Циркуляция воздуха в этом психрометре (рис.1.12) осуществляется с помощью вентилятора, приводимого в действие либо пружинной механической системой (в простейших моделях), либо электродвигателем (в моделях с непрерывным поступлением воды).
Рис. 1.12. Электрический психрометр с обдувом (конструкция фирмы Ultrakust).
1–трубка обдува; 2–металлическая гильза; 3–сухой термометр; 4–влажный термометр; 5–двигатель вентилятора; 6–вентилятор; 7–резервуар с дистиллированной водой; 8–влажный фитиль.
В соответствии с принципом действия психрометра теплота, необходимая для испарения воды из фитиля, должна отбираться из воздуха, поэтому приборы снабжаются противорадиационным экраном, и в тепловом балансе должен преобладать конвективный теплообмен. Для этого необходима минимальная скорость потока 2 – 4 м/с.
Измерение температуры сухого термометра и температуры влажного термометра производится с помощью либо ртутных термометров в механических психрометрах, либо с помощью платиновых термометров сопротивления (100 Ом при 0 °С), термопар или полупроводниковых термометров. Влажный термометр обернут хлопчатобумажной тканью. Температура воды, используемой для смачивания фитиля, влияет на постоянную времени прибора. (Идеальным было бы смачивание фитиля водой, имеющей температуру влажного термометра.)
Поскольку вода поступает к влажному термометру непрерывно, необходимо, чтобы участок фитиля (примерно вдвое длиннее датчика температуры) контактировал с воздухом для сокращения поступления тепла вследствие теплопроводности со стороны резервуара с водой.
Различают следующие виды психрометров:
Дистанционный. Для измерения влажности воздуха в таком психрометре используются термисторы, термометры сопротивления, термопары. Основными типами являются электрические и манометрические приборы. В качестве последнего используется двухканальный манометрический термометр или два одноканальных, оснащенных устройством системы увлажнения для одного из термобаллонов. Наиболее широко распространены психрометры на базе термисторов, термометров сопротивления и термопар. Важное условие точности и надежности – использование аналогичных характеристик смоченного и сухого преобразователей температуры.
Стационарный. Прибор состоит из двух термометров, которые укреплены на штативе и помещены в метеорологическую будку. Резервуар одного из них обвязан батистом, расположенным в стакане с водой. Это обеспечивает свободное поступление жидкости к емкости. Устройство метеорологической будки позволяет воздуху осуществлять свободный обмен возле резервуара. Главные преимущества стационарного психрометра – это простота конструкции и эксплуатации.
Аспирационный. Термометры расположены в специальном корпусе, который служит для их защиты от повреждений и предупреждения теплового излучения окружающих предметов. Обдув выполняется при помощи специального вентилятора – аспиратора. Его скорость составляет около 2 м/сек. Аспирационные психрометры – это наиболее надежные и точные приборы для измерения температуры и влажности воздуха при положительной температуре окружающей среды.
Преимущества метода: достаточно высокая точность и чувствительность при температурах выше 0 °С, простота изготовления, сравнительная дешевизна.
Точность психрометра зависит от его конструкции (противорадиационная защита, достаточная скорость течения воздуха и т.д.) и от аккуратности проведения измерений. При высокотемпературных измерениях иногда необходимо проверять градуировку.
Чувствительность психрометра зависит только от чувствительности датчиков температуры. Дифференциальная схема включения датчиков температуры обеспечивает прекрасную чувствительность и очень хорошую точность даже вблизи насыщения, т.е. в той области, где применение большинства датчиков влажности ограничено.
Недостатки метода: уменьшение чувствительности и точности при низких температурах, а также погрешность, связанная с непостоянством психрометрической постоянной А, возможность загрязнения фитиля, смачивающего мокрый термометр, пылью, твердыми частицами и нарушение из-за этого градуировочной характеристики.
Гигрометр
Гигрометрический метод (от греческого hygros - влажный) основан на зависимости некоторых физических свойств материалов, поглощающих влагу из анализируемого газа, от влагосодержания последнего.
Приборы, измеряющие влажность газа, называются гигрометрами.
Различают сорбционные гигрометры деформационного типа и электрические гигрометры.
Сорбционные гигрометры основаны на свойствах некоторых твердых материалов изменять свои линейные размеры в зависимости от влажности окружающего газа (волосяной метод).
Сорбционный (волосяной) гигрометр состоит из металлической рамки – основа всей конструкции, шкалы с делениями, каждое из которых соответствует одному проценту влажности, чувствительного элемента; стрелки со специальным регулировочным винтом, шкива, используемого для перекидывания свободного конца чувствительного элемента с небольшим грузом.
Чувствительным элементом таких приборов является гигроскопический материал - обезжиренный человеческий волос или капроновая нить, которые растягиваются или сжимаются при изменении влажности. Ослабление или натяжение волоса влияет на шкив. Он, в свою очередь, поворачивается в соответствии с изменением влажности, воздействуя на стрелку, конец которой свободно перемещается по шкале с нанесенными на нее делениями. Измеряя изменение длины волоса от количества влаги в воздухе, можно измерить процентное содержание влажности самого воздуха.
В
Волос натянут на металлическую рамку. Изменение длины волоса передаётся стрелке, перемещающейся вдоль шкалы
Пределы измерения 30-100%.
Главное преимущество волосяного гигрометра заключается в том, что показания относительной влажности воздуха не зависят от его температуры, в отличие от электролитических аналогов. Кроме того, прибор не потребляет энергию, поскольку процесс его действия основан на механических действиях.
Несмотря на простоту устройства, область их применения ограничена метеорологическими или аэродинамическими измерениями. Естественно для измерения влажности твердых материалов такой способ не годится.
Электрические гигрометры основаны на зависимости электрических свойств некоторых материалов от влажности окружающей среды.