Как измерять влажность воздуха с помощью психрометра

Уровень влажности воздуха окружающей среды может влиять не только на самочувствие человека, но и также на состояние бытовой техники, мебели и продуктов. Количество влаги в воздухе зависит от особенностей климата региона или техногенных факторов.

Нормой для здорового человека считается влажность воздуха от 30 до 60 %. Чтобы создать оптимальный микроклимат в помещении используют специальные увлажнители или осушители, а также кондиционеры с функциями автоматического контроля уровня влаги.

Методы определения влажности воздуха

Используют специальные приборы для измерения:

Гигрометр – один из измерительных приборов, благодаря которому можно определить уровень влажности.

Дополнительная информация: швейцарский ученый в 1783 г. Орас де Соссюр сконструировал первый волосной гигрометр, но работать над изобретением этого измерителя начал Леонардо да Винчи еще в 1400 г.

Есть несколько типов гигрометров:

• волосной;
• весовой;
• конденсационный;
• электронный;
• электролитический;
• пленочный;
• керамический.

Каждый из приспособлений имеет особенный принцип работы. Например, конструкцию волосного гигрометра составляет система U – образных трубок. Они наполнены специальным веществом, которое поглощает водяной пар. С помощью насоса через эту систему подают воздух и определяют его влажность.

Наиболее точным измерителем считается конденсационный гигрометр. Он измеряет количество конденсата, который образуется на стеклянной поверхности после воздействия на нее солнечного луча. Погрешность при работе такого устройства очень низкая.

Психрометр – еще один из измерителей влажности воздуха окружающей среды.

Виды психрометров:

• психрометр Августа (станционный);
• психрометр Ассмана (аспирационный);
• дистанционный психрометр.

Психрометр Августа — один из наиболее известных приборов для измерения влажности. Строение этой конструкции достаточно несложное. Конструкция психрометра состоит из прикрепленных на одном штативе двух одинаковых термометров. Один из них называется сухим, он показывает температуру в помещении.

Второй термометр называют влажным или смоченным. Конец этого термометра в виде чехла обматывают батистовой тканью или марлей, конец которой опускают в резервуар с водой, находящийся на тыльной стороне конструкции психрометра.

Если конец влажного термометра будет опущен в резервуар, то он покажет температуру находящейся там воды, а не воздуха, который циркулирует над ним. Поэтому необходимо учесть, что расстояние между сосудом и окончанием измерительного прибора должно составлять около 3 – 4 сантиметров.

Вода с кусочка ткани испаряется, из-за чего температура на влажном термометре снижается до момента, пока термометр не начнет показывать температуру, при которой пар становится насыщенным. В такой момент показываемые на влажном термометре данные будут представлять показатели реальной температуры окружающей среды.

Определения влажности воздуха в определенном помещении с помощью психрометра занимает немного времени. Для этого устройство помещают в место, изолированное от попадания солнечных лучей и посторонних тепловых воздействий на 10 – 15 минут, после чего записывают результаты измерения каждого из термометров прибора.

Шкала термометра поделена от — 25˚ до + 50˚ на интервалы в 0,2 градуса.

Как пользоваться психрометрической таблицей

Для определения уровня влажности на основании данных психрометра нужна специальная психометрическая таблица. В первом столбце таблицы в ˚С показано температуру сухого термометра. В первой строке – разницу между показателями температур обеих термометров. Относительная влажность воздуха вычисляется на пересечении результата первого столбца и первой строки психометрической таблицы.

В чем плюсы и минусы психрометра?

Главным преимуществом психрометра есть его несложное строение. Соответственно, определение влажности воздуха с помощью психрометра намного проще по сравнению с другими измерительными приспособлениями. Плюс ко всему, в изготовлении он гораздо более дешевый, чем любой другой прибор.

Но кроме положительных сторон, у психрометра есть и недостатки. На показания этого измерительного инструмента очень влияет движение окружающего воздуха. То есть, чем выше будет скорость движения воздуха в месте измерения, тем больше будет разница в окончательном результате обеих термометров психрометра. Эту погрешность было исправлено в психрометре аспирационного типа или, как его еще называют, психрометре Ассмана.

В чем особенность психрометра Ассмана?

Психрометр Ассмана – это гораздо сложнее и более надежное устройство для измерения влажности воздуха. Оба термометра конструкции находятся нижними концами в специальном металлическом корпусе, который защищает их от попадания солнечных лучей, тепловых воздействий, а также от различных повреждений. Воздух движется с постоянной скоростью благодаря работе вентилятора. Этот вентилятор, еще известный как аспиратор, обдувает термометры со скоростью 2 м/сек.

Определение влажности с помощью этого психрометра: прибор подвешивают в месте исследования на высоте 1,5 м от пола; результаты получают через 10 – 15 минут зимой и через 4 – 5 минут в летнее время.

Общим для психрометра Августа и психрометра Ассмана является то, что в конструкции обеих есть стеклянно – ртутные термометры. Минус этих приспособлений – их хрупкость и, соответственно, отсутствие возможности проводить измерения дистанционно.

Чем отличается дистанционный психрометр от остальных приборов

Дистанционный психрометр – это еще один экземпляр приспособления для измерения влажности. В конструкции этого измерительного приспособления используют такие электронные приборы как термометр сопротивления или терморезисторы.

Основные типы дистанционных психрометров:

Манометрический психрометр составляет один или два термометра манометрического типа. В электронных психрометрах, как и во всех остальных дистанционных измерителях, используют кремниевые транзисторы, которые заменяют датчики сухого и влажного термометров.

В чем разница между психрометром и гигрометром

Главное отличие этих приспособлений для определения влажности заключается в принципе их работы. В функции гигрометра входит измерение не только влажности воздуха, но и влажности различных твердых тел.

Показатели психрометра, не смотря простоту его конструкции, всегда более надежны, из – за чего в примечания к инструкциям некоторых гигрометров рекомендуют проверять показания по психрометру.

Как узнать влажность воздуха без измерительных приборов

Для проведения этого эксперимента будут необходимы обычный стакан, немного воды и холодильник. На несколько часов в холодильник помещается стакан с холодной водой. Когда температура жидкости в сосуде достигнет 3 – 5˚С, стакан ставят в помещение, где будет измеряться влажность воздуха.

Стакан должен находиться как можно дальше от батарей или других отопительных приборов для большей точности результата.

Если воздух в комнате очень сухой, то на поверхности стакана будет наблюдаться конденсат, который исчезнет после 5 – 10 минут наблюдения. Если воздух в помещении очень влажный, то на стенках стакана в течение 5 – 10 минут образуются большие капли конденсата. Если же не наблюдается ничего из двух предыдущих вариантов – воздух в комнате средней влажности.

Как сделать измеритель влажности воздуха своими руками

Психрометр – достаточно несложное по своей конструкции изобретение, поэтому любой желающий сможет сделать его самостоятельно.

Необходимые материалы:

• два спиртовых термометра;
• небольшой отрезок батистовой ткани;
• несколько деревянных реек;
• мелкие шурупы;
• стеклянная баночка.

Для подставки психрометра необходимо взять небольшую деревянную пластину размером 50 мм в ширину и 120 мм длинной. К ней шурупами крепим рейку, длина которой зависит от длины используемых измерительных приборов. Перпендикулярно к ней крепится еще одна планка, на которой будут держаться термометры.

Для компактности и высшей точности показателей не следует размещать термометры на большом расстоянии друг от друга.

Основу прибора можно соединить с подставкой просверлив в ней небольшое отверстие, либо же использовать клей ПВА. После того, как корпус психрометра собран, нижний баллон одного из термометров обматывается батистовой тканью. Конец ткани опускается в сосуд, в котором находится незамерзающая жидкость.

При проверке показателей изготовленного прибора следует проверить результаты заводского измерителя и сравнить оба показателя. В дальнейшем для определения уровня влажности воздуха необходимо пользоваться специальной психрометрической таблицей.

Использовав минимум материалов и свободного времени, владелец готового изделия получит полезный инструмент для измерения уровня влаги воздуха.

Определение абсолютной и относительной влажности воздуха станционным психрометром Августа (рис. 6.2-а).

Резервуар психрометра заполняют водой. Ткань, которой обернут резервуар одного из термометров прибора, опускают в воду с тем, чтобы сам резервуар был на расстоянии 3 см над поверхностью воды. Затем психрометр подвешивают на штативе в точке определения. Через 8-10 минут снимают показатели сухого и влажного термометров.

Рис. 6.2. Приборы для определения влажности воздуха

(а — психрометр Августа; б — психрометр Ассмана; в — гигрометр)

Абсолютную влажность рассчитывают по формуле Реньо:

А = f – a ∙ (t — t₁) B,

где А — абсолютная влажность воздуха при данной температуре в мм. рт.ст.;

f — максимальное давление водяных паров при температуре влажного термометра (находят по таблице насыщенных водяных паров, табл. 3);

а — психрометрический коэффициент, который равен 0,0011 для закрытых помещений;

t — температура сухого термометра;

t₁– температура влажного термометра;

В — барометрическое давление в момент определения влажности (находят по показаниям барометра), мм. рт.ст.

Относительную влажность рассчитывают по формуле:

P = ,

где Р — относительная влажность, %;

А — абсолютная влажность, мм. рт.ст.;

F — максимальное давление водяных паров при температуре сухого термометра, в мм. рт.ст. (находят по таблице насыщенных водяных паров, табл.3).

Что такое психрометр

Психрометр (производное от греч. ψυχρός — холодный и τό μέτρον — мерило, измерять) — это прибор предназначенный для измерения температуры воздуха и его влажности.

Узнайте чем еще измеряют влажность

В основном психрометры используются для определения показателей относительной влажности воздуха. Эти показатели весьма важны в различных областях науки и производства. Особенно это важно при использовании весового оборудования для определения точности показателей.

Принцип работы и устройство психрометров

Принцип действия любого психрометра основан на физическом свойстве жидкости (воды) к испарению и возникающей при этом разности температур показываемых сухим и влажным термометрами. Испарение, за счет того, что жидкость покидают наиболее «быстрые» молекулы, приводит к потере жидкостью части энергии и как следствие снижение ее температуры, регистрируемое смоченным термометром.

Простейший психрометр состоит из двух стеклянных термометров (спиртовых или ртутных). Один сухой, другой влажный (смоченного), обернутый влажной хлопчатобумажной тканью. Конец этой ткани опущен в резервуар с жидкостью. При испарении воды происходит охлаждение влажного термометра. Чем ниже влажность окружающего воздуха, тем интенсивнее протекает этот процесс. Следовательно, чем суше воздух, влажность которого определяется, тем ниже будут показания смоченного термометра, тем больше будет разница между показаниями сухого и влажного термометров.

Зафиксировав показания сухого и влажного термометров, с помощью специальных формул или психрометрической таблицы определяется относительная, а затем по психрометрической формуле — абсолютная влажность воздуха.

Психрометрическая формула, позволяющая определить упругость водного пара по показаниям сухого и влажного термометров, выглядит так:

где
е —упругость водного пара находящегося в воздухе;
Е —максимально возможная упругость водного пара при температуре tс смоченного термометра;
t —температура воздуха;
А —коэффициент зависящий от устройства термометра и скорости прохождения воздуха возле резервуара термометра;
P —давление воздуха.

В чем отличия гигрометра от психрометра

Для измерения влажности воздуха также используются гигрометры. Принцип их работы основан на изменении физико-химических свойств различных веществ при изменении влажности окружающей среды. Наиболее распространенные из них: оптические, термисторные, резистивные и емкостные.

Именно в принципе работы и состоит отличие гигрометра от психрометра. Более простое устройство делает психрометр более защищенным от посторонних воздействий и потому более надежным. Поэтому, в пользовательских инструкциях многих конструкций гигрометров указано о необходимости периодически проверять показания по психрометру.

В то же время, гигрометры гораздо более функциональные. Они способны измерять не только влажность воздуха, но и влажность твердых тел. Например, с помощью емкостного гигрометра можно измерить влажность таблеток.

Виды психрометров

Различают следующие виды психрометров: стационарный (станционный), аспирационный и дистанционный.

Стационарный психрометр

Стационарный психрометр (психрометр Августа) состоит из двух термометров укрепленных на специальном штативе и помещенные в метеорологической будке. Резервуар одного из них обвязывается кусочком батиста, конец которого помещен в стаканчик с водой, для обеспечения свободного поступления воды к резервуару. Устройство будки (метеорологическая будка Селянинова) обеспечивает свободный обмен воздуха возле резервуара. Основным недостатком стационарных психрометров является зависимость показаний смоченного термометра от скорости воздушного потока в будке, преимуществом — простота устройства и обслуживания. Схема психрометра августа приведена на рисунке справа.

Аспирационный психрометр

Общим для этих двух типов является устройство на базе ртутно-стеклянных термометров, что и обуславливает их общий недостаток — хрупкость, а также невозможность проведения дистанционного контроля.

Методика эксперимента.

Психрометрический метод определения влажности воздуха основан на зависимости скорости испарения воды от влажности окружающего воздуха.