Способ измерения относительной влажности

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 Т 235 5 0 01 й 25/56 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН огичеысшая ниро - М.: ЕЛЬительнному газов, в том, тором, плообескую е возГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Ростовский институт инженеров жнодорожного транспорта(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОСИНОЙ ВЛАЖНОСТИ(57) Изобретение относится к измерной технике, в частности к дистанциоизмерению влажности воздуха илиСущность изобретения заключаетсячто отбирают пробу воздуха вентилянагревают ее в рекуперативном теменнике, определяют психрометричразность температур в нагретой проб Способ относится к измерительной технике, в частности к дистанционному измерению влажности воздуха или газов при помощи психрометра,В измерительной технике для измерения влажности воздуха известен психрометрический способ определения относительной влажности атмосферного воздуха при барометрическом давлении. Для измерения относительной влажности воздуха психрометрическим способом применяют психрометр, содержащий сухой и мокрый термометры, устанавливаемые в исдуха, обдувающего психрометр, Определяют барометрическое давление воздуха и парциальные давления водяного пара до и после нагрева пробы, Измерение психрометрической разности температур в нагретой или охлажденной пробе воздуха производят при температуре сухого термометра 40 С и выше и положительном избыточном давлении воздуха у психрометра; который измеряет и определяет относительную влажность р воздуха из следующей зависимости: р=(Р 1 н - А(В+ Рс)(н - Ь/Р 2 н, где Р 1 н - парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре Ъ; А - постоянный психрометрический коэффициент; В - барометрическое давление; Рс - избыточное давление в измерительной камере; Ь,Ъ - температура воздуха в измерительной камере по сухому и мокрому периметру; Р 2 н - давление насыщенного водяного пара при температуре тс в исследуемом объекте. 3 ил. следуемом объеме воздуха, который омывает чувствительные элементы термометров йутем естественной или вынужденной конвекции. Увлажнение шарика мокрого термометра обычно осуществляется батистовым фитилем из резервуара с водой (непрерывно) или пипеткой (периодически) перед каждым измерением психрометрической разности температур, Резервуар с водой устанавливают в самом исследуемом объеме воздуха, а уровень воды в нем регулируется регулятором уровня, вынесенным на 1-1,5 м в удобное для обслуживания место.щим потоком воздуха, проходящего через измерительную камеру, Поэтому в последней происходит в%агоперенос от резервуара с водой у мокрого термометра к сухомутермометру, вызывая занижение показаний сухого термометра, а следовательно, создает дополнительную погрешность измерения относительной влажности воздуха,Недостатками такого способа измерения относительной влажности воздуха являются: ограниченный диапазон температур воздуха, при которых вода находится в жидкой фазе; неудовлетворительная точность измерений при температурах воздуха, близких к 0 С ниже, вследствие малых значений психрометрической разности температур сухого и мокрого термометров, равных нескольким десятым долям градуса, которые соизмеримы с погрешностью изМерения термометра и, вследствие малых значений парциальных давлений водяных паров, соизмеримых с погрешностью измерения термометра, и, вследствие малых значений парциальных давлений водяных паров, соизмеримых с погрешностью измерения барометрического давления воздуха контрольными барометрами, равной0,3 мбар (или 0,225 мм рт,ст."3,06 мм в.сг 30,02 Па); невозможность измерения относительной влажности воздуха при температурах выше 1000 С, так как вода в резервуаре мокрого термометра кипит; невозможность точного дистанционного измерения относительной влажности воздуха ввиду сложности устройств для регулирования уровня воды в резервуаре мокрого термометра, и увлажнения воздуха водой, переливающийся из этого резервуара (особенно в передвижных холодильных или сушильных камерах), поСтупающего к сухому термометру с циркуляционными конвективными токами.Наиболее близким по технической сущности решением является способ косвенного определения относительной влажности воздуха, имеющего отрицательную температуру, психрометрическим способом.При этом способе измерения относительной влажности воздуха в исследуемомобъеме из него отбирают пробу, которая просась 1 вается вентилятором через нагреватель и измерительную камеру. В ней измеряют психрометрическую разность температур сухим и мокрым термометром, .Давление воздуха в теплообменнике и в измерительной камере ниже атмосферного на величину разрежения, Создаваемого вентилятором, которое соизмеримо с упругостью паров при отрицательнь 1 х температурах. Сухой и мокрый термометры омываются об 10 1520 254045 50 Измерение психрометрической разности температур в измерительной камере производится при каком-либо заданном значении температуры мокрого термометра. Однако величина этого значения не указана, а следовательно,и погрешности измерения относительной влажности воздуха при каждом новом заданном значении температуры мокрого термометра будут иметь свое, отличающееся от других, значение. Причем чем ниже заданное значение температуры мокрого термометра, тем выше погрешность измерения относительной влажности воздуха (фиг. 3),При помощи этого способа относительная влажность воздуха в исследуемом объеме (воздуховоде), имеющего отрицательную температуру, определяется по формулеО =Ран - АВ (1 с.н. - 1 мl Р 2 н,где р - относительная влажность воздуха в исследуемом объеме;Р 1 н - упругость насыщенного водяного пара при измеренном значении Ь в измерительной камере;А - психрометрический коэффициент, имеющий постоянное значение при заданной скорости обдува термометров воздухом;В - наблюдаемое барометрическое давление;тс,н., Ь- температура воздуха, измеренная сухим и мокрым термометрами в измерительной камере;Р 2 н - упругость насыщенного водяного пара при температуре воздуха, измеренной сухим термометром в исследуемом обьеме (воэдуховоде).Устройство для измерения относительной влажности воздуха содержит два сухих термометра, Один мокрый термометр, пробоотборный воэдуховод; электронагреватель для нагрева пробы воздуха, вентилятор, измерительную камеру и резервуар с водой для смачивания фитиля на мокром термометре, установленный внутри измерительной камеры.Недостаток известного способа заключается в том, что он не обеспечивает. высокой точности дистанционного измерения относительной влажности воздуха особенно при температурах; близких к 0 С) и не позволяет измерять влажность воздуха при температурах 100 С и выше, Кроме того, погрешность измерения малых и больших значений относительной влажности воздуха при этом способе неодинаковы, Они могут отличаться почти на порядок и растут с понижением температуры воздуха. при которой производится измерение психрометрической разности психрометром, Это проис- при котором обеспечивается заданная походит потому, что, во-первых, не измеряется греш ность измерения относительной влажи не учитывается в формуле для подсчета ности воздуха, предварительно дляотносительной влажности воздуха разреже- минимального измеряемого значения отноние в измерительной камере, в которой ус сительной влажности находят зависимостьтэновлен. психрометр, хотя величина этого погрешности ее измерения от температурыразрежения соизмерима с упругостью водя- (фиг. 3), по которой для заданного значенияных паров в воздухе при положительных погрешности определяют нижнее значениетемпературах, близких к 0 С, во-вторых, по- температуры сухого термометра. Верхнимтомучто воздух, поступающий ксухомутер значением интервала температур сухогомометру, увлажняется парами воды из термометра принимаетсяточкакипения ворезервуара с водой и фитиля, переносимы- ды при рабочем давлении (В+Р). Погрешми с конвективными циркуляционными те- ность измерения относительной. влажностичениями; в результате чего снижается воздуха при этом снижается до+0,5 - 2;.температура сухого термометра и сама 15, Измерение температур производят впсихрометрическая разность температур, а следующем порядке,следовательно, завышается и измеряемая Вначале измеряюттемпературу воздухавеличина относительной влажности воздуха в исследуемом объеме, э спустя промежутоки, в-третьих, потому что известный способ ф времени, достаточный для прохожденияизмерения относительной влажности воз пробы от него до измерительной камеры,духа допускает измерение психрометриче- измеряют психрометрическую разностьской разности температур в измерительной температур.камере при любых положительных (задан- Относительную влажность воздуха в исных) значениях температуры воздуха по следуемом объеме (воздуховоде). измеряемокрому термометру, т.е. с разными по-. 25 мую по предлагаемому способу с учетомгрешностями измерений, которые при тем- статического давления в измерительной кап ературах, близких к 0 С ималых . мере, вычисляют по формулеотносительных важос воздуха, дости-= Р 1 н - А В + Рс) (тс.л. - тм/Р 2 н,гают+ " игают+ 7 и более, где р - относительная влажность воздуха вЦель изобретения - пОвышение точно исследуемом объеме;сти дистанционного измерения относитель- Рь - упругость насыщенного водяногоной влажности воздуха как при параприизмеренномзначенииьвизмериотрицательныхтемпературах, так и при тем- тельной камерео1пературах выше 100 С, и при давлении, от- А - психрометрический коэффициент,личающемся от атмосферного, 35 имеющий постоянное значениепри заданУказанная цель достигается тем, что:в ной скорости обдува термометров воздуспособе измерения относительной влажно- хом;сти воздуха, включающем отбор пробы воз - барометрическое давление;духа вентилятором. ее нагрев в рекупера-Р - статическое избыточное давлениетивном теплообменнике, измерение псих-. 40 воздуха в измерительной камере, измеренрометрической разности температур сухого ное манометром;и мокрого термометров в измерительной ка- тс.п.лм - температура воздуха, измеренмере, температуры сухого термометра в ис- ная сухим и мокрым термометрами в измеследуемом объеме, барометрического рительной камере;давления атмосферного воздуха и парци Рь - упругость насыщенного. водяногоальных давлений водяных паров до и после пара при температуре воздуха, измереннойнагрева пробы, в измерительной камере сухим термометром в исследуемом объемевентилятором поддерживают положитель- (воздуховоде).ное избыточное давление Р; которое изме- Поставленная цель достигается тем, чторяют манометром и вводят в формулу для 50 в устройстве для измерения относительнойвычисления относительной влажности воз- влажности воздуха, содержащем два сухихдуха как поправку к барометрическому дав- и один мокрый термометры, вентилятор, налению (В+Р), а температуру воздуха по . греватель и измерительную камеру с водясухому термометру, поступающего в изме- ным резервуаром для смачивания фитилярительную камеру, регулируют при помощи 55 мокрого термометра, вентилятор установнагревателя или охладителя в интервале лен перед измерительной камерой и создатемператур,обеспечивающемзаданнуюпо-, ет в ней положительное избыточноегрешность измерения относительной влаж- давление, измеряемое манометром, для охности воздуха. Для определения нижнего лаждения проб воздуха, имеющих темперазначения температуры сухого термометра,туру 100 С и выше, дополнительно установ- (кривая 1 для р = 100 о , кривая 2 для р =лен воздухоохладитель, а вместо сухого и = 10%),мокрого термометров в измерительной ка- Л Рп(Рп - относительная погрешностьмере установлен аспирационный психро- измерения парциального давления водяныхметр Ассмана, обеспечивающий обдув 5 паров в исследуемом объеме при помощитермометровсо скоростью 2 м/с и выше. психрометра,установленноговиэмерительПри этом в измерительной камере установ- ной камере (кривая.3 для р 100 , криваялена перегородка между сухим и мокрым 4 для р=10%);термометрами, резервуар с водой для сма- ЛР 2 Н/Р 2 Н - относительная погрешностьчивания мокроготермометра вынесен изиз измерения парциального давления насымерительной камеры, а фитиль для щенного водяного пара при температуре тсувлажнения шарика мокрого термометра в исследуемом объеме 9 (кривая 5);проложен вЮ-образной трубке, присоеди- сс - температура по сухому термометруненной одним концом к резервуару с водой, в исследуемом объеме 9.Предлагаемые приемы при производст Устройство для дистанционного измеве дистанционного измерения относитель- рения отнОсительной влажности воздуханой влажности воздуха в интервале (фиг. 1 и 2) включает сухой термометр 1,температур сухоготермометра, обеспечива- мокрый термометр 2 с приспособлением 3ющем заданную погрешность измерения, и для увлажнения датчика, Датчики сухого иположительном превышениидавлйния виэ мокрого термометров расположены в гермерительной камере, имеющей перегород- метичной измерительной камере 4, имеюку и психрометр Ассмана, обеспечивают, щей продольную перегородку 5,согласно способу, снижение погрешности соединеннойвоэдухопроводомсвентилятоизмерения, а дополнительный охладитель ром 6 и теплообменниками 7 и 8, которыевоздухарасширяетдоверительныепределы 25 соединены с исследуемым объемом 9 приизмерения психрометрического способа и помощи дистанционного воздухопроводатем самым обеспечивается достижение це. В исследуемом объеме 9 установлен дат. ли. изобретения. чик 11 температуры, соединенный дистанОсуществление дистанционного изме- ционными .проводами 12 с вторичнымрения относительной влажности воздуха 30 прибором 13, установленным на контрольпредлагаемым способом поясняется черте- ном щите 14;Давление воздуха измеряется. жом, изображенным на фиг. 1 и 2, и графи- барометром 5, давление в. измерительнойками относительных погрешностей камере 4- манометром 16.измерения Ьфф=(1 с.п,), Ь Рп(Рп =(тс.о.), При дистанционном измерении относиЛ Р 2 н/Ргн = 1 (тс), представленными на фиг, 35 тельной влажности воздуха, заключенного в3, которые находятся предварительно для исследуемом объеме 9, проба воздуха изопределения требуемого значения темпера- него забирается вентилятором 6 и продуватуры сухого термометра 1, при которой ется через дистанционный воздуховод 10,производят измерение психрометрической рекуперативные теплообменники 7 и 8 иразности температур и обеспечивается за герметичную измерительную камеру 4, в коданная максимальная погрешность измере- торой расположены датчики сухого 1 и мокния минимального значения относительной рого 2 термометров, отделенные друг отвлажности воздуха, друга перегородкой 5. Скорость обдува датЗаштрихованная область а - Ь-с - б ха- чиков сухого и мокрого термометров воздурактеризует возможные погрешности изме хом, равная 2 м(с и выше, обеспечиваетсярения относительной влажности прелагае- вентилятором 6 и вентилятором аспирацимого способа при 1,п,40 С (полученной в онного йсихрометра 17,примере 1 для заданного значения Л р(р ( Температура воздуха в герметичной ка 0,05.при измерении р = 10 о ). Область мере 4 регулируется при помощи теплообе- Ь - с характеризует возможные погреш менников 7 и 8 и поддерживается вности измерения при неопределенном, но интервале междуминимальным значением,положительном значении температуры мок-определенным предварительно по заданрого термометра Ь, принятом у прототипа, ной максимальной погрешности измерения,Погрешности измерения (фиг. 3) связаны со- и точкой кипения воды при давлении в камеотношением 55 ре 4(фиг. 3, область а-Ь-с-о),Лр(р =ЛР (Р +ЛРг (Рг; По результатам измерений температургде Ьр(р - относительная погрешность из- и давлений вычисляют парциальное давлемерения относительной влажности воздуха ние водяных паров в измерительной камере4, которое равно таковому в исследуемомобъеме 9, и вычисляют искомую относительную влажность воздуха по формулеф = Рп/Р 2 н = Р 1 н А (В ++ Рс) (тс.п. 1 м/Р 2 нгде у - относительная влажность воздуха в исследуемом объеме 9;Рп - парциальное давление водяных паров в исследуемом объеме 9 при тс, равное 10 парциальному давлению водяных паров в измерительной камере 4 при тс,п.,Р 2 н - давление насыщенного водяного пара при температуре тс в исследуемом объеме 9; 15Р 1 н - давление насыщенного водяного пара при температуре Ъ;А - постоянный психрометрический коэффициент;В - барометрическое давление атмос- .20 ферного воздуха;Рс - статическое избыточное давление в камере 4;тс,п., тм - тЕМПЕратура ВОЗдуХа В КаМЕрЕ 4 по сухому и мокрому термометрам. 25П р И м е р, Способ был реализован при измерении относительной влажности газа в изотермическом вагоне с азотным охлаждением после предварительного опробования в лабораторных условиях.30Измерительная камера имеет продольную перегородку и размеры 150 х 100 х 80 мм с присоединенным патрубками к ней сверху аспирационным психрометром Ассмана, вентилятор и нагреватель были уста новлены в вагоне-лаборатории и последовательно соединены, между. собой резиновым шлангом с внутренним диаметром 26 мм, Всас вентилятора соединяли с контролируемым изотермическим вагоном 40 при помощи такого же резинового шланга длиной 24 м,Реэервуар с водой для смачивания мокрого термометра был прикреплен к наруж. ной поверхности стенки измерительной 45 камеры, К нижней части резервуара была присоединена резиновая Юобразная трубка диаметром 6 мм, которая другим концом соединялась с медной трубкой, укрепленной в стенке измерительной камеры, другой 50 конец которой находился внутри последней и был расположен ниже шарика мокрого термометра на 5 мм. Фитиль одним концом был укреплен на шарике мокрого термометра. Другой конец фитиля располагался в 55 трубке ниже уровня воды в резервуаре для смачивания мокрого термометра. Уровень воды в резервуаре находился ниже шарика мокрого термометра на 5 мм. Температуру газового объема в изометрическом вагоне измеряли платиновым термометром сопротивления, установленным у входного конца резинового шланга,Барометрическое давление измеряли контрольным барометром, Давление в измерительной камере измеряли водяным манометром. Парциальные давления насыщенных водяных паров определяли по таблицам насыщенного водяного пара. Вычисление относительной влажности газа в изометрическом вагоне. йроизводили по формулеф = (Р 1 н А (В +.Рс) (тс.п. 1 м)1/Р 2 нгде у - относительная влажность воздуха;Р 1 н - уПруГОСтЬ НаСЫщЕННОГО ВОдяНОГОпара при температуре мокрого термометра,тм,А=0,000662 - постоянный психрометрический коэффициент., принят по паспортупсихрометра Ассмана;Вмм рт,ст - барометрическое давление, измеренное контрольным барометром с точностью+ 0,225 мм рт,ст;Рс = 110 Па - статическое избыточноедавление в измерительной камере, измеренное водяным манометром с точностью+10 Па;с,п., тм - температура сухого и мокроготермометров, измеренная стекляннымиртутными термометрами с ценой деления0,2 С, со шкалой 0-50 С, с точностью+ 0,1 С;Р 2 н - УПРУГОСТЬ НаСЫЩЕННОГО ВОДЯНОГОпара при температуре тс в исследуемом объеме, которую измеряли при лабораторныхисследованиях психрометром Ассмана сточностью+0.1 ОС, а при испытаниях изотермического вагона - термометром сопротивления ТСЕ 0879-01 с точностью+ 0,5 ОС,Измерение психрометрической разно- "сти температур в измерительной. камерепроизводили при сс.п. ) 40 С, Это значениетемпературы сухого термометра было определено по графику зависимости погрешности измерения относительной влажности оттемпературы (фиг. 3),. полученного предварительно при лабораторных исследованиях,которое соответствует заданной максимальной погрешности измерения относительнойвлажности Ь фф = 0,05 для измеряемойвеличины о = 10 О,Погрешностьизмерения относительной влажности воздуха Лр/р в изотермическом вагоне при температуре воздуха в нем тс = =+ 4, 0 и - 20 С; вычисленная по известной формуле для предлагаемого способа, непревышает заданного максимального значения 0,05 при р= 10 О, и 0,02 при о= 100;, т.е, определяется областью а - Ь - с-б (фиг, 3), если измерение температур в измерительной камере и в изотермическом вагоне производится с точностью+ 0,1 С.Использование предлагаемого способа ,измерения влажного воздуха позволяет повысить точность измерения во всем измеряемом температурном интервале от отрицательных значений температур до 100 С и выше,Формула изобретения Способ измерения относительнойвлажности, заключающийся в том, что пробувоздуха подают на сухой и влажный термометры, определяют давление, при котором производят измерение температур термометрами, и по найденным значениям рассчитывают относительную влажность 5 воздуха, отличающийся тем,что,сцелью повышения точности измерений, предварительно для минимального измеряемого значения относительной влажности находят при рабочем давлении зависимость 10 погрешности измерения от температурывоздуха, по которой для заданного значения погрешности определяют значение температуры, при производстве измерений температуру воздуха поддерживают в 15 интервале значений от найденного до соответствующего точке кипения воды при рабочем давлении.TГгп.РРСоставитель А.Сидороведактор М;Кобылянская Техред М.Моргентал Корректор Э.Лончаков Заказ 1062 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101