Kondenzacijski higrometer. Vlagomer higrometer

Razširjeno instrument za merjenje vlažnosti zraka

Kaj je vlažnost zraka?

Higrometer meri vsebnost vlage v zraku, ki jo lahko predstavlja absolutno ali relativno velikost. Prvi od njih daje samo maso vodne pare za 1 cu. m zraka pri določeni temperaturi. Toda drugi kaže, kako blizu vodne pare v zraku do stanja nasičenja, to je dinamičnega ravnovesja s svojo tekočo fazo - ko ni niti izhlapevanja niti kondenzacije. To je enako razmerju med izmerjeno absolutno zračno vlažnostjo in absolutno vlago v stanju nasičenja. Ko je vodna para v zraku nasičena (spet, pri dani temperaturi), je relativna vlažnost takega zraka 100%. Na zraku z nenasičenimi vodnimi hlapi je torej manj.

Kako deluje kondenzacijski higrometer?

Načelo delovanja katere koli naprave za določanje vlažnosti zraka je ponavadi za merjenje neke druge vrednosti, kot so temperatura, tlak, masa ali mehanske in električne spremembe snovi, ki absorbira vlago. Z ustreznim umerjanjem in izračunom lahko te izmerjene vrednosti vodijo do določitve absolutne ali relativne vlažnosti. V tem procesu igra zelo pomembno vlogo temperatura, pri kateri nastane zasičenost hlapov rosišče. Sodobne elektronske naprave za določanje vlažnosti zraka praviloma merijo to temperaturo ali spreminjajo električno kapaciteto ali odpornost različnih snovi, ki absorbirajo vlage, ki se nato ponovno izračunajo (avtomatično) v indekse vlage.

Kondenzacijski higrometer: naprava

Njegovo delo temelji na merjenju vsebnosti vodne pare v zraku z uporabo metode rosišča. Ta metoda vključuje ohlajanje površine, običajno kovinski ogledala, do temperature, pri kateri je voda na površini zrcala v ravnotežju s tlakom vodne pare v plinu nad površino vzorca. Pri tej temperaturi, masa vode na površini zrcalni bodisi poveča (na preveč hladno površino) ali zmanjša (če površina je prevroča), t. E hlapov nad ogledalom v dinamičnem ravnotežju s kondenzirano vodo na ogledalu (nasičeno paro).

Takšno ogledalo je izdelana iz materiala z dobro toplotno prevodnostjo (kot srebra ali bakra), ki je prekrita s plastjo inertnega kovine, kot so iridija, rubidija, niklja ali zlato preprečil očrnitve in oksidacijo. Zrcalo se ohladi s termoelektričnim hladilnikom (Peltierov učinek) pred nastankom kondenzata. Žarek svetlobe, običajno iz trdnega širokopasovnega svetleča dioda se nanaša na zrcalni ploskvi, in fotodetektor spremlja odbite svetlobe tok, ki je največja v odsotnosti kondenzacije na zrcalo.

Postopek delovanja higrometra z ohlajenim ogledalom

Kadar kapljica kapljice tvori na zrcalni površini ogledala, se odbije svetloba. V tem primeru se njen tok, ki vstopa v fotodetektor, zmanjša, kar vodi do spremembe v izhodnem signalu slednjega. To pa je nadzorovano s pomočjo analognega ali digitalnega termoelektričnega hladilnega sistema, ki vzdržuje stabilno temperaturo zrcala na točki rosišča. Z ustrezno zasnovanim sistemom se ogledalo vzdržuje pri temperaturi, pri kateri je hitrost kondenzacije točno enaka hitrosti izhlapevanja rosišča. Natančna miniaturna platina odporni termometer (PRT), vgrajen v ogledalo, meri svojo temperaturo na tej točki, ki se samodejno preračuna v odčitavanje vlage.

Higrometer za merjenje zračne vlažnosti zadevne strukture vključuje tudi vakuumsko črpalko za črpanje vzorca plina, ki ga je treba analizirati, in dodatne filtracijske elemente v umazanih pogojih.

Prednosti obravnavanih higrometrov

Takšni instrumenti, ki temeljijo na preprostem načinu delovanja, s širokim obsegom meritev, visoko natančnostjo in stabilnostjo indikacij, se pogosto uporabljajo v industriji in znanstvenih raziskavah. Tipičen kondenzacijski higrometer, za razliko od mnogih drugih senzorjev za vlago, je lahko zelo stabilen, praktično ne vpliva na obrabo, kar zmanjšuje potrebo po ponovnem kalibriranju. Vlagomerni higrometer na rosišču lahko meri v temperaturnem območju od 100 ° C do najmanjše pri -70 ° C. Hkrati je natančnost merjenja desetina stopnje.

Številni higrometri obravnavane zasnove so opremljeni z mikroprocesorskim krmiljenjem in v kombinaciji z uporovnim temperaturnim senzorjem lahko izračunajo in prikažejo na zunanji indikator vse želene parametre vlažnosti poleg ali na mestu rosišča. Poleg tega te naprave omogočajo prenos rezultatov z uporabo brezžičnih tehnologij. Seveda se takšne naprave široko uporabljajo v različnih industrijskih sistemih avtomatiziranega zbiranja podatkov in obvladovanja ustreznih proizvodnih procesov.

Koliko lahko podoben higrometer stane? Cena tega, seveda, je v bistvu določena z nizom realiziranih funkcij, odvisno od razpoložljivosti in kompleksnosti elektronskega krmilnega sistema naprave. Tako je stalen kondenzacijski higrometer, podoben po videzu digitalni osciloskop, stroški ne manj kot 4000 dolarjev. Posebej "napredni" modeli lahko stanejo več kot 10.000 $. Na trgu lahko najdete popolnoma funkcionalen prenosni higrometer. Njena cena je od 1 do 2 tisoč dolarjev.

Pomanjkljivosti kondenzacijskih higrometrov

Čeprav je obravnavani sistem higrometrov najprimernejši v postopku merjenja, je njegova pomanjkljivost neizogibna kontaminacija podrobnosti merilne poti med delovanjem.

Higrometri, opremljeni s hladilnimi zrcali, ponavadi rastejo netočne meritve zaradi prisotnosti topnih in netopnih onesnaževalcev, ki se nanesejo na ogledalo. Netopni delci vplivajo na optične lastnosti ogledala. Zmerna prašljivost ali videz netopnih delcev na ogledalu zagotavljata prisotnost koncentracijskih centrov, na katerih lahko nastane rosa ali zmrzal, s čimer se poveča odzivni čas naprave. Topne nečistoče vplivajo na količino parnega tlaka od kondenzirane vlage do ogledala, ki preseli rosišče. Sodobna merilna higrometer (vsaj v svojih bolj zapletene modele) vključuje funkcijo "self-test", ki omogočajo, da naprava zazna in se odzove na onesnaženje z uvedbo ustreznih sprememb algoritmov vlage izračunih kazalnikov.

Ne glede na razpoložljivost takšnih zmogljivosti, morajo skoraj vsi zadevni higrometri redno pregledovati in čiščenje.

Vzdrževanje higrometrov z ohlajenim ogledalom

Uporabnik priporoča v tem smislu uporabniška navodila. Higrometer, ki je občutljiv na umazanijo, je treba občasno očistiti, da se zagotovi stabilnost merilnih rezultatov, čeprav to lahko poveča stroške vzdrževanja. Pregledovanje zrcala naprave se običajno opravi z vgrajenim mikroskopom, vzdrževanje pa poteka ročno po odprtju merilnega prostora.

Če se čiščenje površine zrcala izvaja s frekvenco, potrebno v navodilih za uporabo, je mogoče ohraniti natančnost merjenja. Enostaven dostop do površine zrcala za čiščenje običajno zagotavlja tečaj med optičnimi komponentami in ogledalom. Na trgu lahko sedaj najdete kondenzacijski higrometer, ki ga potrebujete. Na spodnji sliki je primer njegove izvedbe.

Uporaba higrometrov v meroslovju

Ustrezno načrtovani in upravljani higrometer z ohlajenim ogledalom zagotavljajo meritve vlažnosti z natančnostjo večkratnega naročila višje od drugih priljubljenih merilnikov vlažnosti. Natančna natančnost meritev, še posebej, če je opremljena s platinskim termometrom za merjenje temperature, ogledalo in srednje močnostni mikroskop za spremljanje stanja ogledala, je idealen za meroslovne meritve. Možnosti prenosa informacij z brezžičnim digitalnim komunikacijske kanale odpreti široke možnosti uporabe takšnih higrometrov v globalnih sistemih za zbiranje in obdelavo meteoroloških informacij.

Uporaba v tovarniških laboratorijih in kontaminiranih okoljih

Ti instrumenti za določanje vlažnosti zraka so idealni za merjenje njene absolutne vrednosti v tovarniških klimatskih laboratorijih. Pogosto se uporabljajo kot referenčni standardi za nadzor natančnosti drugih instrumentov, kot so senzorji relativne vlažnosti, ki se uporabljajo za nadzor komorij za preskušanje podnebja.

Značilnosti stabilnost, ki se uporabljajo v teh modelov areometre materialov in možnost izdelave več čistilnih naprav zelo primerne za dolgoročno storitev v okoljih z večine onesnaževal brez izgube umerjanja. Ta stabilnost lastnosti jih naredi primerna za uporabo v tokovih plinov, kjer imajo visoke ravni kontaminantov v vzorcih plinov nepopravljivo škodljiv učinek na manj stabilne tipe vlažnostnih senzorjev. Na primer, ta vrsta higrometra se široko uporablja za nadzor rosišča pri toplotnem utrjevanju površin kovinskih izdelkov v zraku s posebnimi dodatki. V takih primerih je še posebej zaželen enostaven dostop do čistilnega ogledala.

Proizvodnja, občutljiva na vlago

Posebne pakirne postopke, potrebne za proizvodnjo farmacevtskih izdelkov, filmov, premazov in drugih izdelkov, pogosto nadzirajo higrometri z ohlajenim ogledalom. Tudi na njihovo izbiro v tem primeru vpliva stabilnost merilne natančnosti in dolga življenjska doba. Poleg tega, ker so ti postopki na splošno manj občutljivi na stroške instrumentov, visoki stroški teh higrometrov niso odločilni dejavnik pri izbiri sistema za spremljanje vlage.

Visokotemperaturni plini in njihove točke rosišča

Ti tipi higrometrov so pogosto izbrani za merjenje temperatur rosišča nad temperaturo okolja. Naprave z ohlajenimi ogledali so bile uporabljene leta 1966 za spremljanje vodikovih gorivnih celic Apollo raket, ki delujejo pri temperaturi 250 ° C in tlaku 700 psi. Z današnjimi termoelektričnimi tehnologijami za hlajenje rosišča rosišča do 100 ° C (in nad njo, pod pogojem tlak zgoraj atmosferski). V teh primerih so vse površine higrometer za merjenje predelek, v stik z vzorcem plina mora imeti temperaturo nad najvišjo pričakovanega rosišča, drugače kondenzacija poteka na teh površinah, in merjenje bo napačna.

V higrometri za merjenje rosišča visoke temperature plinskega, običajna praksa je uporaba električnih grelnikov z regulatorjem temperature za vzdrževanje merilne komore sten nad najvišjo predvidenih točk rose. Polprevodniški optični elementi, kot so svetleče diode in detektorjev, ki se vzdržuje pri nominalni delovni temperaturi (tipično 85 ° C), da se prepreči škoda in higrometer dobitek ne uspe. To je mogoče doseči s termično izolacijo teh komponent iz segretega merilnega prostora.