влага является одним из обязательных компонентов большинства твердых неметаллических материалов и служит показателем их качества, оказывает большое влияние на свойства веществ. Поэтому количественное определение влажности твердых материалов необходимо во всех отраслях промышленности.
Список основных обозначений:
V – объем влажного воздуха;
T – температура воздуха;
M – масса влажного воздуха;
ma – масса сухого воздуха;
mп – масса водяного пара;
p – барометрическое давление;
pа – парциальное давление сухого воздуха;
pп – парциальное давление водяного пара;
pн – давление насыщения водяного пара;
d – влагосодержание воздуха;
ρп – плотность водяного пара (абсолютная влажность воздуха);
ρн – плотность насыщенного водяного пара;
|
|
Td – температура точки росы;
Th – температура влажного термометра;
φ – относительная влажность воздуха;
mp – весовая концентрация;
c – полярная (эквивалентная) концентрация;
a – химическая активность;
f – коэффициент химической активности;
l – эквивалентная электропроводность;
b – температурный коэффициент электропроводности;
g – удельная электропроводность.
Контроль влажности газов.
Содержание влаги в газах характеризуется абсолютной и относительной влажностью.
Абсолютная влажность 
– это масса водяного пара, содержащегося в 1 
газовой смеси при нормальном давлении. Абсолютная влажность измеряется в 
сухого, либо влажного газа.
Относительная влажность 
, или степень насыщения, есть отношение массы водяного пара, содержащегося в 1 смеси, к максимально возможному содержанию его при той же температуре. Выражается в процентах; ее значение обычно вычисляют по формуле:
где 
и 
соответственно содержание водяных паров в газе в влажного газа при фактическом и нормальном атмосферном давлении.
Из большого числа существующих методов контроля влажности газов наибольшее практическое применение нашли: психрометрический, метод точки росы и гигрометрический.
Психрометрический метод измерения влажности основан на измерении психрометрической разности температур между «сухим» и «мокрым» термометрами. Мокрый термометр смачивается через специальный фитиль водой. Испарение, а, следовательно, и охлаждение с поверхности мокрого термометра тем больше, чем ниже влажность газа. Поэтому разность температур сухого и мокрого термометров зависит от влажности газа.
|
|
Метод точки росы основан на определении температуры, при которой газ становится насыщенным находящейся в нем влагой. Эта температура определяется по началу конденсации водяного пара
на зеркальной поверхности, температура которой может устанавливаться любой в интервале температур работы влагомера.
Сорбционный метод основан на связи физических свойств гигроскопических веществ с количеством поглощенной ими влаги, зависящей от влажности анализируемого газа.
Оптический метод основан на измерении ослабления инфракрасного (ИК) излучения за счет его поглощения парами воды.
Влагомер - прибор, измеряющий абсолютное содержание влаги в процентном отношении ко всей массе газа или твердого материала (в том числе сыпучих), часто отождествляемый с прибором измерения влажности воздуха гигрометром, который является одним из видов влагомеров.
Психрометр
Психрометр чаще всего используется для определения показателей относительной влажности воздуха. Это необходимо в различных областях науки, производства и при использовании весового оборудования для определения максимальной точности.
Психрометрический метод основан на физическом свойстве жидкости, заключающемся в испарении.
Психрометр состоит из пластикового основания, двух стеклянных термометров (ртутных или спиртовых). Один из них «сухой», а другой – «влажный», поскольку обернут смоченной хлопчатобумажной тканью, конец которой опущен в резервуар с дистиллированной водой. Оба термометра помещены в анализируемую среду (газ). При испарении жидкости из ткани «влажный» термометр охлаждается до температуры 
, называемой «температурой влажного термометра». Это происходит потому, что в процессе испарения жидкость теряет часть энергии, благодаря чему снижается ее температура, что фиксирует термометр. Чем меньше влажность воздуха в помещении, тем интенсивнее протекает данный процесс. Следовательно, чем более сухой воздух, тем ниже показания смоченного термометра. Другой термометр измеряет температуру воздуха 
, называемую «температурой сухого термометра». Поэтому разница между показаниями влажного и сухого термометров будет больше. Разность показаний термометров (психрометрическая разность температур, от греческого psihria - холод) зависит от влажности.
|
|
Шкала психрометра градуируется в процентах относительной влажности.
Относительная влажность определяется по формуле:
где 
- давление паров, насыщающих испытуемую среду при температуре влажного термометра; 
- давление паров, насыщающих испытуемую среду при температуре сухого термометра; 
- психрометрический коэффициент, зависящий от размеров термометров, скорости обдувания влажного термометра газом и давления газа.
Чтобы рассчитать относительную влажность воздуха, необходимо зафиксировать показания влажного и сухого термометра, а затем использовать специальные формулы или психрометрическую таблицу. Для измерения абсолютной влажности воздуха применяется психрометрическая формула.
С появлением современных электронных компонентов вместо термометров используются полупроводниковые термодатчики, а цифровые микросхемы вычисляют влажность воздуха и индицируют результаты на жидкокристаллический дисплей.
Пределы измерения 20-100% при температурах от -5 до 40 °С, погрешность 3-10%, длительность измерения не превышает нескольких минут.
Влагомер, работающий на принципе психрометрического метода