Alat yang digunakan secara meluas untuk mengukur kelembapan udara (dan gas lain) ialah higrometer kondensasi. Prinsip operasinya adalah untuk mengukur suhu, dipanggil takat embun, di mana pemeluwapan lembapan dari udara bermula.
Apakah itu kelembapan udara
Higrometer mengukur kandungan lembapan udara, yang boleh diwakili sebagai nilai mutlak atau relatif. Yang pertama hanya memberikan jisim wap air dalam 1 meter padu. m udara pada suhu tertentu. Tetapi yang kedua menunjukkan betapa dekatnya wap air di udara kepada keadaan tepu, iaitu kepada keseimbangan dinamik dengan fasa cecairnya - apabila tiada penyejatan mahupun pemeluwapan. Ia sama dengan nisbah kelembapan mutlak udara yang diukur kepada kelembapan mutlaknya dalam keadaan tepu. Apabila wap air di udara tepu (sekali lagi, pada suhu tertentu), kelembapan relatif udara itu ialah 100%. Dalam udara dengan wap air tak tepu, ia adalah, sewajarnya, kurang.
Cara higrometer kondensasi berfungsi
Prinsip pengendalian mana-mana peranti untuk menentukan kelembapan udara, sebagai peraturan, adalah untuk mengukur beberapa kuantiti lain, seperti suhu, tekanan, jisim atau perubahan mekanikal dan elektrik dalam bahan yang menyerap kelembapan. Dengan penentukuran dan pengiraan yang sesuai, nilai yang diukur ini boleh membawa kepada penentuan kelembapan mutlak atau relatif. Peranan yang sangat penting dalam proses ini dimainkan oleh suhu di mana ketepuan wap berlaku, dipanggil titik embun. Sebagai peraturan, peranti elektronik moden untuk menentukan kelembapan udara mengukur suhu ini atau perubahan dalam kapasiti elektrik atau rintangan pelbagai bahan penyerap, yang kemudiannya ditukar (secara automatik) kepada penunjuk kelembapan.
Peranti higrometer pemeluwapan
Karya beliau adalah berdasarkan tepat pada pengukuran wap air di udara dengan kaedah titik embun. Kaedah ini melibatkan penyejukan permukaan, biasanya cermin logam, kepada suhu di mana air di permukaan cermin berada dalam keseimbangan dengan tekanan wap air dalam gas sampel di atas permukaan. Pada suhu ini, jisim air pada permukaan cermin tidak bertambah (jika permukaan terlalu sejuk) mahupun berkurangan (jika permukaan terlalu panas), iaitu wap di atas cermin berada dalam keseimbangan dinamik dengan air kondensat dihidupkan. cermin (wap tepu).
Cermin ini diperbuat daripada bahan dengan kekonduksian haba yang baik (seperti perak atau tembaga) dandisadur dengan logam lengai seperti iridium, rubidium, nikel atau emas untuk mengelakkan pencemaran dan pengoksidaan. Cermin disejukkan oleh penyejuk termoelektrik (kesan Peltier) sehingga pembentukan kondensat. Pancaran cahaya, biasanya daripada diod pemancar cahaya jalur lebar keadaan pepejal, diarahkan pada permukaan cermin, dan pengesan foto memantau cahaya yang dipantulkan, yang alirannya maksimum apabila tiada pemeluwapan pada cermin.
Kaedah operasi higrometer cermin kanak-kanak
Apabila titisan embun terbentuk pada permukaan cermin cermin, cahaya yang dipantulkan bertaburan. Dalam kes ini, fluksnya yang memasuki pengesan foto berkurangan, yang membawa kepada perubahan dalam isyarat keluaran yang terakhir. Ini, seterusnya, dikawal oleh sistem kawalan penyejuk termoelektrik analog atau digital yang mengekalkan suhu cermin yang stabil pada titik embun. Dengan sistem yang direka dengan betul, cermin dikekalkan pada suhu di mana kadar pemeluwapan betul-betul sama dengan kadar penyejatan lapisan embun. Termometer rintangan platinum miniatur (PRT) yang tepat yang dipasang pada cermin mengukur suhunya pada ketika itu, yang ditukar secara automatik kepada bacaan kelembapan.
Higrometer untuk mengukur kelembapan udara reka bentuk yang dipertimbangkan juga termasuk pam vakum untuk mengepam dalam bahagian gas yang dianalisis dan elemen penapisan tambahan dalam keadaan kotor.
Kelebihan higrometer yang dipertimbangkan
Instrumen sedemikian, berdasarkan prinsip operasi yang mudah, dengan julat ukuran yang luas, ketepatan tinggi dan bacaan yang stabil, digunakan secara meluas dalam industri dan penyelidikan saintifik. Higrometer titik embun biasa, tidak seperti kebanyakan penderia kelembapan lain, boleh dibuat sangat stabil, hampir tahan haus, meminimumkan keperluan untuk penentukuran semula. Higrometer kelembapan takat embun mampu mengukur takat embun dalam julat suhu dari 100 °C hingga minimum -70 °C. Dalam kes ini, ketepatan pengukuran ialah sepersepuluh darjah.
Banyak higrometer reka bentuk yang dipertimbangkan dilengkapi dengan kawalan mikropemproses dan, dalam kombinasi dengan sensor suhu perintang, dapat mengira dan memaparkan pada penunjuk luaran sebarang parameter kelembapan yang diingini sebagai tambahan kepada atau bukannya takat embun. Di samping itu, peranti ini membenarkan pemindahan hasil menggunakan teknologi wayarles. Sememangnya, peranti sedemikian digunakan secara meluas sebagai sebahagian daripada pelbagai sistem perindustrian untuk pengumpulan data automatik dan kawalan proses teknikal yang berkaitan.
Berapa harga hygrometer seperti ini? Harganya, tentu saja, ditentukan terutamanya oleh set fungsi yang dilaksanakan, bergantung pada ketersediaan dan kerumitan sistem kawalan elektronik peranti. Jadi, higrometer pemeluwapan pegun yang kelihatan seperti osiloskop digital berharga sekurang-kurangnya $4,000. Terutamanya model "maju" boleh menelan kos lebih daripada $10,000. Di pasaranAnda juga boleh menemui higrometer mudah alih yang berfungsi sepenuhnya. Harganya adalah dari 1 hingga 2 ribu dolar.
Keburukan higrometer kondensasi
Walaupun sistem higrometer yang dipertimbangkan dianggap paling cekap dalam proses pengukuran, kelemahannya ialah pencemaran yang tidak dapat dielakkan pada bahagian laluan pengukur semasa operasi.
Hygrometers yang dilengkapi dengan cermin sejuk cenderung meningkatkan ketidaktepatan pengukuran disebabkan oleh kehadiran bahan cemar larut dan tidak larut yang dimendapkan pada cermin. Zarah tidak larut menjejaskan ciri optik cermin. Habuk yang sederhana atau rupa zarah tidak larut pada cermin menyediakan pusat kepekatan di mana embun atau fros boleh terbentuk, dengan itu meningkatkan masa tindak balas peranti. Kekotoran larut menjejaskan jumlah tekanan wap daripada lembapan pekat pada cermin, yang mengalihkan titik embun. Higrometer pengukur moden (sekurang-kurangnya modelnya yang lebih canggih) termasuk ciri "ujian kendiri" yang membolehkan peranti mengesan dan bertindak balas terhadap pencemaran dengan membuat pelarasan yang sesuai pada algoritma pengiraan kelembapan.
Tidak kira keupayaan ini, hampir semua hygrometer yang berkenaan perlu diperiksa dan dibersihkan secara berkala.
Penyelenggaraan Higrometer Cermin Sejuk
Apakah yang disarankan oleh manual arahan kepada pengguna peranti dalam pengertian ini. Higrometer yang sensitif kepada kotoran mestilahdibersihkan secara berkala untuk memastikan kestabilan hasil pengukuran, walaupun ini boleh meningkatkan kos penyelenggaraannya. Pemeriksaan cermin instrumen biasanya dilakukan menggunakan mikroskop terbina dalam, dan penyelenggaraannya dilakukan secara manual selepas membuka petak pengukur.
Jika pembersihan permukaan cermin dilakukan pada kekerapan yang diperlukan dalam arahan untuk operasinya, maka dengan cara ini adalah mungkin untuk mengekalkan ketepatan pengukuran. Akses mudah ke permukaan cermin untuk pembersihan biasanya disediakan oleh engsel antara komponen optik dan cermin. Anda kini boleh menemui mana-mana hygrometer pemeluwapan yang diperlukan oleh pengguna di pasaran. Foto di bawah menunjukkan contoh pelaksanaannya.
Penggunaan higrometer dalam metrologi
Higrometer cermin sejuk yang direka dan diselenggara dengan betul memberikan pengukuran kelembapan dengan urutan magnitud ketepatan yang lebih tinggi daripada meter kelembapan popular yang lain. Ketepatan ukuran yang wujud, terutamanya apabila dilengkapi dengan termometer rintangan platinum untuk pengukuran suhu, cermin dan mikroskop kuasa sederhana untuk pemantauan cermin, menjadikannya sesuai untuk pengukuran metrologi. Kemungkinan menghantar maklumat melalui saluran komunikasi digital tanpa wayar membuka kemungkinan luas untuk menggunakan hygrometer tersebut dalam sistem global untuk mengumpul dan memproses maklumat meteorologi.
Gunakan di makmal kilang dan persekitaran yang tercemar
Meter kelembapan udara ini sesuai untuk mengukur nilai mutlaknya di makmal iklim kilang. Ia sering digunakan sebagai rujukan untuk mengawal ketepatan instrumen lain, seperti penderia kelembapan relatif yang digunakan untuk mengawal ruang ujian alam sekitar.
Kestabilan bahan yang digunakan dalam pembinaan higrometer ini, serta keupayaan untuk membersihkannya berulang kali, menjadikan instrumen sesuai untuk hayat perkhidmatan yang sangat lama dalam persekitaran dengan kebanyakan bahan cemar tanpa kehilangan penentukuran. Kestabilan prestasi ini menjadikannya sesuai untuk digunakan dalam aliran gas di mana tahap bahan cemar yang tinggi dalam sampel gas secara tidak dapat dipulihkan memudaratkan jenis penderia kelembapan yang kurang stabil. Sebagai contoh, jenis higrometer ini digunakan secara meluas untuk mengawal takat embun semasa pengerasan haba permukaan produk logam dalam persekitaran udara dengan kekotoran khas. Dalam kes sedemikian, menyediakan akses mudah ke cermin untuk pembersihan amat diingini.
Pengeluaran sensitif kelembapan
Proses pembungkusan khusus yang diperlukan dalam pengeluaran farmaseutikal, filem, salutan dan produk lain sering dipantau oleh higrometer cermin sejuk. Sekali lagi, pilihan mereka dalam kes ini dipengaruhi oleh kestabilan ketepatan pengukuran dan hayat perkhidmatan yang panjang. Lebih-lebih lagi, kerana proses ini cenderung kurang sensitif kepadakos instrumen, kos tinggi hygrometer ini bukanlah faktor penentu dalam memilih skim pemantauan kelembapan.
Gas suhu tinggi dan titik embunnya
Higrometer jenis ini selalunya dipilih untuk mengukur suhu takat embun melebihi suhu persekitaran. Instrumen cermin sejuk telah digunakan seawal tahun 1966 untuk memantau sel bahan api hidrogen roket Apollo yang beroperasi pada 250°C dan 700 psi. Dengan teknologi penyejukan cermin termoelektrik hari ini, titik embun sehingga 100 °C (dan lebih tinggi, dengan mengandaikan tekanan melebihi tekanan atmosfera) mudah diukur. Dalam kes sedemikian, semua permukaan ruang pengukur higrometer yang bersentuhan dengan sampel gas mesti mempunyai suhu melebihi takat embun yang dijangkakan tertinggi, jika tidak, pemeluwapan akan berlaku pada permukaan ini dan pengukuran akan menjadi salah.
Dalam higrometer yang direka untuk mengukur takat embun gas suhu tinggi, adalah amalan biasa untuk menggunakan pemanas elektrik yang dikawal secara termostatik untuk mengekalkan dinding ruang pengukur melebihi takat embun yang dijangkakan tertinggi. Komponen optik keadaan pepejal seperti LED dan pengesan dikekalkan pada suhu operasi nominalnya (biasanya 85°C) untuk mengelakkan degradasi dan kerosakan pada hygrometer. Ini boleh dicapai dengan penebat haba komponen ini daripada ruang ukuran yang dipanaskan.
