Ауаның (және басқа газдардың) ылғалдылығын өлшеуге арналған кеңінен қолданылатын құрал конденсация гигрометрі болып табылады. Оның жұмыс принципі ауадан ылғалдың конденсациясы басталатын шық нүктесі деп аталатын температураны өлшеу болып табылады.
Ауа ылғалдылығы дегеніміз не
Гигрометр ауаның ылғалдылығын өлшейді, оны абсолютті немесе салыстырмалы мән ретінде көрсетуге болады. Олардың біріншісі 1 текше метрдегі су буының массасын береді. берілген температурадағы ауа м. Бірақ екіншісі ауадағы су буының қаныққан күйге, яғни булану да, конденсация да болмаған кезде оның сұйық фазасымен динамикалық тепе-теңдікке қаншалықты жақын екенін көрсетеді. Ол ауаның өлшенген абсолютті ылғалдылығының қаныққан күйдегі абсолютті ылғалдылығына қатынасына тең. Ауадағы су буы қаныққанда (қайтадан, берілген температурада) сол ауаның салыстырмалы ылғалдылығы 100% құрайды. Қанықпаған су буы бар ауада ол, тиісінше, аз.
Конденсация гигрометрі қалай жұмыс істейді
Ауа ылғалдылығын анықтауға арналған кез келген құрылғының жұмыс істеу принципі, әдетте, ылғалды сіңіретін заттың температурасы, қысымы, массасы немесе механикалық және электрлік өзгерістері сияқты басқа шамаларды өлшеу болып табылады.. Тиісті калибрлеу және есептеу арқылы бұл өлшенген мәндер абсолютті немесе салыстырмалы ылғалдылықты анықтауға әкелуі мүмкін. Бұл процесте өте маңызды рөлді шық нүктесі деп аталатын будың қанығуы орын алатын температура атқарады. Әдетте, ауаның ылғалдылығын анықтауға арналған заманауи электронды құрылғылар бұл температураны немесе әртүрлі сіңіргіш заттардың электр сыйымдылығының немесе кедергісінің өзгеруін өлшейді, содан кейін олар (автоматты түрде) ылғалдылық көрсеткіштеріне айналады.
Конденсациялық гигрометр құрылғысы
Оның жұмысы ауадағы су буын шық нүктесі әдісімен дәл өлшеуге негізделген. Бұл әдіс бетті, әдетте металл айнаны, айна бетіндегі су бетінің үстіндегі үлгідегі газдағы судың бу қысымымен тепе-теңдікте болатын температураға дейін салқындатуды қамтиды. Бұл температурада айна бетіндегі судың массасы өспейді (егер бет тым суық болса) немесе азаймайды (егер бет тым жылы болса), яғни айна үстіндегі бу су конденсатымен динамикалық тепе-теңдікте болады. айна (бу қаныққан).
Бұл айна жақсы жылу өткізгіштігі бар материалдан жасалған (мысалы, күміс немесе мыс) жәнекүңгірттену мен тотығуды болдырмау үшін иридий, рубидий, никель немесе алтын сияқты инертті металмен қапталған. Айна конденсат түзілгенге дейін термоэлектрлік салқындатқышпен (Пельтиер эффектісі) салқындатылады. Жарық шоғы, әдетте, қатты күйдегі кең жолақты жарық шығаратын диодтан, айна бетіне бағытталған, ал фотодетектор шағылысқан жарықты бақылайды, оның ағыны айнада конденсация болмаған кезде максималды болады.
Бала айнасының гигрометрінің жұмыс әдісі
Айнаның айна бетінде шық тамшылары пайда болғанда, шағылған жарық шашырап кетеді. Бұл жағдайда оның фотодетекторға түсетін ағыны азаяды, бұл соңғысының шығыс сигналының өзгеруіне әкеледі. Бұл, өз кезегінде, шық нүктесінде тұрақты айна температурасын сақтайтын аналогтық немесе сандық термоэлектрлік салқындатқышты басқару жүйесі арқылы басқарылады. Дұрыс жобаланған жүйемен айна конденсация жылдамдығы шық қабатының булану жылдамдығына дәл келетін температурада сақталады. Айнаға орнатылған дәл миниатюралық платина қарсылық термометрі (PRT) сол нүктедегі оның температурасын өлшейді, ол автоматты түрде ылғалдылық көрсеткішіне айналады.
Қарастырылған дизайндағы ауа ылғалдылығын өлшеуге арналған гигрометрде сонымен қатар газдың талданатын бөлігінде соруға арналған вакуумдық сорғы және лас жағдайларда қосымша сүзу элементтері бар.
Қарастырылған гигрометрлердің артықшылықтары
Қарапайым жұмыс принципіне негізделген, өлшеу диапазоны кең, дәлдігі жоғары және тұрақты көрсеткіштері бар мұндай аспаптар өндірісте және ғылыми зерттеулерде кеңінен қолданылады. Әдеттегі шық нүктесі гигрометрі, көптеген басқа ылғалдылық сенсорларынан айырмашылығы, өте тұрақты, іс жүзінде тозуға төзімді, қайта калибрлеу қажеттілігін азайтады. Шық нүктесінің ылғалдылық гигрометрі шық нүктесін 100 °C-тан минимум -70 °C-қа дейінгі температура диапазонында өлшеуге қабілетті. Бұл жағдайда өлшеу дәлдігі градустың оннан бір бөлігін құрайды.
Қарастырылған конструкцияның көптеген гигрометрлері микропроцессорлық басқарумен жабдықталған және резистивті температура сенсорымен бірге шық нүктесіне қосымша немесе оның орнына кез келген қажетті ылғалдылық параметрлерін есептеп, сыртқы индикаторда көрсете алады. Сонымен қатар, бұл құрылғылар сымсыз технологияны пайдаланып нәтижелерді тасымалдауға мүмкіндік береді. Әрине, мұндай құрылғылар автоматтандырылған деректерді жинауға және тиісті техникалық процестерді басқаруға арналған әртүрлі өнеркәсіптік жүйелердің бөлігі ретінде кеңінен қолданылады.
Мұндай гигрометр қанша тұрады? Оның бағасы, әрине, құрылғының электронды басқару жүйесінің қолжетімділігі мен күрделілігіне байланысты, негізінен, жүзеге асырылатын функциялар жиынтығымен анықталады. Сонымен, сандық осциллографқа ұқсайтын стационарлық конденсациялық гигрометрдің құны кем дегенде $ 4000 тұрады. Әсіресе «озық» үлгілердің құны 10 000 доллардан асуы мүмкін. БазардаСіз сондай-ақ толық жұмыс істейтін портативті гигрометрді таба аласыз. Оның бағасы 1 мың доллардан 2 мың долларға дейін.
Конденсациялық гигрометрлердің кемшіліктері
Қарастырылған гигрометрлер жүйесі өлшеу процесінде ең тиімді болып саналғанымен, оның кемшілігі жұмыс кезінде өлшеу жолының бөліктерінің сөзсіз ластануы болып табылады.
Салқындатылған айналармен жабдықталған гигрометрлер айнада еритін және ерімейтін ластаушы заттардың болуына байланысты өлшеу дәлсіздігін арттырады. Айнаның оптикалық сипаттамаларына ерімейтін бөлшектер әсер етеді. Орташа шаңдылық немесе айнадағы ерімейтін бөлшектердің пайда болуы шық немесе аяз пайда болуы мүмкін концентрация орталықтарын қамтамасыз етеді, осылайша құрылғының жауап беру уақытын арттырады. Еритін қоспалар айнадағы конденсацияланған ылғалдан болатын бу қысымының мөлшеріне әсер етеді, бұл шық нүктесін ауыстырады. Қазіргі заманғы гигрометрлер (кем дегенде олардың күрделі үлгілері) ылғалдылықты есептеу алгоритмдеріне сәйкес түзетулер енгізу арқылы құрылғыға ластануды анықтауға және оған жауап беруге мүмкіндік беретін "өзін-өзі тексеру" мүмкіндіктерін қамтиды.
Осы мүмкіндіктерге қарамастан, барлық дерлік гигрометрлерді мезгіл-мезгіл тексеріп, тазалау қажет.
Салқындатылған айна гигрометрлеріне техникалық қызмет көрсету
Нұсқаулық осы мағынада құрылғыны пайдаланушыға не ұсынады. Кірге сезімтал гигрометр болуы керекөлшеу нәтижелерінің тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін мезгіл-мезгіл тазалап тұру керек, дегенмен бұл оған қызмет көрсету құнын арттыруы мүмкін. Құрал айнасын тексеру әдетте орнатылған микроскоптың көмегімен жүзеге асырылады, ал оған техникалық қызмет көрсету өлшеу бөлімін ашқаннан кейін қолмен жүзеге асырылады.
Егер айна бетін тазалау оның жұмыс істеу нұсқаулығында талап етілетін жиілікте орындалса, онда осылайша өлшемдердің дәлдігін сақтауға болады. Тазалау үшін айна бетіне ыңғайлы қол жеткізу әдетте оптикалық компоненттер мен айна арасындағы топса арқылы қамтамасыз етіледі. Енді сіз нарықта тұтынушыға қажет кез келген конденсация гигрометрін таба аласыз. Төмендегі фотода оның орындалу мысалы көрсетілген.
Метрологияда гигрометрлерді қолдану
Дұрыс жобаланған және күтілген салқындатылған айна гигрометрі басқа танымал ылғал өлшегіштерге қарағанда жоғары дәлдікпен ылғалдылық өлшемдерін қамтамасыз етеді. Оның өлшеу дәлдігі, әсіресе температураны өлшеуге арналған платина қарсылық термометрімен, айнамен және айнаны бақылауға арналған орташа қуатты микроскоппен жабдықталғанда, оны метрологиялық өлшемдер үшін өте қолайлы етеді. Сымсыз цифрлық байланыс арналары арқылы ақпаратты беру мүмкіндіктері мұндай гигрометрлерді метеорологиялық ақпаратты жинау мен өңдеудің жаһандық жүйелерінде пайдаланудың кең мүмкіндіктерін ашады.
Зауыттық зертханаларда және ластанған орталарда пайдаланыңыз
Бұл ауа ылғалдылығын өлшегіш зауыттық климаттық зертханаларда оның абсолютті мәнін өлшеу үшін өте қолайлы. Олар көбінесе қоршаған ортаны тексеру камераларын басқару үшін қолданылатын салыстырмалы ылғалдылық сенсорлары сияқты басқа құралдардың дәлдігін бақылау үшін сілтеме ретінде пайдаланылады.
Осы гигрометрлердің құрылысында қолданылатын материалдардың тұрақтылығы, сондай-ақ оларды қайта-қайта тазалау мүмкіндігі аспаптарды калибрлеуді жоғалтпай ластаушы заттар көп ортада өте ұзақ қызмет ету мерзіміне жарамды етеді. Бұл өнімділіктің тұрақтылығы оларды газ үлгілеріндегі ластаушы заттардың жоғары деңгейі ылғалдылық сенсорларының тұрақтылығы төмен түрлеріне қайтымсыз зиян келтіретін газ ағындарында қолдануға жарамды етеді. Мысалы, гигрометрдің бұл түрі арнайы қоспалары бар ауа ортасында металл бұйымдарының беттерін термиялық қатайту кезінде шық нүктесін бақылау үшін кеңінен қолданылады. Мұндай жағдайларда тазалау үшін айнаға оңай қол жеткізуді қамтамасыз ету өте қажет.
Ылғалға сезімтал өндіріс
Фармацевтикалық препараттарды, пленкаларды, жабындарды және басқа өнімдерді өндіруде қажет мамандандырылған орау процестері жиі салқындатылған айна гигрометрлері арқылы бақыланады. Тағы да, бұл жағдайда олардың таңдауына өлшеу дәлдігінің тұрақтылығы және ұзақ қызмет ету мерзімі әсер етеді. Оның үстіне, бұл процестерге сезімталдығы төмен болғандықтанҚұралдың құнына қарамастан, бұл гигрометрлердің жоғары құны ылғалдылықты бақылау схемасын таңдауда анықтаушы фактор емес.
Жоғары температуралы газдар және олардың шық нүктелері
Гигрометрдің бұл түрі көбінесе қоршаған орта температурасынан жоғары шық нүктесінің температурасын өлшеу үшін таңдалады. Салқындатылған айна құралдары 250 ° C және 700 psi температурада жұмыс істейтін Аполлон зымыранының сутегі отын элементтерін бақылау үшін 1966 жылы қолданылған. Қазіргі термоэлектрлік айна салқындату технологияларымен шық нүктелерін 100 °C-қа дейін (және атмосфералық қысымнан жоғары қысымды ескере отырып) оңай өлшейді. Мұндай жағдайларда гигрометрдің өлшеу камерасының газ үлгісімен жанасатын барлық беттерінде ең жоғары күтілетін шық нүктесінен жоғары температура болуы керек, әйтпесе бұл беттерде конденсация пайда болады және өлшеу қате болады.
Жоғары температуралы газдардың шық нүктесін өлшеуге арналған гигрометрлерде өлшеу камерасының қабырғаларын ең жоғары күтілетін шық нүктелерінен жоғары ұстау үшін термостатикалық басқарылатын электр жылытқыштарын пайдалану әдеттегі тәжірибе болып табылады. Жарық диодтар мен детекторлар сияқты қатты күйдегі оптикалық компоненттер гигрометрдің тозуын және зақымдалуын болдырмау үшін номиналды жұмыс температурасында (әдетте 85°C) сақталады. Бұған осы компоненттерді қыздырылған өлшем камерасынан жылу оқшаулау арқылы қол жеткізуге болады.
