Et meget brugt instrument til måling af luftfugtighed (og andre gasser) er et kondenshygrometer. Dens funktionsprincip er at måle temperaturen, kaldet dugpunktet, ved hvilken kondensering af fugt fra luften begynder.
Hvad er luftfugtighed
Et hygrometer måler luftens fugtindhold, som kan repræsenteres som en absolut eller relativ værdi. Den første af dem giver simpelthen massen af vanddamp i 1 kubikmeter. m luft ved en given temperatur. Men den anden viser, hvor tæt vanddampen i luften er på en tilstand af mætning, altså på dynamisk ligevægt med dens væskefase - når der hverken er fordampning eller kondens. Den er lig med forholdet mellem luftens målte absolutte fugtighed og dens absolutte fugtighed i mætningstilstand. Når vanddampen i luften er mættet (igen ved en given temperatur), er den relative luftfugtighed 100 %. I luft med umættet vanddamp er den derfor mindre.
Sådan fungerer et kondenshygrometer
Funktionsprincippet for enhver enhed til bestemmelse af luftens fugtighed er som regel at måle en anden størrelse, såsom temperatur, tryk, masse eller mekaniske og elektriske ændringer i et stof, der absorberer fugt. Ved passende kalibrering og beregning kan disse målte værdier føre til bestemmelse af absolut eller relativ fugtighed. En meget vigtig rolle i denne proces spilles af den temperatur, ved hvilken dampmætning opstår, kaldet dugpunktet. Som regel måler moderne elektroniske apparater til bestemmelse af luftfugtighed denne temperatur eller ændringer i den elektriske kapacitans eller modstand af forskellige absorberende stoffer, som derefter (automatisk) omdannes til fugtighedsindikatorer.
Kondenshygrometerenhed
Hans arbejde er netop baseret på måling af vanddamp i luften ved hjælp af dugpunktsmetoden. Denne metode involverer afkøling af en overflade, typisk et metalspejl, til en temperatur, ved hvilken vandet på overfladen af spejlet er i ligevægt med damptrykket af vandet i prøvegassen over overfladen. Ved denne temperatur øges vandmassen på spejlets overflade hverken (hvis overfladen er for kold) eller aftager (hvis overfladen er for varm), dvs. dampen over spejlet er i dynamisk ligevægt med vandkondensatet på. spejlet (dampen er mættet).
Dette spejl er lavet af et materiale med god varmeledningsevne (som sølv eller kobber) ogbelagt med et inert metal såsom iridium, rubidium, nikkel eller guld for at forhindre anløbning og oxidation. Spejlet køles af en termoelektrisk køler (Peltier-effekt), indtil der dannes kondensat. En lysstråle, sædvanligvis fra en bredbåndsdiode, er rettet mod en spejloverflade, og en fotodetektor overvåger det reflekterede lys, hvis flow er maksim alt, når der ikke er kondens på spejlet.
Betjeningsmetode for hygrometer for børnespejl
Når der dannes dugdråber på spejlets spejloverflade, spredes det reflekterede lys. I dette tilfælde falder dens flux, der kommer ind i fotodetektoren, hvilket fører til en ændring i sidstnævntes udgangssignal. Dette styres igen af et analogt eller digit alt termoelektrisk kølerstyringssystem, der opretholder en stabil spejltemperatur ved dugpunktet. Med et korrekt designet system holdes spejlet på en temperatur, hvor kondensationshastigheden er nøjagtigt lig med duglagets fordampningshastighed. Et nøjagtigt miniature platin modstandstermometer (PRT) monteret i spejlet måler dets temperatur på det tidspunkt, som automatisk konverteres til en fugtighedsaflæsning.
Hygrometeret til måling af luftfugtighed af det overvejede design inkluderer også en vakuumpumpe til at pumpe den analyserede del af gas ind og yderligere filtreringselementer under snavsede forhold.
Fordele ved de overvejede hygrometre
Sådanne instrumenter, baseret på et simpelt funktionsprincip, med et bredt måleområde, høj nøjagtighed og stabile aflæsninger, er meget udbredt i industri og videnskabelig forskning. Et typisk dugpunktshygrometer kan i modsætning til mange andre fugtsensorer gøres meget stabilt, praktisk t alt slidstærkt, hvilket minimerer behovet for rekalibrering. Dugpunktsfugtighedshygrometeret er i stand til at måle dugpunkt i temperaturområdet fra 100 °C til minimum -70 °C. I dette tilfælde er målenøjagtigheden tiendedele af en grad.
Mange hygrometre af det overvejede design er udstyret med mikroprocessorstyring og er i kombination med en resistiv temperatursensor i stand til at beregne og vise på en ekstern indikator alle ønskede fugtparametre ud over eller i stedet for dugpunktet. Derudover tillader disse enheder overførsel af resultater ved hjælp af trådløs teknologi. Naturligvis er sådanne enheder meget brugt som en del af forskellige industrielle systemer til automatiseret dataindsamling og kontrol af relevante tekniske processer.
Hvor meget ville et hygrometer som dette koste? Dens pris bestemmes selvfølgelig hovedsageligt af sættet af implementerede funktioner, afhængigt af tilgængeligheden og kompleksiteten af enhedens elektroniske kontrolsystem. Så et stationært kondenshygrometer, der ligner et digit alt oscilloskop, koster mindst $4.000. Særligt "avancerede" modeller kan koste mere end $10.000. På markedetDu kan også finde et fuldt funktionelt bærbart hygrometer. Dens pris er fra 1 til 2 tusinde dollars.
Ulemper ved kondensvandhygrometre
Mens det betragtede system af hygrometre anses for at være det mest effektive i måleprocessen, er dets ulempe den uundgåelige forurening af dele af målebanen under drift.
Hygrometre udstyret med kølede spejle har en tendens til at øge måleunøjagtighederne på grund af tilstedeværelsen af opløselige og uopløselige forurenende stoffer aflejret på spejlet. Uopløselige partikler påvirker spejlets optiske egenskaber. Moderat støvethed eller forekomsten af uopløselige partikler på spejlet giver koncentrationscentre, hvorpå der kan dannes dug eller frost, hvilket øger enhedens responstid. Opløselige urenheder påvirker mængden af damptryk fra kondenseret fugt på spejlet, hvilket flytter dugpunktet. Moderne hygrometre til måling (i det mindste deres mere sofistikerede modeller) inkluderer "selvtest"-funktioner, der gør det muligt for enheden at detektere og reagere på forurening ved at foretage passende justeringer af fugtighedsberegningsalgoritmerne.
Uanset disse egenskaber skal stort set alle de pågældende hygrometre kontrolleres og rengøres med jævne mellemrum.
Vedligeholdelse af Hygrometre til kølespejle
Hvad anbefaler brugsanvisningen til brugeren af enheden i denne forstand. Et hygrometer, der er følsomt over for snavs, skal værerengøres med jævne mellemrum for at sikre stabiliteten af måleresultaterne, selvom dette kan øge omkostningerne ved vedligeholdelsen. Inspektion af instrumentets spejl udføres norm alt ved hjælp af det indbyggede mikroskop, og dets vedligeholdelse udføres manuelt efter åbning af målerummet.
Hvis rensningen af spejloverfladen udføres med den frekvens, der kræves i brugsanvisningen, så er det på denne måde muligt at opretholde målingernes nøjagtighed. Bekvem adgang til spejlets overflade til rengøring er norm alt tilvejebragt af et hængsel mellem de optiske komponenter og spejlet. Du kan nu finde ethvert kondenshygrometer, som forbrugeren har brug for på markedet. Billedet nedenfor viser et eksempel på dets udførelse.
Brug af hygrometre i metrologi
Et korrekt designet og vedligeholdt hygrometer med kølet spejl giver fugtmålinger med størrelsesordener større nøjagtighed end andre populære fugtmålere. Dens iboende målenøjagtighed, især når den er udstyret med et platinmodstandstermometer til temperaturmåling, et spejl og et mellemstyrkemikroskop til spejlovervågning, gør den ideel til metrologiske målinger. Mulighederne for at transmittere information via trådløse digitale kommunikationskanaler åbner store muligheder for at bruge sådanne hygrometre i globale systemer til indsamling og behandling af meteorologisk information.
Brug i fabrikslaboratorier og forurenede miljøer
Denne luftfugtighedsmåler er ideel til at måle dens absolutte værdi i fabrikkens klimalaboratorier. De bruges ofte som referencer til at kontrollere nøjagtigheden af andre instrumenter, såsom sensorer for relativ fugtighed, der bruges til at kontrollere miljøtestkamre.
Stabiliteten af de materialer, der bruges i konstruktionen af disse hygrometre, samt evnen til at rengøre dem gentagne gange, gør instrumenterne velegnede til meget lang levetid i miljøer med de fleste forurenende stoffer uden tab af kalibrering. Denne stabilitet af ydeevne gør dem velegnede til brug i gasstrømme, hvor høje niveauer af forurenende stoffer i gasprøver er irreversibelt skadelige for mindre stabile typer fugtsensorer. For eksempel er denne type hygrometer meget brugt til at kontrollere dugpunktet under varmehærdning af overfladerne på metalprodukter i et luftmiljø med specielle urenheder. I sådanne tilfælde er det især ønskeligt at give nem adgang til spejlet til rengøring.
Fugtfølsom produktion
Specialiserede emballageprocesser, der kræves i produktionen af lægemidler, film, belægninger og andre produkter, overvåges ofte af kølede spejlhygrometre. Igen er deres valg i dette tilfælde påvirket af stabiliteten af målenøjagtighed og lang levetid. Desuden, da disse processer har tendens til at være mindre følsomme over forinstrumentomkostninger, er de høje omkostninger ved disse hygrometre ikke en afgørende faktor ved valget af et fugtovervågningssystem.
Højtemperaturgasser og deres dugpunkter
Denne type hygrometer vælges ofte til at måle dugpunktstemperaturer over den omgivende temperatur. Kølede spejlinstrumenter blev brugt så tidligt som i 1966 til at overvåge Apollo raketbrintbrændselsceller, der fungerede ved 250°C og 700 psi. Med nutidens termoelektriske spejlkølingsteknologier kan dugpunkter op til 100 °C (og højere, forudsat tryk over atmosfærisk tryk) nemt måles. I sådanne tilfælde skal alle overflader på hygrometrets målekammer, der er i kontakt med gasprøven, have en temperatur over det højeste forventede dugpunkt, ellers vil der opstå kondens på disse overflader, og målingen vil være fejlagtig.
I hygrometre, der er designet til at måle dugpunktet for højtemperaturgasser, er det almindelig praksis at bruge termostatstyrede elektriske varmelegemer til at holde væggene i målekammeret over de højeste forventede dugpunkter. Solid-state optiske komponenter såsom LED'er og detektorer holdes på deres nominelle driftstemperatur (typisk 85°C) for at forhindre nedbrydning og beskadigelse af hygrometeret. Dette kan opnås ved at termisk isolere disse komponenter fra det opvarmede målekammer.
