При проверке показаний изготовленного устройства убедитесь, что результаты заводского измерительного прибора сопоставлены с этими значениями. В дальнейшем для определения уровня влажности рекомендуется использовать специализированную психрометрическую таблицу.
Введение
Психрометр (от греческих слов «ψυχρός» — холодный и «μετράω» — измерять) представляет собой специализированное устройство, предназначенное для измерения температуры и влажности воздуха. Он находит широкое применение в метеорологических исследованиях на метеостанциях.
Новости
Психрометры предназначены для определения относительной влажности воздуха. Эти измерения являются ключевыми в самых различных сферах науки и промышленности. Например, контроль уровня относительной влажности играет важную роль при использовании весов, обеспечивая точность их показаний. Уровень влаги в атмосфере также влияет на комфорт человека, который должен находиться в пределах оптимального диапазона. Слишком низкая влажность может вызвать проблемы с дыханием и привести к сухости слизистых оболочек, тогда как слишком высокая влажность может привести к физическим повреждениям. Особую осторожность к этому показателю должны проявлять люди с заболеваниями органов дыхания.
Исторический контекст
Принцип работы любого термометра основан на природном свойстве жидкостей, в частности воды, испаряться, что приводит к различиям температур между сухим и влажным термометрами.
Простой психрометр состоит из двух стеклянных термометров: один из них измеряет температуру воздуха (сухой), а другой — температуры, увлажненной с помощью ткани. Эта ткань сделана из хлопка и намочена водой; один её конец погружён в ёмкость с жидкостью. По мере испарения влага забирает тепло, что приводит к снижению температуры на «мокром» термометре. Чем ниже влажность окружающего воздуха, тем быстрее происходит испарение, следовательно, Celsius температура влажного термометра будет ниже. Соответственно, чем более сухой воздух, тем меньшие значения фиксирует влажный термометр, а разница между показаниями сухого и влажного термометров увеличивается.
Записывая показания двух термометров в конкретный момент времени, можно воспользоваться психрометрической таблицей для вычисления относительной влажности. После этого применяя психрометрическую формулу, вы сможете определить абсолютную влажность воздуха.
Представляем «психрометрическую формулу», используемую для расчёта упругости водяного пара в атмосфере, основываясь на данных от сухого и влажного термометров.
E — упругость водяного пара в воздухе (абсолютная влажность),
E — максимальная упругость водяного пара при температуре tc, соответствующей смоченному термометру,
t — температура воздуха,
A — коэффициент, определяемый конструкцией термометра и скоростью воздуха, проходящего мимо его емкости,
P — атмосферное давление.
Разновидности психрометров
Существует три основных типа психрометров:
Стационарный психрометр
Рис. 1 — Психрометр с фиксированным расположением (психрометр Августа).
Психрометр с фиксированным расположением (психрометр Августа) представляет собой «традиционный» тип психрометра. Он состоит из двух термометров, один из которых обвязывается небольшой тканевой лентой, её конец помещается в сосуд с водой для обеспечения постоянного доступа жидкости к термометру. На рисунке 1 изображена схема охладителя Августа.
Входной охладитель
Рисунок 2 — Охладитель с всасыванием (охлаждающее устройство Асмана)
Всасывающий психрометр (психрометр Асмана) представляет собой более продвинутый инструмент. Термометры этого устройства размещены в специальном корпусе, который защищает их от механических повреждений и теплового воздействия окружающей среды. Воздух в термометры подается с помощью специальной воздуходувки, аспиратора, с постоянной скоростью около 2 м/с. Аспирационный термометр отличается высокой точностью и надежностью, что делает его идеальным для измерения температуры и влажности при положительных температурах окружающего воздуха.
Всасывающие психрометры и психрометры с постоянным расходом имеют одну общую черту: оба типа приборов основаны на использовании ртутных термометров. Это является общим недостатком, так как ртутные термометры хрупкие и не позволяют производить дистанционное измерение.
Дистанционный психрометр
Рисунок 3 — Дистанционный психрометр
Дистанционный психрометр представляет собой устройство, применяемое в промышленности для определения уровня влажности с использованием различных типов термометров сопротивления, термопар и термисторов. Основные классификации включают манометрические и электрические психрометры, в зависимости от типа задействованного термометра.
Манометрический психрометр, как это следует из его названия, обычно основан на использовании либо двухканального манометрического термометра, либо двух одноканальных термопар, одна из которых оснащена системой увлажнения.
Наиболее распространены модели психрометров, которые применяют термометры сопротивления, термопары и термисторы. Важно отметить, что для получения надежных и точных измерений необходимы как сухие, так и влажные преобразователи, а также температурные датчики.
Практическая часть
В семьях с маленькими детьми или людьми, страдающими от астмы, бронхита или сердечно-сосудистых недугов, использование психрометра становится крайне важным. Однако его покупка не является обязательной, ведь вы можете изготовить этот прибор самостоятельно. Психрометр позволяет измерять как уровень влажности, так и температуру воздуха.
В этом проекте был создан стационарный психрометр (психрометр Августы), который применялся для определения уровня влажности в различных помещениях.
Правила безопасности при использовании психрометра
Психрометр не должен использоваться:
— Избегайте резких ударов по прибору как во время установки, так и в процессе эксплуатации,
— Не стоит очищать шкалу термометра и панель психрометра растворителями, кислотами или иными агрессивными веществами,
— Не допускайте перегрева психрометра, так как это может привести к повреждению элементов термометра.
Принцип работы и устройство психрометров
Принцип работы психрометра основан на естественном явлении испарения жидкостей, в частности воды, и на различии температур, которые фиксируют сухой и влажный термометры. Когда вода испаряется с поверхности, такой как ткань или губка, прикрепленная к одному из термометров, происходит потеря энергии, что приводит к снижению температуры жидкости. Это понижение температуры фиксируется мокрым термометром.
Самый простой прибор для измерения температуры воздуха представляет собой два стеклянных термометра (можно использовать ртутные или спиртовые). Один из термометров остается сухим, а другой оборачивается во влажную хлопковую ткань. Один из концов этой ткани помещается в воду. Во время испарения вода охлаждает «мокрый» термометр. Более низкая влажность в окружающей среде ускоряет процесс испарения. Таким образом, при более сухом воздухе, влажность которого требуется определить, показания «мокрого» термометра будут ниже, что увеличивает разницу между показателями сухого и мокрого термометров.
Записав значения сухого и влажного термометров в определенный момент и воспользовавшись психрометрической таблицей, которая идет в комплекте с прибором, или специальными расчетными формулами, можно вычислить относительную, а затем абсолютную влажность с использованием психрометрической формулы.
Ниже представлена «психрометрическая формула», которая используется для вычисления упругости водяного пара в атмосфере, основываясь на показаниях сухого и влажного термометров.
E — это упругость водяного пара в воздухе (абсолютная влажность),
E — максимальная возможная упругость водяного пара при температуре tc смоченного термометра,
t — температура воздуха,
A — коэффициент, который зависит от типа термометра и скорости воздушного потока около его емкости,
P — атмосферное давление.
Какие различия между гигрометром и психрометром
Кроме приборов, измеряющих температуру, влажность также определяется с помощью гигрометров. Принцип их работы заключается в изменении физических и химических свойств различных материалов в зависимости от уровня влажности окружающей среды. Наиболее распространенными типами являются емкостные, оптические, резистивные и термисторные гигрометры.
Основное отличие гигрометра от психрометра заключается в их принципе работы. Психрометр представляет собой более простой прибор, что делает его менее подверженным внешним воздействиям и, как следствие, более надежным в эксплуатации. В руководствах по использованию многих моделей гигрометров нередко упоминается необходимость периодической проверки показаний психрометра.
С другой стороны, гигрометры обладают значительно большей функциональностью. Некоторые из них могут измерять влажность не только в воздухе, но и в твердых материалах. Например, емкостные гигрометры способны определять уровень влажности древесины или других подобных материалов.
Типы психрометров
В общем, выделяют три основные категории психрометров:
Стационарный психрометр
Аспирационный психрометр
Всасывающий психрометр, также известный как психрометр Асмана, представляет собой более сложное устройство. Термометры этого прибора размещаются в специальном корпусе, который защищает их от механических повреждений и теплового влияния окружающей среды. Измерения проводятся с помощью специальной воздуходувки или аспиратора, который обеспечивает постоянный поток воздуха со скоростью около 2 м/с. Аспирационный термометр является одним из самых точных и надежных инструментов для определения температуры и влажности при положительных температурах внешней среды.
Удаленный психрометр
Удаленный психрометр представляет собой промышленный прибор, в котором для измерения уровня влажности применяются разнообразные термометры сопротивления, а также термопары и термисторы. Основные разновидности включают манометрические и электрические психрометры, выбор которых зависит от типа используемого термометра.
Манометрический психрометр, как следует из названия, обычно использует либо двухканальный манометрический термометр, либо две одноканальные термопары, одна из которых оснащена системой увлажнения.
- › Гидрология
- … Батометры
- … Ледовые бурильные установки
- … Дночерпатели
- … Мерные рейки
- … Гидрометрические штанги
- … Микровертушки
- … Эхолоты
- … Прочие инструменты
- › Метеорология
- … Анемометры
- … Анеморумбометры
- … Барометры
- … Метеорологические будки
- … Почвенные буры
- … Датчики направления ветра
- … Мерзлотомеры
- … Метеомачты
- … Метеостанции
- … Гидрометеорологические термометры
- … Осадкомеры
- … Психрометры
- … Регистраторы данных
- … Термогигрометры
- › Комплектующие и запасные части
- › Изделия, снятые с производства
Как использовать психрометрическую таблицу
Для определения уровня влажности по показаниям термометра понадобится специализированная психрометрическая таблица. В первом столбце данной таблицы отображена температура сухого термометра в градусах Цельсия (˚C). В верхнем ряду приведена разница между показаниями температур двух термометров. Относительная влажность вычисляется на основе пересечения значений из первого столбца и первой строки таблицы психрометра.
Преимущества и недостатки психрометра
Ключевым достоинством психрометра выступает его простота конструкции. Благодаря этому процесс определения уровня влажности с использованием психрометра оказывается значительно более доступным по сравнению с другими измерительными устройствами.
Тем не менее, у психрометра также имеются определенные недостатки. На результаты измерений этого устройства влияет скорость движения атмосферного воздуха. Иными словами, чем выше поток воздуха в момент измерения, тем больше различия будут наблюдаться между показаниями двух психрометров. Данная погрешность устраняется в аспирационном психрометре, который также известен как психрометр Ассмана.
Какие преимущества и недостатки у психрометра?
Одним из ключевых достоинств психрометра является его простота конструкции. Поэтому измерить влажность с использованием этого устройства легче, чем с другими аналогичными приборами.
Тем не менее, у психрометра есть и недостатки. На результаты измерений данного прибора существенно влияет движение воздуха в окружающей среде. Иными словами, чем быстрее воздух движется в месте измерения, тем заметнее разница в итоговых показателях двух психрометров. Эта погрешность компенсируется в аспирационном психрометре, известном также как психрометр Ассмана.
Каковы особенности психрометра Ассмана?
Психрометр Ассмана представляет собой более сложное и надежное устройство для определения уровня влажности. В конструкции устройства находятся два термометра, которые располагаются в специальном металлическом корпусе, защищающем их от солнечных лучей, теплового воздействия и механических повреждений. Благодаря встроенному вентилятору воздух перемещается с постоянной скоростью. Этот вентилятор, известный также как всасывающий, обеспечивает обдув термометров со скоростью 2 м/с.
Прибор устанавливается на высоте 1,5 метра над уровнем земли для проведения измерений, которые осуществляются через 10-15 минут зимой и через 4-5 минут летом.
Общей характеристикой психрометров Августа и Ассмана является то, что в их дизайне используется стеклянный ртутный термометр. Основным недостатком этих приборов выступает их хрупкость, что делает невозможным проведение дистанционного измерения.
В чем отличие дистанционного психрометра от других устройств
Еще одним примером прибора для измерения влажности служит дистанционный психрометр. В его конструкции применяются электронные компоненты, такие как термометры сопротивления и термисторы.
Существуют основные типы дистанционных психрометров:
Манометрический психрометр может состоять из одного или двух манометрических термометров. Электронные психрометры, подобно другим устройствам дистанционного зондирования, используют кремниевые транзисторы в качестве заменителей датчиков для сухих и влажных термометров.
