Аспирационный психрометр

Психрометр (от греческого — «холодный» и «мерить») — это специализированный прибор, который предназначается для измерения температуры воздуха и его влажности. Особенно часто применяется в метеорологических измерениях на метеостанциях.

Психрометры, как правило, используются для измерения величины относительной влажности воздуха. Показатели относительной влажности являются важными показателями в различных областях науки и производства. Например, показания влажности воздуха очень важны при использовании весового оборудования для получения точных показателей взвешивания.

Принцип работы и устройство психрометров

Действие любого психрометра основывается на физическом свойстве жидкости, в частности воды, испаряться и возникающих при этом разностей температур, которые показываются сухим и влажным термометрами. Испарение воды со смоченной поверхности, ткани, губки, соединенной с одним из термометров, приводит к потере части энергии, как следствие, снижению температуры жидкости. Это снижение, а точнее сниженную температуру, и регистрирует смоченный термометр.

Простейший психрометр – это, по-сути, два стеклянных термометра (ртутных или спиртовых), один из которых — сухой, а второй — влажный (смоченный), т.е. обернут влажной хлопчатобумажной тканью. Один конец этой ткани опущен в резервуар с водой. Испаряясь, вода охлаждает «влажный» термометр. При этом, чем влажность окружающего воздуха ниже, тем интенсивнее протекает процесс испарения. Таким образом, чем суше воздух, влажность которого определяется, тем ниже будут показания «мокрого» термометра, и тем большей будет разница показаний сухого и влажного термометров.

Завизировав показания сухого и влажного термометров в определенный момент времени, при помощи психрометрической таблицы, поставляемой вместе с психрометром, или специальных формул можно определить относительную, а затем при помощи психрометрической формулы — абсолютную влажность воздуха.

Ниже представлена «психрометрическая формула», которая позволяет определить упругость водного пара по показаниям сухого и влажного термометров.

Где:

е —упругость водного пара находящегося в воздухе (абсолютная влажность воздуха);

Е —максимально возможная упругость водного пара при температуре tс смоченного термометра;

t —температура воздуха;

А —коэффициент, который зависит от устройства термометра и скорости прохождения воздуха возле резервуара термометра;

P —давление воздуха.

В чем отличия гигрометра от психрометра

Помимо психрометров, для измерения влажности воздуха, также, используются гигрометры, принцип работы которых основывается на изменениях физико-химических свойств различных веществ при изменении влажности окружающей среды. Наибольшее распространение получили емкостные, оптические, резистивные и термисторные гигрометры.

Именно принципом работы и отличаются гигрометр от психрометра. Психрометр — более простое устройство, поэтому он более защищен от различных посторонних воздействий и, как следствие, более надежен. В пользовательских инструкциях многих конструкций гигрометров указано, что необходимо периодически проверять показания гигрометра по психрометру.

Однако, в то же время, гигрометры более функциональны. Некоторые модели гигрометров способны измерять влажность не только воздуха, но и твердых тел. К примеру, используя емкостный гигрометр можно измерить влажность таблеток.

Виды психрометров

По большом счету, различают три вида психрометров:

— Стационарный (станционный),

— Аспирационный,

— Дистанционный.

Стационарный психрометр

Рисунок 1.

Стационарный психрометр (психрометр Августа) – это тот самый, «классический» психрометр, описанный выше. Состоит стационарный психрометр из двух термометров, которые закреплены на специальном штативе и помещены в метеорологическую будку. Резервуар одного из них обвязан кусочком батиста, конец которого помещен в стаканчик с водой, для обеспечения свободного поступления воды к резервуару. Сама будка (метеорологическая будка Селянинова) устроена таким образом, что в ней обеспечивается свободный обмен воздуха. Основной недостаток стационарных психрометров заключается в том, что показания смоченного термометра зависят от скорости воздушного потока в будке. Преимущество же стационарного психрометра заключается в его простоте и удобстве обслуживания. Схему психрометра Августа можно увидеть на рисунке 1. Самым простым психрометром является психрометр-гигрометр серии «ВИТ»: ВИТ-1, ВИТ-2 и ВИТ-3.

Аспирационный психрометр

Рисунок 2.

Аспирационный психрометр (психрометр Асмана) является более сложным прибором. Термометры в данном психрометре помещены в специальный корпус, который служит для них защитой от повреждений и теплового воздействия окружающих предметов. Обдув термометров производится при помощи специального вентилятора, называемого аспиратором, с постоянной скоростью около 2 м/сек. Аспирационный психрометр — наиболее точный и надежный прибор для измерения температуры и влажности воздуха при положительных температурах окружающей среды.

Общим, для аспирационного и стационарного психрометров является то, что оба они построены на базе ртутно-стеклянных термометров, что и определяет их общий недостаток — хрупкость, а также невозможность проведения контроля дистанционно. Примером данного вида психрометров могут служить модели психрометров М-34М и МВ-4-2М.

Дистанционный психрометр

Рисунок 3.

Дистанционный психрометр – это уже промышленный психрометр, в котором для измерения влажности воздуха используются различные термометры сопротивления, а также термопары и термисторы. Основные типы таких приборов: манометрические и электрические психрометры. Тут все зависит от типа используемого термометра.

В манометрическом психрометре, как следует из названия, обычно используются либо двухканальный манометрический термометр, либо два одноканальных, где один из термобаллонов снабжен системой увлажнения.

Более широкое распространение получили психрометры, в которых используются термометры сопротивления, термопары, термисторы. Однако, также как и в других психрометрах, обязательным условием для надежной работы и точности показаний является использование сухого и увлажненного преобразователей и датчиков температуры. Хорошим примером электронного психрометра, в качестве датчиков температуры «сухого» и «влажного» термометров использующего кремниевые транзисторы является модель ПТ-1.

Устройство и принцип работы

Принцип работы прибора основан на зависимости разности показаний сухого и смоченного термометров от влажности окружающего воздуха. Чем ближе содержание паров воды в воздухе к состоянию полного насыщения, тем медленнее идёт испарение воды с фитилька, обмотанного вокруг ртутного баллончика традиционно правого, смоченного термометра. При этом охлаждающий эффект испарения уменьшается и разность показаний сухого и смоченного термометров уменьшается. При относительной влажности 100% — полное насыщение, испарение не происходит и, оба градусника показывают одинаковую температуру.

Психрометр имеет два одинаковых ртутных термометра 4 (рис.8), закрепленных в термодержателе, состоящим из трубок защиты 1, аспирационной чашки 2, воздухопроводной трубки 3 и термозащиты 5.

Резервуары термометра помещены в трубки защиты с воздушным зазором между ними. Их назначение – предохранять резервуары термометров от теплового излучения, в том числе и солнечного. Для этого, наружная поверхность трубок полируется и никелируется, Сами трубки изолированы друг от друга теплоизолирующими шайбами.

Трубки защиты соединены аспирационной чашкой с воздуховодной трубкой, на верхнем конце которой укреплена аспирационная головка 6. Пружина механизма, вращающего крыльчатка вентилятора, заводится ключом 7 вращением по часовой стрелке.

Термометры защищены с боков термозащитами, предохраняющими их и от механических повреждений.

К психрометру прилагается ветровая защита 8, крюк для подвешивания и пипетка с резиновым баллоном для дистиллированной воды. На метеоплощадках крюк крепится горизонтально к деревянному столбу.

Перед началом измерений, резервуар правого термометра, обёрнутого батистовой салфеткой, смачивается чистой дистиллированной водой при помощи резинового баллона 12 с пипеткой 10.

Вращающийся в аспирационной головке вентилятор, всасывает воздух в психрометр и он, обтекая резервуары термометров, проходит по воздухопроводной трубке к вентилятору и выбрасывается им наружу через прорези в аспирационной головке. При этом сухой термометр показывает температуру окружающего воздуха, а показания смоченного термометра будут меньше сухого адекватно охлаждающему действию испарения воды с батистовой салфетки. При влажности 100% испарение прекращается и, оба градусника показывают одинаковую температуру. Чем суше воздух, тем интенсивнее испарение, а значит больше разность показаний. По этой разности и рассчитывается относительная влажность. На практике относительная влажность определяется по психрометрической таблице или психрометрическому графику.

  1. Техническое обслуживание прибора

Психрометр нельзя брать влажными руками. Особенно необходимо беречь никелированные трубки зашиты, так как их потемнение или коррозия выводят прибор из строя.

Из этих же соображений следует беречь прибор от отпотевания, для чего в холодное время года, в помещении, прежде чем вынуть психрометр из футляра, следует дать ему возможность постепенно принять температуру окружающего воздуха.

После работы прибор тщательно протирают бархоткой.

Батистовый фитилёк на ртутном резервуаре влажного термометра необходимо содержать в чистоте и менять, при постоянной работе, не реже одного раза в две недели.

Роботу часового пружинного механизма проверяют не реже двух раз в месяц. Для этого, заведя механизм как обычно до отказа, измеряют время одного оборота барабана, наблюдая за его вращением по специальной риске через круглое окошечко, расположенное на боковой стороне головки психрометра. Работа признаётся нормальной, если измеренное время отличается от указанного в паспорте прибора (обычно это около 90 с), не более чем на 10 с, а время вращения барабана от одной полной заводки составляет не менее 8 минут. В противном случае прибор подлежит ремонту.

Рис. 8 Аспирационный психрометр Ассмана

  1. Порядок работы с аспирационным психрометром Асcмана

    1. На первом этапе проводится измерение температуры и влажности воздуха в лаборатории. При этом преследуются две цели:

— научиться обращаться с прибором;

— определить температуру и относительную влажность воздуха на трёх уровнях – 1,5 м, 1 м и 01 м над уровнем пола;

по полученным результатам выявить тип стратификации воздушной массы в лабораторном помещении и сделать выводы о том — нужны ли и какие именно мероприятия для нормализации микроклимата помещения.

За 4 минуты до начала измерений смачивают батист влажного термометра. Для этого берут резиновый баллон с пипеткой, заранее наполненный дистиллированной водой и лёгким нажимом доводят воду до уровня на 1 см ниже края пипетки. Удерживая её в таком положении зажимом, вводят пипетку во внутреннюю трубку защиты термометра и смачивают батист, обмотанный вокруг ртутного баллончика влажного термометра. Выждав некоторое время, не вынимая пипетки из трубки защиты, разжимают зажим, вбирая излишки воды в пипетку, и вынимают её из трубки.

Затем, заводят вентилятор почти до отказа (осторожно, можно сорвать пружину!).

Отсчёт показаний термометров производится на 4-й минуте работы вентилятора прибора.

Для того чтобы правильно снять отсчёт, необходимо помнить:

— цена деления шкалы градусников составляет 0,2 градуса Цельсия, но отсчёт берут с точностью до 0,1 градуса;

— для удобства отсчёта на градусниках применяется не совсем обычная оцифровка шкалы – нуль и десятки градусов (10, 20, 30 …) подписаны двумя знаками, расположенными по обе стороны шкалы, а 15, 25, 35…, — только цифрой 5, расположенной на правой стороне.

Полученные результаты записывают в таблицу 1.1.

Таблица 1.1.

Психрометрическая таблица, температура и влажность воздуха, атмосферное давление

Подготовил Е.Цимеринов

Температура и влажность воздуха. Атмосферное давление.
Количество водяного пара, находящегося в воздухе, называется влажностью воздуха. Для характеристики влажности употребляются следующие величины:
1. Абсолютная влажность.
2. Относительная влажность.
Количество водяного пара, содержащегося в 1 м3 воздуха называется абсолютной влажностью и измеряется или в весовых единицах (граммах), или выражается упругостью пара в миллиметрах (или миллибарах) ртутного столба. Относительная влажность представляет собой отношение упругости водяного пара, насыщающего пространство, к максимально возможной упругости водяного пара при данной температуре. Относительная влажность выражается в процентах. Для определения влажности воздуха метеорологи пользуются психрометром и волосяным гигрометром. Психрометр служит для измерения температуры и влажности воздуха. Психрометр состоит из двух термометров. Резервуар правого термометра обернут тканью. Левый термометр (сухой) служит для измерения температуры воздуха. Отсчет по правому (смоченному) термометру в соединении с отсчетами по сухому термометру служат для вычисления абсолютной и относительной влажности воздуха. Лоскуток ткани, охватывающий шарик термометра, должен быть всегда чистым. Если он загрязнился, его необходимо заменить новым. Менять его следует, возможно, чаще: при постоянной работе не реже, чем раз в две недели. Вблизи прибора не должно быть никаких посторонних предметов, которые, имея температуру, отличную от температуры воздуха, могут повлиять на показания прибора. Прибор следует устанавливать в тени.
Порядок наблюдений по психрометру:
1. За 5 минут до срочного часа смачивают ткань на термометре. Для этого берут дистиллированную воду. За неимением таковой можно пользоваться чистой снеговой водой или использовать дождевую воду, предварительно пропущенную через фильтровальную бумагу или вату.
2. Через 4 минуты производят отсчет сухого и смоченного термометров психрометра.
Наблюдения по психрометру при температуре воздуха около нуля имеют следующие особенности:
1. Ткань в этом случае смачивают за 30 минут до наступления срока наблюдения.
2. После отсчета термометров определяется состояние ткани – «лед» или «вода». Для этой цели неотточенным концом карандаша или тонкой деревянной палочкой осторожно касаются лоскутка ткани на смоченном термометре и в зависимости от того, мягкая или твердая ткань, отмечают «в» или «л».
Волосяной гигрометр. Волосяной гигрометр предназначен для измерения относительной влажности воздуха. Действие прибора основано на свойстве обезжиренного человеческого волоса менять свою длину в зависимости от изменения относительной влажности окружающего воздуха. Основное назначение волосяного гигрометра – измерять влажность в морозное время, когда по психрометру влажность не определяется. Но так как отсчет по гигрометру требуют поправок, получаемых из сравнения с психрометром, то для вывода этих поправок наблюдения по гигрометру ведут на протяжении всего года. Если при отсчете окажется, что конец стрелки вышел за сотое деление, то нужно оценить на глаз, на каком делении оказалась бы стрелка, если бы шкала была продолжена на 110. Считая, что расстояние от 100 до 110 равно имеющемуся на шкале расстоянию от 90 до 100 и записать этот «экстраполированный» отсчет с вопросительным знаком (?). Температура воздуха отсчитывается по сухому термометру психрометра.
Атмосферное давление воздуха.
Атмосфера подчиняется закону силы тяжести и оказывает давление на поверхность земли, т.е. на всякий предмет, находящийся на земле или в атмосфере, а так же и на массы воздуха. Это давление атмосферы или давление воздуха. На уровне моря атмосферное давление в среднем равно давлению ртутного столба высотой в 760 мм. Давлению в 1 мм. рт. ст. (миллиметр ртутного столба) равно 1,333 мб. (миллибар), следовательно, 1 мб. составляет около 0,75 мм. рт. ст.
Барометр анероид служит для измерения давления воздуха. В циферблат анероида вмонтирован термометр для отсчета температуры прибора.
1. Для наблюдений следует отсчитать показание термометра.
2. Затем устранить влияние трения в передаточном механизме на положение стрелки, слегка постукивая пальцем по стеклу анероида.
3. Отсчитать положение стрелки анероида «на глаз».
При отсчете показаний анероида необходимо во избежание ошибки от так называемого «параллакса» держать глаз в плоскости перпендикулярной к циферблату и проходящей через ось стрелки. Полученное давление воздуха должно быть приведено к одному уровню — уровню моря. Для этой операции необходимо к отсчету барометра, исправленного всеми поправками, прибавить еще вес столба воздуха. Высота этого столба равна высоте пункта наблюдения над уровнем моря.

Психрометрическая таблица

Назад в раздел

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *