Основы измерения влажности и влагосодержания
Для каждой измерительной задачи соответствующий датчик влажности
- Ёмкостное определение влажности воздуха;
- Психрометрическое определение влажности воздуха;
- Гигрометрическое определение влажности воздуха;
- Диэлектрическое определение влажности в материалах;
- Определение содержания влаги в материалах по принципу электропроводности;
- Определение точки росы с помощью ССС датчиков;
- Определение точки росы с помощью зеркала точки росы;
Ёмкостное определение влажности воздуха
В ёмкостном датчике имеется стеклянная подложка, на которой между двумя металлическими слоями нанесён влагочувствительный полимер. При поглощении влаги диэлектрическая постоянная, и следовательно, ёмкость тонкоплёночного конденсатора изменяются в зависимости от относительной влажности воздуха. Измерительный сигнал прямо пропорционален относительной влажности воздуха и не зависит от атмосферного давления.
Преимущества:
- Не требует технического обслуживания в течение длительного периода;
- Устойчиво работает при температурах ниже 0°С;
- Работа датчика не зависит от атмосферного давления;
- Универсален в применении;
Недостатки:
- Ограниченная стабильность при долговременной эксплуатации;
- Чувствителен к конденсации и некоторым агрессивным средам;
Психрометрическое определение влажности воздуха
Психрометры – точные измерительные приборы, в которых имеется сухой и влажный датчик температуры. При
испарении датчик влажности охлаждается, при этом скорость воздуха, необходимая для охлаждения, должна
быть не менее 2 м/с. Показатели влажности вычисляются, исходя из разницы температур сухого и влажного элементов (психрометрическая разность). Расчётные формулы для приборов ALMEMO® соответствуют тем, которые используются Метеорологической службой Германии относительно 1013 миллибар. Для большей точности измерений можно скорректировать атмосферное давление.
Преимущества:
- Датчик не теряет свои активные свойства со временем, за исключением загрязнения фитиля;
- Высокая точность;
- Высокий уровень качества измерений;
- Пригоден для определения влажности в любых веществах — до 100% относительной влажности;
Недостатки:
- При длительной эксплуатации требует запаса воды и ухода за фитилём;
- Малопригоден при минусовых температурах и низкой влажности;
- На работу датчика влияет атмосферное давление;
Гигрометрическое определение влажности воздуха
Гигрометрические датчики оснащены измерительной полоской, которая удлиняется или сжимается, в зависимости от влажности. Измерительная полоска состоит из множества органических либо синтетических моноволокон.
Преимущества:
- Недорогой и несложный для измерений. Пригоден для измерений в загрязнённой среде;
- Легко очищается;
Недостатки:
- Ограниченная точность измерений;
- Ограниченный диапазон измерений;
- Низкая скорость измерений;
Определение точки росы
Определение точки росы с помощью ССС датчиков
Датчик точки росы имеет встроенный сенсорный чип (принцип точки росы ССС по Heinze), который находится на охлаждающемся элементе. Датчик также соединён с цепью управления, которая регулирует рабочий ток в охлаждающемся элементе, так чтобы определить конденсат. Конечная температура точки росы измеряется в датчике, и эти данные можно вывести на компьютер для получения численного результата.
Преимущества:
- Высокая точность, надёжность и воспроизводимость;
- Широкий диапазон измерений;
Недостатки:
- Сложный метод измерений;
- Не подходит для быстрых измерений;
- Не подходит для работы при минусовых температурах;
Определение точки росы с помощью зеркала точки росы
Датчик представляет собой каскадный термоэлектрический элемент Пельтье с оптически управляемым зеркалом. Датчик также соединён с цепью управления, которая регулирует рабочий ток в охлаждающемся элементе для определения конденсата. Температура точки росы измеряется непосредственно сенсором, данные измерений можно вывести на компьютер для получения численного результата.
Преимущества:
- Высокая точность, надёжность и воспроизводимость;
- На работу датчика не влияет атмосферное давление;
- Широкий диапазон измерений;
- Подходит для работы при минусовых температурах;
Недостатки:
- Сложный метод измерений;
- Высокое токопотребление;
- Опасность загрязнения;
Диэлектрическое определение влажности в материалах
Измерение влагосодержания в материалах осуществляется путём определения диэлектрической постоянной. При этом проводят измерения электроёмкости в высокочастотном электростатическом поле, которое создаётся в материале, не разрушая его структуру.
Преимущества:
- Быстрые и несложные измерения;
- Не разрушает исследуемый материал;
- Возможно долгосрочное использование;
Недостатки:
- Ограниченная точность измерений;
Определение влажности в материалах по принципу электропроводности
Измерение влажности в материалах осуществляется путём определения электрического сопротивления, которое зависит от содержания влаги в материале.
Преимущества:
- Быстрые и несложные измерения;
Недостатки:
- Ограниченная точность измерений;
- Необходимость погружения датчика;
- Только для краткосрочных измерений;
- Значения измерений зависят от свойств материалов;
Измерение равновесного влагосодержания
Равновесное влагосодержание материала — это устойчивый уровень относительной влажности в окружающей среде, при которой материал ни поглощает, ни испаряет влагу. Все строительные материалы, в той или иной степени, поглощают или испаряют влагу из окружающего воздуха.
Материалы гигроскопичны, то есть они пытаются установить равновесие по влажности с окружающим воздухом. Материал и окружающих воздух, в зависимости от их температуры, устанавливают баланс между поглощением и выделением влаги по отношению друг к другу. Таким образом, каждый материал содержит определённое количество влаги (измеряемое в процентом соотношении) в зависимости от температуры и влажности воздуха.
В состоянии равновесия, отношение между содержанием воды и равновесной влажностью материала может быть графически отображено кривой — изотермой сорбции. На изотерме сорбции, при заданной постоянной температуре, указывается для каждого значения влажности соответствующее содержание влаги в материале.
Если изменяется состав или качество материала, то также изменяется его сорбционное поведение и, следовательно, изотерма сорбции. Из-за сложности сорбционного процесса изотермы нельзя определить путём расчётов — их необходимо записывать экспериментально.
Краткий словарь терминов
Абсолютная влажность
Физическая величина, показывающая массу водяных паров, содержащихся в 1 м3 воздуха.
Энтальпия
Энтальпия (теплосодержание) показывает, сколько тепла содержит влажный воздух. Эта величина важна для расчёта теплопроизводительности и холодопроизводительности, т. е. при проверке теплообменников.
Соотношение компонентов смеси
Абсолютная влажность к 1 кг сухого воздуха.
Относительная влажность
Отношение количества водяного пара к тому количеству водяного пара, которое воздух может содержать при данной температуре. Из-за зависимости от температуры относительная влажность указывается только для конкретной температуры.
Давление насыщенного пара
В воздухе может быть только определённое максимальное количество водяного пара. Давление насыщенного пара определяется из соотношения удельного веса (g) водяного пара на кг. влажного воздуха. Давление насыщенного пара прямо пропорционально температуре воздуха, т.е. при высокой температуре оно высокое, а при низкой – низкое. Следовательно, в тёплом воздухе может быть большой объём пара, а в холодном воздухе – низкий.
Точка росы
Температура, при которой относительная влажность равна 100%. При охлаждении воздуха до точки росы водяной пар начинает конденсироваться.
Парциальное давление водяного пара
Давление газа, входящего в состав смеси, которое бы он давал, находясь один в данном объёме, при той же самой температуре.
