В атмосферном воздухе всегда имеется водяной пар, содержание которого меняется по объему в пределах от 0 до 4 %. Содержание водяного пара в воздухе характеризуется различными величинами.
Абсолютная влажность q, или плотность водяного пара — количество водяного пара в одном кубическом метре воздуха в граммах.
Упругость (давление) водяного пара e, содержащегося в воздухе выражается в гектопаскалях (гПа).
Упругость насыщения E — максимально возможная упругость водяного пара при данной температуре (гПа).
Относительная влажность f — процентное отношение упругости водяного пара e, находящегося в воздухе, к упругости насыщения E при данной температуре.
Дефицит влажности d — разность между максимально возможной при данной температуре упругостью водяного пара (упругостью насыщения) и фактической упругостью водяного пара.
Точка росы — температура, при которой водяной пар, находящийся в воздухе, достигает состояния насыщения.
Основным методом для измерения влажности воздуха является психрометрический. Определение влажности этим методом осуществляется по показанию психрометра — прибора, состоящего из двух термометров с ценой деления 0,2°. Резервуар одного из термометров (в психрометрической будке — правый) плотно обертывается кусочком тонкой ткани, конец которой опускается в стаканчик с дистиллированной или дождевой водой. Стаканчик закрывается крышкой с прорезью для батиста. С поверхности резервуара смоченного термометра происходит испарение, на которое затрачивается тепло. Сухой термометр показывает температуру воздуха, а смоченный — свою собственную, зависящую от интенсивности испарения воды с поверхности резервуара. Чем больше дефицит влажности, тем интенсивнее будет происходить испарение и, следовательно, тем ниже будут показания смоченного термометра. Для удобства определения влажности воздуха по разности показаний двух термометров составлены психрометрические таблицы. Таблицы рассчитываются по основной психрометрической формуле:
где E’ — максимальная упругость водяного пара при температуре испаряющей поверхности, A — постоянная психрометра, обычно принимается равной 0,0007947; P — атмосферное давление, принимается равным 1000 гПа, (t — t’) — разность показаний сухого и смоченного термометров.
Наблюдения по психрометру. Отсчеты по термометрам должны проводиться как можно быстрее, так как присутствие наблюдателя вблизи термометров может исказить их показания. Наблюдения проводятся при любой положительной температуре воздуха, а при отрицательной — только до -10°, так как при более низкой температуре результаты наблюдений становятся ненадежными. При температуре воздуха ниже 0° кончик ткани (батиста) на смоченном термометре обрезается; батист смачивается за полчаса до наблюдений, погружая резервуар термометра в стаканчик с водой. При отрицательной температуре воздуха вода на батисте может быть не только в твердом состоянии (лед) но и в жидком (переохлажденная вода). Учет агрегатного состояния воды на резервуаре смоченного термометра весьма важен, так как максимальная упругость водяного пара, входящая в психрометрическую формулу, над водой и льдом различна. По этой же причине при отрицательных температурах показания смоченного термометра при 100 %-ной влажности выше, чем сухого. В этом случае водяной пар над поверхностью льда пересыщен, происходит его намерзание на резервуар с выделением тепла.
При температурах ниже -10° велика погрешность определения влажности воздуха психрометрическим методом. При низких температурах влажность воздуха измеряется с помощью волосяного или пленочного гигрометра.
1. Сухой термометр показывает 10,4°, смоченный — 8,1°. Округляем показания сухого термометра: 10,0°. Находим разность показаний: 2,3°. По таблице определяем влажность воздуха: 71 %.
2. Сухой термометр показывает -3,5°, смоченный -3,4° (лед). Округляем показания сухого термометра: -4,0°. Находим разность показаний: -0,1°. По таблице определяем влажность воздуха: 99 %.
3. И, наконец, пример расчета относительной влажности воздуха по основной психрометрической формуле, без использования таблиц. Пусть сухой термометр показывает 15,0°, а смоченный показывает 12,5°. По таблице Насыщающая упругость водяного пара над поверхностью воды при различных температурах находим значения E=17,042 гПа (для 15,0°) и E’=14,485 гПа (для 12,5°). Разность показаний термометров t — t’ = 2,5°. Подставляем все значения в формулу и находим упругость (давление) водяного пара e, содержащегося в воздухе: e = 14,485 — 0,0007947*(15,0 — 12,5)*1000 = 12,498 (гПа). Находим относительную влажность воздуха f = (e / E)*100%. f = (12,498 / 17,042)*100% = 73 %.
Как видно из примера 3, можно обойтись и без объемных психрометрических таблиц. Более того, при расчете влажности воздуха по основной психрометрической формуле, учитывается значение атмосферного давления, поэтому результат будет более точным. Однако и в этом случае нам пришлось пользоваться таблицей насыщающей упругости водяного пара для различных температур. Все дело в том, что насыщающая упругость водяного пара зависит от температуры по такому сложному закону, что формула, которой описывается эта зависимость, очень громоздкая и совершенно неприменима на практике.
Примечание: для удобства использования рекомендуется импортировать таблицы в Excel.
Относительная влажность
Относительная влажность определяется отношением (выраженным в процентах) давления водяных паров, находящихся в воздухе, к давлению паров, насыщающих воздух при той же температуре. На практике в большинстве случаев относительная влажность определяется отношением веса водяного пара в единице объема воздуха (абсолютная влажность) к весу насыщенного водяного пара в том же объеме воздуха и при той же температуре.
Весовой гигрометр
В справочной таблице дано количество воды в граммах, содержащихся в 1 м 3 воздуха при насыщении, если общее давление равно 760 мм Hg.
Аспирационный гигрометр (психрометр)
Апион (1835), Август (1825) и др. вывели соотношения между (Pw-P) и (t-tw).
В метеорологии применяется простое выражение
Где tw 0 C обозначает температуру влажного термометра, Р (мм) – давление водяных паров в воздухе, Рw– давление паров, насыщающих воздух при температуре tw, H (мм) – барометрическое давление и А – постоянная. Таким образом, относительная влажность воздуха равна 100 Р/Рs, где Рs обозначает давление насыщенных паров при температуре t, отсчитанной по сухому термометру. Величина А, которая зависит от скорости воздуха около влажного термометра, равна 0,00066 для аспирационного психрометра Ассманна и А=0,00080 для прибора Стевенсона, применяемого в метеорологической службе.
Таблица значения относительной влажности (%) при измерениях с психрометром
Приводимые справочные таблицы относятся к приборам с полной (свободной) вентиляцией. Более полные таблицы для областей температур от – 30 до 55°С и от 30 до 350°С F.
Температура по сухому термометру, °С
Разность показаний по сухому и влажному термометрам (психрометрическая разность), °С
В статье будет рассказано о том что такое психрометр Асмана. Что он позволяет измерять. Устройство аспирационного психрометра, его использование и применение. А также узнаете в чем принципиальное отличие от психрометра Августа.
Вы также можете посмотреть другие статьи. Например, «Психрометр Августа (стационарный психрометр)» или «Датчики измерения давления».
Психрометр Асмана (аспирационный психрометр) предназначается для измерения температуры и относительной влажности воздуха в наземных условиях (как в закрытых помещениях, так и на открытом воздухе).
Устройство психрометра асмана
Состоит прибор из двух ртутно-стеклянных термометров погруженных в специальные металлические трубки, открытые снизу и соединенные в верхней части в одну цилиндрическую трубку, и аспирационной головки. Внутри трубки также находится внутренняя трубка, в которой расположен ртутный резервуар термометра. Аспирационная головка предназначена для всасывания (аспирации) окружающего воздуха и подачи его к резервуарам термометров. Состоит она в свою очередь из пружинного заводного механизма с запуском ручного типа или от электродвигателя и вентилятора, помещенных в общий корпус. Во время работы вентилятора окружающий воздух всасывается, обдувает резервуары термометров, затем по воздуховоду поступает к вентилятору и выбрасывается наружу через специальные технологические отверстия в корпусе аспирационной головки.
Устройство психрометра основано на регистрации разности температуры сухого и смоченного термометров и зависимости этого соотношения от влажности окружающего воздуха. Температура окружающей среды регистрируется по показаниям сухого термометра, а влажность по показаниям обоих термометров и специальным психометрическим таблицам или формуле Шпрунга, отличающейся от формулы Реньо постоянным психометрическим коэффициентом, соответствующем постоянному потоку воздуха. Измерение влажности аспирационным психрометром Асмана производится через 3-5 минут после смачивания влажного термометра специальной пипеткой и включения вентилятора.
Формула Шпрунга
, где
е — абсолютная влажность;
Е1 — максимальная влажность при температуре смоченного термометра;
0,5 — психрометрический коэффициент;
t — показания сухого термометра;
t1 — показания смоченного термометра;
Н — барометрическое давление во время регистрации.
Психрометрическая таблица
Отличие от психрометра Августа
Основным отличием аспирационного психрометра (психрометра Асмана) от стационарного (психрометра Августа), несмотря на их кажущуюся похожесть, является проводимый в нем принудительный, активный обдув внешним воздухом резервуаров термометров, тогда как в станционном воздух поступает пассивно. Обдув производится с постоянной скоростью, что способствует высокой точности измерений.
Если вам понравилась статья нажмите на одну из кнопок ниже