היגרומטר לעיבוי. לחות היגרומטר

מכשיר נפוץ למדידת לחות האוויר (וגזים אחרים) הוא היגרומטר בעיבוי. העיקרון של פעולתו מורכב מדידת הטמפרטורה, הנקראת נקודת הטל, שבה מתחיל עיבוי של לחות מהאוויר.

מהי לחות האוויר?

היגרומטר מודד את תכולת הלחות שבאוויר, אשר ניתן לייצג לפי גודל מוחלט או יחסי. הראשון של אלה נותן רק מסה של אדי מים לכל 1 מ"ק. M של אוויר בטמפרטורה נתונה. אבל השני מראה עד כמה קרוב אדי מים באוויר למצב רוויה, כלומר, שיווי משקל דינמי עם השלב הנוזלי שלה - כאשר אין אידוי או עיבוי. זה שווה את היחס בין לחות האוויר מוחלטת נמדד הלחות המוחלטת שלה במצב רוויה. כאשר אדי המים באוויר רוויים (שוב, בטמפרטורה נתונה), הלחות היחסית של אוויר כזה היא 100%. באוויר עם אדי מים בלתי רוויים, זה, בהתאם, הוא פחות.

כיצד פועל היגרומטר לעיבוי?

עקרון הפעולה של כל מכשיר לקביעת לחות האוויר הוא בדרך כלל למדוד ערך אחר, כגון טמפרטורה, לחץ, מסה או שינויים מכניים וחשמליים בחומר הקולט לחות. באמצעות כיול וחישוב מתאימים, ערכים נמדדים אלו יכולים להוביל לקביעת לחות מוחלטת או יחסית. תפקיד חשוב מאוד בתהליך זה הוא שיחק על ידי הטמפרטורה שבה רוויה של אדי מתרחשת, הנקראת נקודת הטל. ככלל, מכשירים אלקטרוניים מודרניים לקביעת לחות האוויר מודדים את הטמפרטורה או שינויים ביכולת החשמל או בהתנגדות של חומרים סופגים לחות שונים, המחושבים מחדש (אוטומטית) למדדי לחות.

היגרומטר עיבוי: התקן

עבודתו מבוססת על מדידת תכולת אדי המים באוויר בשיטת נקודת הטל. שיטה זו כוללת קירור השטח, בדרך כלל מראה מתכת, לטמפרטורה שבה מים על פני המראה הוא שיווי משקל עם לחץ אדי מים במדגם הגז מעל פני השטח. בטמפרטורה זו, מסה של מים על פני המראה לא מגדילה (על משטח קר מדי) ולא פוחתת (על משטח חם מדי), כלומר, אדי מעל המראה הוא שיווי משקל דינמי עם מים מעובה על המראה (אדי רווי).

ראי כזה עשוי מחומר בעל מוליכות תרמית טובה (כמו כסף או נחושת) והוא מכוסה בשכבה של מתכת אינרטית, כגון אירידיום, רובידיום, ניקל או זהב, כדי למנוע הידבקות וחמצון. המראה הוא מקורר על ידי cooler thermoelectric (אפקט Peltier) לפני צורות מעובה. קרני אור, בדרך כלל ממצב של דיודות פולטות אור במצב מוצק, מכוונות אל פני המראה, ופוטודקטור מנטר את האור המוחזר, ששטףו הוא מקסימלי ללא עיבוי במראה.

שיטת הפעולה של היגרומטר עם מראה מקוררת

כאשר טיפות טל על פני המראה של המראה, האור המוחזר מפוזר. במקרה זה, השטף שלה נכנס photodetector יורדת, מה שמוביל לשינוי האות המוצא של האחרון. זה, בתורו, נשלטת על ידי אנלוגי או דיגיטלי Thermoelectric מערכת בקרת קריר ששומרת על טמפרטורת מראה יציבה בנקודת הטל. עם מערכת מתוכננת כראוי, המראה נשמרת בטמפרטורה שבה קצב התעבות שווה בדיוק לשיעור אידוי של שכבת טל. המדחום המדוייק של פלטינה מיניאטורי (PRT), מותקן במראה, מודד את הטמפרטורה שלו בנקודה זו, אשר מחושבת אוטומטית לקריאה לחות.

היגרומטר למדידת לחות האוויר של המבנה המדובר כולל גם משאבת ואקום לשאוב חלק מנותח של גז, אלמנטים סינון נוסף בתנאים מלוכלכים.

היתרונות של היגרומטרים הנדונים

מכשירים אלה, המבוססים על עקרון תפעול פשוט, עם מגוון רחב של מדידות, דיוק גבוהה ויציבות של אינדיקציות, נמצאים בשימוש נרחב בתעשייה ובמחקר מדעי. היגרומטר עיבוי טיפוסי, שלא כמו חיישנים רבים אחרים לחות, יכול להיות יציב מאוד, כמעט לא מושפע ללבוש, אשר ממזער את הצורך recalibration. לחות היגרומטר בנקודת הטל הוא מסוגל למדוד את זה בטווח הטמפרטורה מ 100 ° C עד המינימום ב -70 ° C. יחד עם זאת, דיוק המדידה הוא עשיריות של תואר.

היגרומטרים רבים של העיצוב המדובר מצוידים במיקרו-מעבד ובשילוב עם חיישן טמפרטורה התנגדות מסוגלים לחשב ולהפיק את המחוון החיצוני לכל הפרמטרים הרצויים של לחות בנוסף או במקום נקודת הטל. בנוסף, התקנים אלה מאפשרים העברת תוצאות באמצעות טכנולוגיות אלחוטיות. באופן טבעי, מכשירים כאלה נמצאים בשימוש נרחב במערכות תעשייתיות שונות של איסוף נתונים אוטומטיים וניהול של תהליכי הייצור המתאימים.

כמה יכול היגרומטר כזה לעלות? המחיר של זה, כמובן, נקבע באופן בסיסי על ידי קבוצה של פונקציות הבין, בהתאם לזמינות ומורכבות של מערכת הבקרה האלקטרונית של המכשיר. לפיכך, היגרומטר עיבוי נייח, דומה במראהו לאוסילוסקופ דיגיטלי, עולה לפחות 4,000 דולר. במיוחד "מתקדמים" מודלים יכול לעלות יותר מ 10 000 דולר. בשוק ניתן למצוא היגרומטר נייד מתפקדת במלואה. מחירו הוא 1-1000 דולר.

חסרונות של היגרומטרים של עיבוי

בעוד מערכת היגרומטרים הנחשבת נחשבת היעילה ביותר בתהליך המדידה, החיסרון שלה הוא זיהום בלתי נמנע של הפרטים של נתיב המדידה במהלך המבצע.

היגרומטרים מצוידים במראות קירור נוטים לגדול מדידות לא מדויקות בשל נוכחותם של מזהמים מסיסים ולא מסיסים שהופקדו על המראה. חלקיקים מסיסים משפיעים על המאפיינים האופטיים של המראה. האבק המתון או המראה של חלקיקים מסיסים על המראה מבטיחים את נוכחותם של מרכזי ריכוז שעליהם ניתן לטפל טל או כפור ובכך להגדיל את זמן התגובה של המכשיר. זיהומים מסיסים משפיעים על כמות אדי הלחץ מן הלחות מרוכזת אל המראה, אשר מחליף את נקודת הטל. מדידות מדידה מודרניות (לפחות הדגמים המורכבים יותר שלהן) כוללות פונקציה "בדיקה עצמית" המאפשרת למכשיר לזהות ולהגיב לזיהום על ידי הצגת תיקונים מתאימים לאלגוריתמי חישוב הלחות.

ללא קשר לזמינות של יכולות כאלה, כמעט כל hygrometers המדובר צריך בדיקה תקופתית וניקוי.

תחזוקה של היגרומטרים עם מראה מקוררת

מה המשתמש של המכשיר ממליץ במובן זה הוא ההוראה שלו. היגרומטר, שהוא רגיש לכלוך, יש לנקות מעת לעת על מנת להבטיח יציבות של תוצאות המדידה, אם כי זה עשוי להגדיל את עלות התחזוקה שלה. בדיקה של המראה של המכשיר מתבצעת בדרך כלל באמצעות מיקרוסקופ מוטבע, ותחזוקה נעשית באופן ידני, לאחר פתיחת תא המדידה.

אם ניקוי משטח המראה מתבצע בתדירות הנדרשת בהוראות ההפעלה עבור פעולתו, ניתן לשמור על דיוק המדידה. גישה נוחה למשטח המראה לניקוי שלה מסופקת בדרך כלל על ידי ציר בין הרכיבים האופטיים והמראה. בשוק, עכשיו אתה יכול למצוא כל היגרומטר עיבוי שאתה צריך. התמונה הבאה מציגה דוגמה לביצועים שלו.

יישום היגרומטרים במטרולוגיה

היגרומטר מעוצב ומופעל כהלכה עם מראה מקוררת מספק מדידות לחות עם דיוק כמה פקודות בסדר גודל גבוה יותר מאשר מטרים לחות פופולריים אחרים. הדיוק הטבוע של מדידות, במיוחד כאשר מצויד עם מדחום פלטינה למדוד טמפרטורה, מראה מיקרוסקופ כוח בינוני כדי לפקח על מצב המראה, עושה את זה אידיאלי עבור מדידות מטרולוגיות. האפשרויות להעברת מידע באמצעות ערוצי תקשורת דיגיטליים אלחוטיים פותחות אפשרויות רבות לשימוש בהיגרומטרים כאלה במערכות האיסוף והמידע המטאורולוגיים הגלובליים.

השתמש במעבדות המפעל וסביבות מזוהמות

מכשירים אלה לקביעת לחות האוויר הם אידיאליים למדידת הערך המוחלט שלה במעבדות האקלים במפעל. הם משמשים לעתים קרובות כסטנדרטים התייחסות כדי לשלוט על הדיוק של מכשירים אחרים, כגון חיישנים לחות יחסית, המשמש לשליטה בתאי לבדיקת האקלים.

יציבות המאפיינים של החומרים המשמשים בבנייתם של היגרומטרים אלה, כמו גם את האפשרות של ניקוי מרובים שלהם הופכים את המכשירים המתאימים לשירות ארוך טווח מאוד בסביבות עם נוכחות של רוב המזהמים ללא אובדן כיול. יציבות זו של המאפיינים הופכת אותם מתאימים לשימוש בנחלי גז שבהם רמות גבוהות של מזהמים בדגימות גז יש השפעה מזיקה באופן בלתי הפיך על סוגים יציבים פחות של חיישנים לחות. לדוגמה, סוג זה של hygrometer נמצא בשימוש נרחב כדי לשלוט על נקודת הטל במהלך התקשות תרמית של משטחים של מוצרי מתכת באוויר עם תוספים מיוחדים. במקרים כאלה, גישה קלה למראה הניקוי רצוי במיוחד.

ייצור רגיש לחות

תהליכי אריזה מיוחדים הנדרשים בייצור של תרופות, סרטים, ציפויים ומוצרים אחרים נשלטים לעיתים קרובות על ידי היגרומטרים עם מראה מקורר. שוב, בחירתם במקרה זה מושפעת מהיציבות של דיוק המדידה וחיי השירות הארוכים. בנוסף, מאחר ותהליכים אלו רגישים פחות לעלויות המכשיר, העלות הגבוהה של היגרומטרים אלה אינה גורם מכריע בבחירת ערכת ניטור לחות.

גזים בטמפרטורה גבוהה ונקודות הטל שלהם

היגרומטרים מסוג זה נבחרים לעיתים קרובות למדידת טמפרטורות נקודת הטמפרטורה מעל טמפרטורת הסביבה. מכשירי חשמל עם מראות קירור שימשו בשנת 1966 כדי לפקח על תאי דלק מימן של טילים אפולו הפועלים בטמפרטורה של 250 מעלות צלזיוס ולחץ של 700 psi. עם הטכנולוגיה של היום thermoelectric, נקודת טל הטמפרטורה עד 100 ° C (ומעלה, תחת לחץ מעל האטמוספירה) נמדדים בקלות. במקרים כאלה, על כל משטחי היגרומטר למדידת תא המגע עם מדגם הגז חייבת להיות טמפרטורה מעל נקודת הטל הגבוהה ביותר, אחרת תתרחש עיבוי על משטחים אלה והמדידה תהיה שגויה.

ב היגרומטרים שנועדו למדוד את נקודת הטל של גזים בטמפרטורה גבוהה, מקובל להשתמש תנורים חשמליים עם thermostat כדי לשמור על הטמפרטורה של הקירות של החדר מדידה מעל נקודות הטל הגבוה ביותר הצפוי. רכיבים אופטיים של מצב מוצק, כגון דיודות וגלאים פולטים אור, נשמרים בטמפרטורת הפעולה המדורגת (בדרך כלל 85 מעלות צלזיוס) כדי למנוע הרס וכשל היגרומטר. זה יכול להיות מושגת על ידי בידוד תרמי רכיבים אלה מן התא מדידה מחוממת.