Содержание
- Психрометрический метод
- Гигрометрический метод
- Дистанционное измерение
- Массовый метод
- Контроль и организация регулирования влажности воздуха на железнодорожном транспорте
Название психрометрического метода произошло от слова психрос – охлаждение, холод. Метод основан на зависимости интенсивности испарения с водной поверхности от дефицита влажности соприкасающегося с ней воздуха. Измерение влажности воздуха осуществляется при охлаждении одного из двух термометров. По этому методу работают основные приборы для определения влажности воздуха – стационарный и аспирационный психрометры.
Стационарный психрометр (рис. 2.5) состоит из двух психрометрических термометров, которые устанавливаются в психрометрической будке. Резервуар правого термометра обвязывается кусочком батиста, конец которого погружен в воду, заполняющую стаканчик как показано на рис 5.5. При этом обеспечивается поступление воды к поверхности резервуара термометра по батисту и в то же время создается возможность свободного обмена воздуха у резервуара.
Рисунок 2.5. Стационарный психрометр, установленный в будке Селянинова
а) будка Селянинова; б) приборы, устанавливаемые в будку Селянинова.
Психрометр аспирационный (рис. 2.6) имеет большое распространение и состоит из двух термометров: сухого и смоченного.
Рисунок 2.6. Психрометр аспирационный
Ртутные резервуары этих термометров заключены в блестящие оправы цилиндрической формы с двойными стенками. Эти оправы соединяются общей трубкой, имеющей вверху расширение, в котором помещается вентилятор. Последний приводится в действие особой пружиной или электродвигателем и при вращении всасывает наружный воздух через цилиндрические оправы. Благодаря этому воздух во время действия психрометра непрерывно обтекает резервуары термометров со скоростью 2 м/сек. Все наружные части психрометра хорошо отполированы, поэтому они отражают солнечные лучи и не нагреваются.
Аспирационный психрометр очень удобен для переноски и не требует каких-либо особых установок.
Он состоит из двух термометров: мокрого и сухого, укрепленных в металлической оправе. Верхний коней трубки соединен с головкой аспиратора просасывающего воздух через трубки и около резервуаров термометров. Измерение по психрометру. Психрометр устанавливают с помощью крюка подвеса, который ввинчивают в столбик горизонтально так, чтобы резерву-ары термометров находились на высоте 2 м от поверхности земли.
Таблица 2.1 – Психрометрическая таблица
Показания сухого термометра, °С
Разность показаний сухого и влажного термометров, °С
Относительная влажность воздуха , %
Смачивают батист термометра зимой за 30 мин, летом за 4 мин до снятия показаний термометров. При скорости ветра более 3 м/с на аспиратор надевают с наветренной стороны ветровую защиту.
Вычисление влажности производят при помощи психрометрических таблиц. Основная таблица (таблица 2.1) . Таблица рассчитана для атмосферного давления р = 1000 мб. Для других значений атмосферного давления в характеристики влажности вводятся поправки, которые рассчитываются по дополнительным таблицам.
Измерение влажности воздуха пирометрическим (сорбционным) методом
Сорбционный метод измерения влажности воздуха, основан на использовании свойства гигроскопических тел, реагировать на изменение влажности воздуха. На этом свойстве основано действие гигрометров. Волосной гигрометр служит для измерения относительной влажности воздуха в %. Действие прибора, основано на свойстве обезжиренного человеческого волоса, изменять длину в зависимости от относительной влажности. Изменение длины волоса передается на стрелку, указывающую относительную влажность на шкале, градуированной от 0 до 100%.
Рисунок 2.7. Пленочный гигрометр
Пленочный гигрометр (рис. 2.7) служит для измерения относительной влажности воздуха. Приемной частью его является натянутая на металлическое кольцо гигроскопическая животная пленка, мембрана, в центре которой находится металлическая шайба. Приемник прикрепляется подпружинными винтами 6 к металлической раме 8. Тягой 2 мембрана соединена с передаточным механизмом прибора, состоящим из оси 4, стрелки 5 и грузика 3, который обеспечивает постоянное натяжение пленки. Благодаря такому устройству передаточного механизма изменения упругих свойств мембраны, происходящие в результате изменения влажности воздуха, передаются на стрелку. Отсчет влажности воздуха производится по шкале 7. Деления шкалы равномерны, так как упругие свойства пленки меняются равномерно с изменением влажности воздуха.
Для крепления прибора в металлической раме есть отверстия 9 и лапки 10. Стрелку гигрометра устанавливают на заданную влажность воздуха винтом 6.
Пленочный гигрометр – прибор относительный. Поэтому в его показания, как и в показания волосного гигрометра, вводятся поправки, полученные сравнением показаний пленочного гигрометра с показаниями психрометра.
Волосной гигрометр ( MB – 1) (рис. 2.8). При увеличении относительной влажности волос удлиняется, и стрелка поворачивается вправо по шкале. При уменьшении влажности стрелка смещается влево, отсчеты по шкале снимаются в целых делениях, цена деления 1%.
Читайте так же: Бумажный рекуператор воздуха своими руками
Рисунок 2.8. Гигрометр волосной
Прибор устанавливают в центре психрометрической будки и крепят на штатив между сухим и смоченным психрометрическими термометрами.
Гигрограф служит для непрерывной записи изменений влажности воздуха.
Прибор показан на рисунке 5.9. Принцип действия его аналогичен термографу, чувствительным элементом прибора является пучок волос, укрепленный на задней стенке прибора. Через передающее устройство (систему рычагов) изменение натяжения пучка волос передается на стрелку с пером. Перо вычерчивает на бумажной ленте график изменения относительной влажности воздуха за сутки или неделю.
Рисунок 2.9. Гигрограф(доступно при скачивании полной версии учебника)
1 – барабан; 2 – полосовая пружина; 3 – пучок обезжиренных волос; 4 – рычаг; 5 – грузик; 6 – перо гигрографа.
Обработка записей на ленте гигрографа – производится путем введения поправок в величины относительной влажности воздуха, снятые для каждого часа с графика гигрографа. Эти поправки определяются из отдельного графика составленного на основании сравнительных данных значений относительной влажности, полученных по психрометру, и значений, снятых с лент гигрографа с точностью до 1%
Лабораторная работа №2
Приборы для измерения температуры и подвижности (скорости) внутреннего воздуха, скорости воздуха в вентиляционных решетках, температуры внутренних поверхностей ограждающих конструкций
1. Измеритель плотности теплового потока и температуры ИТП-МГ4.03/Х(I) «ПОТОК»
Измерители выпускаются с различным количеством каналов измерения плотности
теплового потока и температуры. Имеют обозначение: ИТП-МГ4.03/X(I) «ПОТОК», где:
Х – общее количество измерительных каналов (от десяти до ста);
I – вариант исполнения
ОПИСАНИЕ И РАБОТА ИЗМЕРИТЕЛЯ
Дата добавления: 2018-04-15 ; просмотров: 271 ; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ
В настоящее время наибольшее распространение в промышленных приборах получили следующие методы измерения влажности газов и воздуха : психрометрический, точки росы, сорбционный и оптический.
Психрометрический метод измерения влажности основан на измерении психрометрической разности температур между «сухим» и «мокрым» термометрами. Мокрый термометр смачивается через специальный фитиль водой. Испарение, а следовательно, и охлаждение с поверхности мокрого термометра тем больше, чем ниже влажность газа. Поэтому разность температур сухого и мокрого термометров зависит от влажности газа.
Метод точки росы основан на определении температуры, при которой газ становится насыщенным находящейся в нем влагой. Эта температура определяется по началу конденсации водяного пара
на зеркальной поверхности, температура которой может устанавливаться любой в интервале температур работы влагомера.
Сорбционный метод основан на связи физических свойств гигроскопических веществ с количеством поглощенной ими влаги, зависящей от влажности анализируемого газа.
Оптический метод основан на измерении ослабления инфракрасного (ИК) излучения за счет его поглощения парами воды.
Психрометрический метод . В психрометрическом методе используется зависимость между парциальным давлением пара в парогазовой смеси и показаниями сухого и мокрого термометров:
р н.м – р = Ар б (t c – t m ) (1)
где р — парциальное давление пара в парогазовой смеси; р н.м — парциальное давление насыщенного пара при температуре мокрого термометра t m ; р б — барометрическое давление; А — психрометрическая постоянная; t c — температура сухого термометра.
Относительная влажность φ может быть определена из (1) следующим образом:
φ = р/р н.с 100 = 100[р н.м – Ар б (t c – t m )]/ р н.с (2)
где р н.с , р н.м — парциальное давление насыщенного пара при температурах t c и t m .
В связи с тем, что р н.с и р н.м , однозначно определяются t c и t m , то при А = const, можно получить зависимость
φ = f(t c – t m ,t c ) (3)
По этой зависимости можно составить психрометрические таблицы. Таблицы могут быть различными для разных конструкций мокрого термометра. Психрометрическая постоянная А определяется условиями теплоотвода от термометра через фитиль в окружающую среду (размерами и формой резервуара или гильзы термометра, теплопроводностью гильзы и ткани фитиля, смоченностью ткани и другими факторами), поэтому практически для каждой новой конструкции А будет отличным от других. Для обеспечения постоянства А для каждой конструкции обеспечивают такой режим обдува мокрого термометра (как правило, V ≥ 3 м/с), при котором А = const. Зависимость (3) может быть аппроксимирована семейством прямых φ = const в координатах t m ,t c . Полагая, что прямые φ = const пересекаются в одной точке с координатами t a ,t b (рис. 1), можно считать,
φ = f(t m – t a )/(t c – t b ) (4)
Рис. 1. Зависимость относительной влажности от температур «мокрого» и «сухого» термометров :
1 – 5 – φ = 100 %; 80; 60; 40; 20
Рис. 2. Принципиальная схема психрометра с термопреобразователями сопротивления
Принципиальная измерительная схема психрометра с преобразователями сопротивления представлена на рис. 2. При соответствующем подборе плеч мостов можно считать, что Uab = k 1 (t m – t a ) и Ucd = k 2 (t c – t b ). В момент компенсации Uab = Uef = mUcd, где m — относительное положение движка реохорда, тогда
m = k 1 (t m – t a )/ [k 2 (t c – t b )] (5)
Шкала психрометра градуируется в процентах относительной влажности. Возможны различные модификации этой схемы, но, как правило, принцип действия остается неизменным.
Преимущества психрометрического метода — достаточно высокая точность и чувствительность при температурах выше 0 °С. К недостаткам метода относится уменьшение чувствительности и точности при низких температурах, а также погрешность, связанная с непостоянством психрометрической постоянной А.
Читайте так же: Приточная вентиляция в котельной в подвале
Метод точки росы . По температуре точки росы можно определить абсолютную влажность или влагосодержание, а если дополнительно измерить температуру газа, то можно определить и относительную влажность. Этот метод один из наиболее точных и позволяет производить измерение влажности при любых давлениях газа как при положительных, так и при отрицательных температурах. Основным чувствительным элементом влагомеров, основанных на измерении температуры точки росы, является зеркало, обдуваемое анализируемым газом. Зеркало необходимо охлаждать, чтобы на нем происходила конденсация влаги, находящейся
в анализируемом газе. Одновременно фиксируется температура, при которой начинается выпадение влаги (росы).
Для технических измерений разработаны автоматические влагомеры точки росы. Одна из схем такого влагомера представлена на рис. 3.
Рис. 3. Принципиальная схема влагомера точки росы :
1 — канал; 2 — камера; 3 — зеркальная поверхность; 4 — источник измерения; 5 — оптрон; 6 — термобатарея; 7 — термопара
Газ, очищенный от примесей и пыли, по каналу 1 поступает в камеру 2, где соприкасается с зеркальной поверхностью оптического канала 3, по которому световой поток от источника 4 попадает на оптрон 5. Поверхность 3 охлаждается термобатареей 6, работающей на эффекте Пельтье. Принцип ее работы состоит в том, что при прохождении тока через соприкасающиеся поверхности разнородных проводников в зависимости от направления тока поглощается или выделяется тепло. Так, снижение температуры на 50 °С может быть получено при пропускании тока в 6 А при напряжении питания 15 В через термоэлектронную батарею размером 40 х 40 х 40 мм, содержащую 127 элементов. При достижении точки росы на поверхность 3 выпадает роса, оптрон запирается и ток через термобатарею 6 прекращается. Термопара 7 фиксирует температуру выпадения росы. Преобразователь точки росы прибора «КОНГ-Прима» измеряет точку росы в диапазоне -30. 30 °С, погрешность составляет ±0,25 и ±1 %.
При практической реализации метода точки росы существуют определенные трудности. Во-первых, фиксация самого момента начала конденсации (выпадения росы) зависит от метода фиксации (оптический, кондуктометрический и т.д.). Во-вторых, температура точки росы может зависеть от состояния поверхности, на которой происходит конденсация. Например, наличие жира или нефтепродуктов на поверхности конденсации существенно занижает температуру точки росы. В-третьих, при измерении влажности агрессивных газов температуры точки росы могут существенно отличаться от расчетных. Кроме того, агрессивные газы вызывают коррозию поверхности, на которой происходит конденсация.
Сорбционные влагомеры . В сорбционных влагомерах чувствительный элемент должен находиться в гигрометрическом равновесии с измеряемым газом. В практике технических измерений
получили распространение следующие разновидности сорбционных преобразователей: электролитические, кулонометрические, пьезосорбционные и деформационные.
В электролитических гигрометрах измерительный преобразователь включает влагочувствительный элемент, содержащий электролит. Изменение влажности газа вызывает изменение количества влаги, содержащейся во влагочувствительном элементе, что приводит к изменению концентрации электролита во влагочувствительном элементе и соответствующему изменению его сопротивления или емкости. В качестве электролита чаще всего применяют хлористый литий. Измерительные схемы электролитических гигрометров представляют собой различные варианты мостовых измерительных схем. К недостаткам электролитических гигрометров следует отнести нестабильность их градуировочных характеристик, а также влияние температуры и концентрации растворенного вещества на их показания.
Электролитические преобразователи с подогревом по своему устройству близки к электролитическим преобразователям. Однако их принцип действия отличается. Изменение электропроводности преобразователя вследствие изменения влажности газа вызывает изменение температуры преобразователя. Если влажность газа увеличивается, то электропроводность преобразователя увеличивается, что приводит к возрастанию тока, увеличению температуры преобразователя и испарению влаги из преобразователя. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению электропроводности, тока и температуры преобразователя.
Таким образом, автоматически поддерживается режим, соответствующий равновесному состоянию между парциальным давлением паров воды в анализируемом газе и парциальным давлением пара над насыщенным раствором электролита. Температура, соответствующая этому равновесию, измеряется каким-либо термопреобразователем. Электролитические гигрометры с подогревом относительно просты и надежны. Их характеристики практически не зависят от запыленности или загрязнения, скорости измеряемого газа, его давления и напряжения питания.
В кулонометрических преобразователях влажность газа определяют по количеству электричества, затраченного на электролиз влаги, которая поглощается частично гидротированным пентаоксидом фосфора. Измерительный преобразователь в этих приборах состоит из пластмассового корпуса, во внутреннем канале которого расположены два электрода в виде несоприкасающихся спиралей. Пространство между электродами заполнено частично гидратированным пентаоксидом фосфора, являющимся хорошим осушителем. Влага газа, соединяясь с гигроскопическим веществом, образует раствор фосфорной кислоты с большой удельной проводимостью. Подключенное к электродам постоянное напряжение вызывает электролиз поглощенной влаги. Количество поглощенной и разложенной воды при постоянном расходе газа одинаково и определяется концентрацией влаги в анализируемом газе.
Преимуществом кулонометрических гигрометров является независимость их показаний от напряжения питания и состава газа. Загрязнения сорбента практически не влияют на показания прибора, метод не требует градуировки на эталонных смесях и хорош для измерения микроконцентраций влаги в газах.
К недостаткам метода относится необходимость исключения паров и газов, имеющих щелочную реакцию (аммиак, амины). Их присутствие выводит из строя чувствительный элемент. На показания существенно влияют пары спиртов, которые гидролизуются на пентаоксиде фосфора с образованием воды.
В пьезосорбционных гигрометрах используется зависимость частоты собственных колебаний кварцевого резонатора от массы влаги, поглощенной сорбентом, нанесенным на поверхность кварцевой пластины.
Читайте так же: Можно ли сушить стяжку теплым полом
Метрологические характеристики пьезосорбционных гигрометров определяются материалом сорбента и технологией его нанесения на поверхность кварцевой пластины. Применение в качестве сорбентов силикагеля, цеолитов, сульфированного полистирола позволяет использовать пьезосорбционный метод для измерения микроконцентраций влаги в газах. Конструкция чувствительного элемента прибора достаточно проста.
Пьезосорбционные гигрометры требуют градуировки по газовым смесям с известной влажностью. Возможны дополнительные погрешности за счет сорбирования помимо влаги других примесей анализируемого газа. Пьезосорбционные гигрометры применяются в химической промышленности и при испытаниях материалов и изделий в термобарокамерах.?
Гигрометры для измерения влажности газов производятся отечественными фирмами: ИПТВ 056 (ф. «Элемер»), зарубежными фирмами: мод. 340, серия 800 (ф. Rosemount), мод. 4112 (ф. Honeywell), Dewcel (ф. Foxboro), мод. 70 (20—23, 31, 32, 51) (ф. Jumo) и др.
Психрометрический метод
Психрометрический метод заключается в оценке характеристик показаний сухого и мокрого термометров (психрометрической разности) с помощью психрометрических таблиц. Наибольшее распространение получили два типа психрометров: Августа и Ассмана.
Психрометр Августа состоит из двух термометров. Сухой термометр показывает температуру окружающего воздуха; термочувствительный элемент второго термометра обёрнут гигроскопической тканью, конец которой опущен в сосуд с водой. Вследствие испарения влаги с поверхности ткани температура последней понижается, достигая в установившемся состоянии при реально 100%-й влажности температуры по мокрому термометру tм. Этот процесс отвечает условию i = const, поскольку для воздуха количество тепла, внесенного с испарившейся влагой, точно равно затратам теплоты на её испарение. Температура поверхности испарения будет зависеть от относительной влажности воздуха φ: чем ниже значение φ, тем интенсивнее идёт процесс испарения влаги и тем ниже будет значение tм. Разность показаний сухого (tc) и мокрого (tм) термометров называют психрометрической разностью. При tм = tc относительная влажность воздуха равна 100%. Зная психрометрическую разность и температуру воздуха, можно с помощью i-d диаграммы или прикладываемых к прибору психрометрических таблиц определить φ.
Психрометр Ассмана относится к аспирационному типу вследствие создания искусственной вентиляции термометров для гарантированного выполнения условия равенства температур датчиков значениям tм и tc. Экранирование ртутных капсул металлическими трубками и продувании через них воздуха с помощью специального вентилятора с завозным или электрическим приводом повышают точность измерений (устраняются внешние тепловые излучения на прибор и улучшается теплообмен воздуха с чувствительными элементами термометров). Относительную влажность φ определяют с точностью 1…2%.
Гигрометрический метод
Гигрометрический метод основан на эффекте изменения длины нити из того или иного гигроскопического материала (обезжиренные волосы, капроновая нить и др.) при изменении влажности окружающего воздуха. Приборы, реализующие этот метод, получили название гигрометров. Чем суше воздух, тем короче становится чувствительный элемент прибора (нить, связанная системой рычагов со стрелкой, указывающей текущее значение относительной влажности φ на градуированной шкале). Распространение получили волосные гигрометры типа МВ-1 и МВК, пленочные М-39 и др.
Психрометрический и гигрометрический – это практические методы определения влажности воздуха. Также существует ещё два метода определения влажности воздуха – это дистанционное измерение и массовый метод, рассмотрим их подробнее.
Дистанционное измерение
Дистанционное измерение относительной влажности воздуха позволяет контролировать её без разгерметизации помещения грузовой камеры. Для этого применяется дистанционный гигрометр, который состоит из: гигроскопической нити, индукционной катушки, магнитного сердечника и измерительного прибора.
Для автоматической регистрации относительной влажности воздуха в течение заданного отрезка времени применяют прибор под названием гигрограф. В нём вместо стрелки помешено перо, на которое непрерывно подаются чернила. Регистрация осуществляется с помощью бумаги на барабане с часовым или суточным заводом. Таким образом, вычерчивается непрерывная кривая линия проходимых значений φ. В других приборах реализован также принцип измерения электрического сопротивления нити при колебаниях влажности воздуха.
Массовый метод
Этот метод основан на точном замере содержания влаги в воздухе. Исследуемый воздух, объем которого контролируется специальным счётчиком, прогоняют через трубки, заполненные поглотителем влаги (силикагель, хлористый кальций и др.). Разность масс трубок с адсорбентом до и после пропускания воздуха показывает количество поглощенной влаги. Разделив массу влаги на объём пропущенного воздуха, получают плотность ρп, то есть абсолютную влажность воздуха. Зная температуру tc, по таблице насыщенного воздуха определяют плотность его в состоянии насыщения ρп. н и относительную влажность: φ = ρп/ρп. н.
Управление влажностью в грузовом помещении рефрижераторного вагона осуществляется укрупнённо – путём введения ограничений в режим вентилирования наружным воздухом
Контроль и организация регулирования влажности воздуха на железнодорожном транспорте
Регулирование влажности воздуха осуществляется лишь в пассажирских вагонах путем применения увлажнителей – аппаратов с форсунками для распыления воды. Такие аппараты включаются от датчиков, расположенных в вагонах. Управление влажностью в грузовом помещении рефрижераторного вагона осуществляется организационными методами – путем введения ограничений на маршруте и соответствующей технологии разгрузки СПГ (скоропортящиеся грузы).
Влажностный режим при перевозках СПГ в изотермических вагонах не контролируется и не регулируется, а потому не нормируется правилами. Это вызвано отсутствием на изотермическом подвижном составе надежных приборов дистанционного контроля относительной влажности воздуха и технических средств воздействия на нее грузовых помещениях вагонов.
Источник: