Гигрометр
Гигрометр - прибор для определения уровня влажности в воздухе или других газах. Соблюдение требуемого температурно-влажностного режима необходимо практически при любом виде производства или хранении каких-либо товаров. Повышенная влажность может привести к нарушению технологического процесса или условиям хранения и, как следствие, к потере качества продукции. Поэтому параметры среды необходимо не только поддерживать, но и контролировать. Для мониторинга уровня влажности используют гигрометр. В зависимости от своего назначения приборы могут измерять точку росы, относительную и абсолютную влажности. Измерение влажности окружающей среды базируется на других физических параметрах, например давлении, массе, температуре, электрическом сопротивлении. Эти величины изменяются при поглощении веществом влаги. Получение значения влажности происходит путем расчета этих величин.
История возникновения гигрометра
Гигрометры принадлежат к метеорологическим приборам, появление которых связано с развитием мореплавания и инструментальных наблюдений за погодными условиями. Важность использования гигрометра стоит наряду с термометрами и барометрами. Считается, что первая версия гигрометра была разработана кардиналом Николасом де Куза и вовсе не для наблюдений за погодой, а для решения практических проблем. Он занимался продажей шерсти, стоимость которой зависела от веса, а в дождливые дни цены резко поднимались из-за увеличения объема. В 1774 году немецкий математик Ламберт разработал прибор для измерения влажности, где чувствительным элементом была кожа. Он также стал первым ученым, кто установил зависимость между температурой и влажностью. Наиболее точный и чувствительный прибор создал в 1783 году швейцарский физик Гораций-Бенедикт де Соссюр на основе человеческого волоса. В основе этих гигрометров лежало свойство органических материалов растягиваться или сужаться в зависимости от уровня влажности. Но уже в 1820 году британский химик Джон Даниэль создал гигрометр для определения точки росы на принципе измерения колебаний электрического сопротивления.
Виды гигрометров и принципы их работы
В настоящее время существуют механические и электронные гигрометры. Работа большинства механических гигрометров основана на разных физических методах. Поэтому гигрометры имеют отличные принципы действия, технические характеристики и конструкцию. Различают следующие виды гигрометров:
- Абсолютный гигрометр. Его действие основано на определении абсолютной влажности, т.е. на разнице полученного конденсата из определенного объема воздуха и сухой системы (прибора). В этом случае, прибор представляет собой U-образные трубки с гигроскопическим веществом, через которое пропускают воздух.
- Волосной гигрометр. Его работа базируется на способности человеческого волоса изменяться в длине с учетом уровня влажности.
- Пленочный гигрометр. Принцип его действия имеет схож с волосным гигрометром. Отличием является то, что вместо волоса используется органическая пленка. Она растягивается или сужается в зависимости от повышения или снижения влажности соответственно.
- Электролитический гигрометр. Измерение влажности происходит за счет изменения концентрации электролита при прохождении через него электрического тока. В этом случает на электроизоляционный материал (обычно стекло, полистирол) наносят электролит и пропускают через него электрический ток. При изменении влажности происходит изменение сопротивления электролита и, как следствие, его концентрации.
- Керамический гигрометр. Измерение влажности основано на электролитическом сопротивлении керамических материалов в зависимости от содержания влаги в воздухе.
- Конденсационный гигрометр состоит из зеркальца, полупроводникового элемента для его охлаждения и встроенного в него микротермометра. Он определяет влажность методом точки росы.
Отдельно можно выделить группу электронных гигрометров, которые можно классифицировать по принципу их работы. Приборы не требуют настройки, характеризуются низким энергопотреблением, расширенным диапазоном измерений. Электронные гигрометры подходят для комнатного и уличного использования. По типу датчика приборы делятся на четыре типа:
- Пьезоэлектрические гигрометры, работа которых основывается на изменении частоты колебаний пьезоэлектрического резонатора от влажности окружающей среды.
- Оптоэлектронные гигрометры измеряют точку росы зеркальной поверхности, которое сначала охлаждают, а потом нагревают до требуемых значений.
- Резистивные гигрометры работают за счет чувствительности гигроскопических веществ (солей), электропроводимость которых изменяется при воздействии на них влажности.
- Основой емкостного гигрометра является гигроскопичная полимерная пленка с электродами, образуя конденсатор. Повышение влажности влечет за собой увеличение площади пленки, что приводит к изменению емкости конденсатора.
Электронные устройства дают меньшую погрешность и удобны в использовании, чем механические гигрометры.
Аналоговый гигрометр - это классический прибор со стрелкой и циферблатом.
Цифровые гигрометры отображают результаты измерений в числовом виде на ЖК-дисплее.
Гигрометры различают также по конструкции:
- Контактные гигрометры используют с целью измерения влажности у различных материалов. Например, гигрометр для определения влажности у изделий из дерева.
- Индукционный гигрометр – прибор , датчики которого размещаются на поверхности.
- Игольчатое устройство проводит измерение путем погружения датчиков в виде игл непосредственно в объект. Такое прибор используют при контроле стройматериалов, аграрном секторе или нефтехимии.
- Бесконтактное устройство определяет уровень влажности у различных газов и газовых смесей. Работа таких приборов основывается на изменении свойств материалов в зависимости от влажности.
Гигрометры можно разделить по виду размещения:
- Настольный прибор, как правило небольших размеров, имеет специальную подставку или ножки для установки на поверхности.
- Настенные устройства характеризуются плоским корпусом и отверстием на задней панели для легкости размещения на вертикальной поверхности. Это могут быть приборы как бытового назначения, так и профессиональные.
- Портативный или переносной имеют небольшие размеры и предназначены для мобильной работы.
- Cтационарный гигрометр - профессиональное оборудование, вес которого может достигать несколько десятков килограмм.
Психрометрические гигрометры
В особую группу гигрометров можно отнести психрометры. Первый психрометр был изобретен в 1828 году немецким физиком Эрнстом Фердинандом Августом. Принцип действия этого гигрометра лег в основу психрометров ВИТ-1 и ВИТ-2, которые являются самыми современными и наиболее распространенными.
Основным методом для измерения влажности воздуха является психрометрический. Определение влажности этим методом осуществляется по показанию психрометра - прибора, состоящего из двух термометров. Конструкция психрометрического гигрометра представлена пластиковым корпусом, на котором расположены два термометра («сухой» и «влажный»). Один из термометров («влажный») подсоединен к стеклянному питателю посредством специального фитиля из ткани (шифон или батист). Питатель, заполненный дистиллированной водой, находится с внутренней стороны пластикового корпуса. «Влажный» термометр охлаждается за счет испарения жидкости и показывает температуру более низкую, чем «сухой» термометр. По разнице показаний обоих термометров определяют относительную влажность воздуха с помощью психрометрической таблицы, которая также находится на корпусе прибора.
В свою очередь психрометрические гигрометры подразделяются на стационарные, дистанционные, аспирационные, работа которых основана на том же принципе работы.
Термогигрометры
В особую группу можно выделить термогигрометры - электронные устройства, позволяющие контролировать показатели и температуры и влажности одновременно в любом помещении. Таким образом, прибор соединяет в себе два устройства: термометр и гигрометр.
В корпусе устройства, изготовленного из пластика, размещаются специальные элементы, которые являются чувствительными к изменениям параметров окружающей среды. Эти элементы являются главной составляющей микропроцессора прибора. Именно благодаря им получают показатели температуры и влажности высокой точности. С помощью специальной компьютерной программы полученные данные фиксируются, оставаясь в памяти устройства, и выводятся на дисплей.
Сложность проведения измерений
Определение влажности является одной из сложных задач в метрологии. Гигрометры должны быть хорошего качества, эксплуатироваться должным образом и подвергаться регулярному обслуживанию. Высококачественные приборы при правильном обращении должны стабильно работать в течение нескольких лет.
Калибровка гигрометров должна происходить в воздухе, так как он является менее эффективным теплоносителем. К тому же большинство гигрометров измеряются относительную влажность, а не абсолютную. Но относительное содержание влаги зависит и от температуры , и от абсолютной влажности. Поэтому изменения темпераутры могут привести к изменениям относительной влажности. В холодной и влажной среде на рабочем элементе прибора может произойти сублимация льда. Лед на датчике соответствует показаниям влажности насыщения по отношению к льду при этой температуре., то есть точке замерзания. Однако обычный гигрометр не может правильно измерять температуру ниже точки замерзания.
Выбор гигрометра
При выборе гигрометра следует руководствоваться следующими параметрами:
- принцип действия. От принципа действия зависит точность результатов, а также непрервыное показаний измеренеий или в момент замера.
- диапазон температур. Большинство гигрометров работают при положительных температурах, например психрометры Вит-1 и ВИТ-2.
- диапазон определений влажности. Разные устройства имеют разный диапазон определения влажности. Большинство из них выдают корректный результат только в диапазоне 20-90%.
Правила пользования гигрометром
Как правило периодичность поверки и правильное использование гигрометра описаны в инструкции. Отметим основные моменты:
- запрещено ронять устройство;
- нельзя подвергать устройство механическим воздействиям;
- нужно исключить любой взаимодействие с щелочами, кислотами и другими агрессивными веществами;
- не допускать перегрев приборов.
Области применения гигрометров и термогигрометров
Влажность воздуха влияет на состояние здоровья человека, на стабильность работы оборудования, на состояние материалов, на качество продукции и т.д. В связи с этим контроль этого показателя является необходимым для многих отраслей промышленности:
- в фармацевтической промышленности при хранении и транспортировки лекарственных препаратов;
- в сельском хозяйстве необходимо контролировать влажность при хранении сельхозпродукции (зернохранилища, овощехранилища);
- в пищевой промышленности, например, при производстве макаронных изделий, хранении и транспортировке пищевых ингредиентов;
- в строительном секторе для сохранения качества строительных материалов (древесина, цемент, бетон и др.);
- в текстильной промышленности влажность влияет на прочность и усадку тканей
- в книгохранилищах для предотвращения разрушения книг и архивных документов;
- в жилых и общественных помещениях (больницы, магазины, музеи и т.д.). для поддержания хорошего самочувствия и комфорта человека;
- для мониторинга влажности и температуры в газопроводах, воздуховодах систем вентиляции, отопления и холодильных систем;
- для оценки и мониторинга параметров окружающей среды при метео наблюдениях.
Вы можете купить психрометрические гигрометры ВИТ-1 и ВИТ-2, автономные переносные термогигрометры ИВА, а также термогигрометры Testo в Москве в компании Лабтех по наименьшей цене.