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.