POMIAR WILGOTNOŚCI POWIETRZA.

1. Definicje i podstawowe zależności.

Powietrze atmosferyczne jest mieszaniną gazową zawierającą zawsze pewną ilość pary

wodnej. Zawartość pary wodnej w powietrzu atmosferycznym zmienia się, a zachowanie się

jej jest odmienne od pozostałych gazów ( możliwość zmiany stanu skupienia ) – można więc

do celów praktycznych traktować powietrze atmosferyczne jako mieszaninę powietrza

suchego ( składającego się wyłącznie z gazów ) oraz pary wodnej. Ilość pary wodnej

znajdującej się w jednostce objętości powietrza nie może przekraczać pewnej wielkości

maksymalnej która jest zależna od temperatury.

Wilgotność powietrza ϕ określana jest przez zawartość wody ( a raczej pary wodnej ) w

powietrzu. Rozróżniane są tu dwa pojęcia: wilgotność bezwzględna i wilgotność względna.

Wilgotność bezwzględna jest to ilość pary wodnej w jednostce objętości powietrza,

wyrażona w g/m3. Ilość pary wodnej jaką powietrze może wchłonąć, zależy od temperatury.

Dla dowolnej temperatury stan nasycenia następuje wtedy, kiedy powietrze nie może już

wchłonąć więcej pary wodnej.

Wilgotność względna jest to stosunek ilości wody zawartej w jednostce objętości do tej

ilości wody jaką powietrze zawierałoby, gdyby było nasycone.

2. Przyrządy pomiarowe.

W zależności od budowy i zasady działania przyrządu do pomiaru wilgotności powietrza

można podzielić na: higrometry i psychrometry.

Higrometry możemy podzielić na:

• Absorpcyjne – pomiar polega na pochłanianiu pary wodnej z powietrza przez materiał

absorbujący i wyznaczeniu wilgotności bezwzględnej.

• Kondensacyjne – wykorzystano tu pomiar temperatury punktu rosy, tj. temperatury

początku kondensacji pary wodnej na chłodnej powierzchni metalowej lub szklanej.

• Włosowe – wykorzystano tu własności włosów ludzkich, zwierzęcych oraz niektórych

włókien syntetycznych polegające na zmianie ich długości pod wpływem wilgotności

powietrza. Ze względu na prostotę budowy i działania higrometry włosowe są

powszechnie stosowane. Dokładność pomiaru zawiera się w granicach ±3%, przy zakresie

pomiarowym 30 .. 100% wilgotności względnej. Higrometry z włosem ludzkim mają

następujące wady:

• występowanie zjawiska histerezy,

• konieczność starannego odtłuszczenia włosów,

• zakres stosowania tylko w temperaturze do 50 oC,

• konieczność okresowej regeneracji.

Higrometry z włókien syntetycznych mogą być stosowane w temperaturze do 120 oC i

nie wymagają regeneracji.

• Higrometry pojemnościowe – pomiar admitancji ( pojemności ) porowatej warstwy

higroskopijnej.

• Higrometry rezystancyjne – ich czujniki składają się z elektrod rozdzielonych warstwą

higroskopijną zmieniającą przewodność elektryczną przy zmianie wilgotności powietrza.

Higrometr włosowy (jedno z możliwych wykonań)

Psychrometr.

Psychrometr jest przyrządem do pomiaru wilgotności powietrza umożliwiającym osiągnięcie

największej dokładności. Znane są dwa podstawowe typy psychrometrów.

Pierwszym z nich jest psychrometr Augusta. Składa się on z dwóch jednakowych

termometrów rtęciowych z podziałką co 0,2 oC, umocowanych na wspólnym statywie. Jeden

z nich ( „suchy” ) ma odkryty zbiorniczek rtęci i wskazuje temperaturę badanego powietrza.

Zbiorniczek drugiego termometru ( „mokry” ) jest natomiast owinięty materiałem

higroskopijnym stale zwilżonym wodą. Jeżeli badane powietrze atmosferyczne nie jest

nasycone wilgocią, to woda zwilżająca tkaninę higroskopijną będzie parowała, pobierając

ciepło od termometru. W rezultacie termometr ten wskaże temperaturę niższą od temperatury

wskazanej przez obok umieszczony termometr „suchy”. Na podstawie pomiaru obu

temperatur i wyznaczeniu tzw. psychrometrycznej różnicy temperatur można wyznaczyć

wilgotność względną ( procentową ) ϕ badanego powietrza. Psychrometr ten ma

przypadkowy przepływ wokół termometrów. Wskazania tego psychrometru nie należą do

dokładnych.

Kolejnym psychrometrem jest psychrometr Assmanna. Przyrząd ten ma czujniki

termometrów zabezpieczone przed wpływem promieniowania oraz wymuszony przepływ

powietrza z prędkością 2,5 m/s, czemu odpowiada wartość stałej psychrometrycznej

A = 67,70 * 10-5 K-1. Psychrometry te używane są do pomiarów wilgotności względnej

powietrza oraz do wzorcowania innych psychrometrów i higrometrów. Zakres pomiarowy:

temperatura 0 .. 50 oC, wilgotność 5 .. 95%.

Wilgotność względną tym przyrządem możemy wyznaczyć trzema sposobami:

1. korzystając ze wzoru:

p

− 6

,

0

t − t

pm

(8 s m )

ϕ =

100

p ps

gdzie:

ppm – ciśnienie nasycenia pary wodnej w temperaturze termometru mokrego (Pa)

pps – ciśnienie nasycenia pary wodnej w temperaturze termometru suchego (Pa)

ts – temperatura termometru suchego

tm – temperatura termometru mokrego

Ciśnienia nasycenia pary wodnej ppm, pps należy przyjąć z tablic opracowanych dla

pary nasyconej lub z wykresu h-x.

Psychrometr aspiracyjny.

2. Odczytując z gotowych tablic lub wykresów psychrometrycznych.

3. Wyznaczając wilgotność powietrza z wykresu h-x, lub z wykresu Carriera (na

podstawie znajomości temperatur termometrów suchego i mokrego).

3. Przebieg ćwiczenia.

• Dokonać pomiarów wilgotności powietrza higrometrem i psychrometrem w

wyznaczonych przez prowadzącego punktach laboratorium.

• Wyznaczenie wilgotności względnej oraz bezwzględnej (z tablic psychrometrycznych

oraz z wykresu).

• Wyznaczyć temperaturę punktu rosy.

• Porównanie wyników oraz wnioski z ćwiczenia.

4. Literatura.

1. „Pomiary w elektrowniach cieplnych”, Jerzy Wojciechowski, PWT 1958.

2. „Pomiary cieplne i energetyczne”, pod red. M. Mieszkowskiego, WNT 1981.

3. „Pomiary cieplne”, pod red. J. Kuleszy, tom 1 i 2, WNT 1993.

4. „Miernictwo energetyczne”, pod red. M. Sąsiadka, skrypt Politechniki Wrocławskiej.