Измерване на влажност

Измервателна техникаСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 2, 2012

Методи и средства за измерване влажността на газове

    Определянето на влажността на газове, течности и твърди материали е един от важните показатели при протичането на редица технологични процеси. Пример за подобни процеси са: процесът на сушене, при който е необходимо следене на влажността на газовете в сушилните; пречистването на газове; кондиционирането на въздуха и т. н. Точното определяне на съдържащата се вода в различни течности е от особена важност в химическата промишленост, където е необходимо определянето на точното й съдържание в различни течности като нефт, спирт, ацетон и др., при тяхното преработване. Измерването на влажността на твърди материали влияе на качеството на готовата продукция при производството на бои, например, при производствата на хартия и т. н.

Влажността също така влияе и върху усещането за комфорт, студ и топлина, а е и свързана с опазването и съхранението на хранителни и нехранителни продукти. Влажността оказва влияние и върху дълготрайността и качеството на редица хранителни и нехранителни продукти.

Абсолютна и относителна влажност
Обикновено, при измерването на влажността се използват две основни понятия - абсолютна и относителна влажност. Под абсолютна влажност се има предвид съдържанието на вода (водни пари) в единица обем, като не зависи от околната температура налягането и т. н. Мерната единица е g/m3. Относителната влажност, от своя страна, се отнася до процентното съдържание на вода спрямо максималното при дадени условия, като максималното количество вода зависи от околната температура и налягането.

В практиката за измерване на влажността се използват редица методи, което се обяснява с многото области, в които се налага измерване и контролиране на влажността.

За оценка на влажността се използват няколко параметъра, които се определят в зависимост от характерните специфики на даденото приложение. Например, при определяне влажността на газове сред използваните параметри са влагосъдържание или температура на оросяване. Определянето на влажността на насипни материали, от своя страна, значително се затруднява от влиянието, което формата на свързване на влагата с материала и хигроскопичната връзка на материала с околния въздух оказват върху физичните му свойства.

Измерване на влажността на газове
От широко използваните методи за измерване на влажността като най-подходящи за определяне на влажността на газове се считат психометричният, методът на температурата на оросяване и хигрометричните методи.

Принципът на работа на хигрометричните методи се основава на зависимостта на физичните свойства на хигроскопичните материали от влажността на околната среда. На този принцип работят влагомерите, при които като индикатор за влажността се използва удължаването на чувствителния елемент под действието на влажността на околната среда. За изработката на чувствителните елементи обикновено се използват органични материали.

Използват се и електрически хигрометри, основаващи се на зависимостта на съпротивлението или на диелектричната проницаемост на хигроскопичния материал от влажността на обкръжаващата го газова среда. Основно изискване при използването на хигрометрични влагомери е чувствителният елемент да бъде в хигрометрично равновесие с измервания газ. Сред най-разпространените в практиката хигрометрични преобразуватели се явяват електролитните, електролитните с подгряване и сорбционните.

Електролитни хигрометри
Обикновено, при електролитните хигрометри като измервателен преобразувател се използва влагочувствителен елемент, съдържащ електролит най-често литиев хлорид. При тези хигрометри изменението на влажността на газа води до изменение на количеството влага във влагочувствителния елемент, което рефлектира в изменение на съпротивлението или електропроводимостта. Като недостатъци на тези хигрометри често се посочват нестабилността на статичнaтa характеристика и влиянието, което оказват върху показанията на температурата и концентрацията на разтвореното вещество.

При електролитните преобразуватели с подгряване изменението на влажността на газа води до изменение на електропроводимостта на преобразувателя, в резултат на което се наблюдава промяна в температурата му. Съответно, с увеличаване на влажността на газа ще се увеличава и електропроводимостта на преобразувателя, което от своя страна ще доведе до нарастване на тока и повишаване на температурата на преобразувателя и изпаряването на влага от него. Резултатът е автоматично поддържане на равновесно състояние между парциалното налягане на водните пари в газа и парциалното налягане на парата над наситения разтвор на електролита. Определянето на температурата, съответстваща на това равновесие е с термометър.
Техническите характеристики на електролитните хигрометри не се влияят от скоростта и налягането на газа, напрежението на захранване или запрашването и замърсяването и се приемат за сравнително надеждни.

Сорбционни хигрометри
Този вид уреди все още не намират широко приложение в промишлеността, тъй като те се характеризират с индивидуални градуировъчни характеристики. Принципът им на действие се основава на зависимостта на физичните свойства на сорбционните материали от съдържащата се в тях влага. Самата влага се определя от влажността на газа. В повечето случаи изменението на влагосъдържанието води до изменение на електрическото съпротивление, капацитета или друг параметър на измервателния преобразувател.

Температура на оросяване
Методът на температурата на оросяване се основава на определяне на температурата, при която съдържащата се в газа водна пара достига състояние на насищане. Определя се спрямо началото на кондензацията на водната пара върху огледална повърхност, която се обдухва от измервания газ. Именно огледалото се явява и основен чувствителен елемент. Основно изискване е то да се охлажда по начин, който позволява парите от анализирания газ да кондензират върху повърхността му. Необходимо е също температурата, при която започва кондензацията, да бъде фиксирана точно.

Моментът на оросяването може да се определи и капацитивно (при рязка промяна на капацитета).

Този метод е подходящ за определяне на абсолютната влажност или влагосъдържанието, както и относителната влажност при измерване на температурата на газа. Счита се за много точен, като позволява влажността да се измери при произволни стойности на налягането, при положителни и отрицателни температури.
Трудностите при използването на метода на температурата на оросяване са свързани преди всичко с определянето на началото на кондензацията и състоянието на повърхността, върху която тя протича.

Психометричен метод
Действието на този метод се основава на измерването на психометричната температурна разлика между две температури - тази на "сухия" и тази на "мокрия" термометър, позната като психометрична.

Сухият термометър се намира в анализирания газ, а мокрият термометър е увит с влажна тъкан и към него постоянно постъпва вода по специален фитил. За сметка на изпарението на водата, този термометър се охлажда до температура по-ниска от тази на газа. С увеличаването на влажността на газа изпарителното охлаждане на термометъра намалява, вследствие на което температурата се повишава, т. е. разликата между двете температури зависи от влажността на газа. Съответно, при 100% влажност на газа, водата не би се изпарявала и температурите на двата термометъра ще са сравними.

Използваните в промишлеността влагомери, базиращи се на този метод, обикновено работят със съпротивителни термометри.

Психометричният метод се характеризира с висока чувствителност при изследване на газове, имащи положителни температури. Този метод не се счита за подходящ при измерване на влажността на газове с ниски температури, тъй като при работа в подобни условия, се получава висока грешка при измерването.

В практиката днес основно се използват стационарни, дистанционни и аспирационни психометри. Като много ефективни и точни се считат аспирационните психрометри.
При отчитането на относителната влажност на въздуха с помощта на тези прибори е необходимо да се вземе предвид разликата в показанията на сухия и мокрия термометър, която е обратнопропорционална на относителната влажност на въздуха. При извършване на измерването е необходимо психрометърът да се постави на определеното място за около 15 минути, след което се отчитат показанията и се определя температурната разлика. Полученият резултат се умножава по корекционен коефициент за движение на въздуха. При аспирационните психрометри подобна корекция не е необходима, тъй като в повечето случаи конструкцията им ограничава въздействието на слънчевата радиация или топлинни излъчвания.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top