'n Instrument wat wyd gebruik word om die humiditeit van lug (en ander gasse) te meet, is 'n kondensasiehigrometer. Sy werkingsbeginsel is om die temperatuur, wat die doupunt genoem word, te meet waarby kondensasie van vog uit die lug begin.
Wat is lugvog
'n Higrometer meet die voginhoud van die lug, wat as 'n absolute of relatiewe waarde voorgestel kan word. Die eerste van hulle gee bloot die massa waterdamp in 1 kubieke meter. m lug by 'n gegewe temperatuur. Maar die tweede een wys hoe naby die waterdamp in die lug aan 'n toestand van versadiging is, dit wil sê aan dinamiese ewewig met sy vloeistoffase - wanneer daar nóg verdamping nóg kondensasie is. Dit is gelyk aan die verhouding van die gemete absolute humiditeit van die lug tot sy absolute humiditeit in die versadigingstoestand. Wanneer die waterdamp in die lug versadig is (weereens, by 'n gegewe temperatuur), is die relatiewe humiditeit van daardie lug 100%. In lug met onversadigde waterdamp is dit dus minder.
Hoe 'n kondensasiehigrometer werk
Die beginsel van werking van enige toestel vir die bepaling van die humiditeit van die lug, is as 'n reël om 'n ander hoeveelheid te meet, soos temperatuur, druk, massa of meganiese en elektriese veranderinge in 'n stof wat vog absorbeer. Deur toepaslike kalibrasie en berekening kan hierdie gemete waardes lei tot die bepaling van absolute of relatiewe humiditeit. 'n Baie belangrike rol in hierdie proses word gespeel deur die temperatuur waarteen dampversadiging plaasvind, wat die doupunt genoem word. In die reël meet moderne elektroniese toestelle vir die bepaling van lugvogtigheid hierdie temperatuur of veranderinge in die elektriese kapasitansie of weerstand van verskeie absorberende stowwe, wat dan (outomaties) in humiditeitsaanwysers omgeskakel word.
Kondensasiehigrometertoestel
Sy werk is juis gebaseer op die meting van waterdamp in die lug deur die doupuntmetode. Hierdie metode behels die afkoeling van 'n oppervlak, tipies 'n metaalspieël, tot 'n temperatuur waarteen die water op die oppervlak van die spieël in ewewig is met die dampdruk van die water in die monstergas bo die oppervlak. By hierdie temperatuur neem die massa water op die oppervlak van die spieël nie toe (as die oppervlak te koud is) of neem nie af (as die oppervlak te warm is nie), dit wil sê die damp bokant die spieël is in dinamiese ewewig met die waterkondensaat op die spieël (stoom is versadig).
Hierdie spieël is gemaak van 'n materiaal met goeie termiese geleidingsvermoë (soos silwer of koper) enbedek met 'n inerte metaal soos iridium, rubidium, nikkel of goud om verkleuring en oksidasie te voorkom. Die spieël word deur 'n termo-elektriese verkoeler (Peltier-effek) afgekoel tot die vorming van kondensaat. 'n Ligstraal, gewoonlik van 'n vastestof breëband liguitstralende diode, word op 'n spieëloppervlak gerig, en 'n fotodetektor monitor die gereflekteerde lig, waarvan die vloei maksimum is wanneer daar geen kondensasie op die spieël is nie.
Kinderspieëlhigrometer-bewerkingsmetode
Wanneer dou druppels op die spieëloppervlak van die spieël vorm, word die gereflekteerde lig verstrooi. In hierdie geval neem die vloed wat die fotodetektor binnegaan af, wat lei tot 'n verandering in die uitsetsein van laasgenoemde. Dit word op sy beurt beheer deur 'n analoog of digitale termo-elektriese verkoelerbeheerstelsel wat 'n stabiele spieëltemperatuur by die doupunt handhaaf. Met 'n behoorlik ontwerpte stelsel word die spieël by 'n temperatuur gehandhaaf waar die kondensasietempo presies gelyk is aan die verdampingstempo van die doulaag. 'n Akkurate miniatuur platinumweerstandstermometer (PRT) wat in die spieël gemonteer is, meet sy temperatuur op daardie punt, wat outomaties in 'n humiditeitslesing omgeskakel word.
Die higrometer vir die meting van lugvogtigheid van die oorweegde ontwerp sluit ook 'n vakuumpomp in om die geanaliseerde gedeelte gas in te pomp, en bykomende filtrasie-elemente in vuil toestande.
Voordele van die oorwoë higrometers
Sulke instrumente, gebaseer op 'n eenvoudige beginsel van werking, met 'n wye meetreeks, hoë akkuraatheid en stabiele lesings, word wyd gebruik in die industrie en wetenskaplike navorsing.’n Tipiese doupunthigrometer, anders as baie ander humiditeitsensors, kan baie stabiel, feitlik slytvast gemaak word, wat die behoefte aan herkalibrering tot die minimum beperk. Die doupunt humiditeit higrometer is in staat om doupunt in die temperatuurreeks van 100 °C tot 'n minimum van -70 °C te meet. In hierdie geval is die metingsakkuraatheid tiendes van 'n graad.
Baie higrometers van die oorwoë ontwerp is toegerus met mikroverwerkerbeheer en, in kombinasie met 'n weerstandige temperatuursensor, kan hulle enige verlangde humiditeitsparameters bykomend tot of in plaas van die doupunt bereken en op 'n eksterne aanwyser vertoon. Boonop laat hierdie toestelle die oordrag van resultate toe met behulp van draadlose tegnologie. Natuurlik word sulke toestelle wyd gebruik as deel van verskeie industriële stelsels vir geoutomatiseerde data-insameling en beheer van relevante tegniese prosesse.
Hoeveel sal 'n higrometer soos hierdie kos? Die prys daarvan word natuurlik hoofsaaklik bepaal deur die stel geïmplementeerde funksies, afhangende van die beskikbaarheid en kompleksiteit van die elektroniese beheerstelsel van die toestel. Dus, 'n stilstaande kondensasiehigrometer wat soos 'n digitale ossilloskoop lyk, kos ten minste $4 000. Veral "gevorderde" modelle kan meer as $10 000 kos. Op die markJy kan ook 'n ten volle funksionele draagbare higrometer vind. Die prys daarvan is van 1 tot 2 duisend dollar.
Nadele van kondensasiehigrometers
Terwyl die oorweegse stelsel higrometers as die doeltreffendste in die meetproses beskou word, is die nadeel daarvan die onvermydelike kontaminasie van die dele van die meetpad tydens werking.
Higrometers wat met verkoelde spieëls toegerus is, is geneig om metingonakkuraathede te verhoog as gevolg van die teenwoordigheid van oplosbare en onoplosbare kontaminante wat op die spieël neergelê word. Onoplosbare deeltjies beïnvloed die optiese eienskappe van die spieël. Matige stowwerigheid of die voorkoms van onoplosbare deeltjies op die spieël verskaf konsentrasiesentrums waarop dou of ryp kan vorm, wat die reaksietyd van die toestel verhoog. Oplosbare onsuiwerhede beïnvloed die hoeveelheid dampdruk van gekondenseerde vog op die spieël, wat die doupunt verskuif. Moderne higrometers (ten minste hul meer gesofistikeerde modelle) sluit "selftoets" kenmerke in wat die toestel toelaat om kontaminasie op te spoor en daarop te reageer deur toepaslike aanpassings aan die humiditeitsberekeningsalgoritmes te maak.
Ongeag hierdie vermoëns, feitlik alle higrometers ter sprake moet periodiek nagegaan en skoongemaak word.
Instandhouding van verkoelde spieëlhigrometers
Wat beveel die instruksiehandleiding aan vir die gebruiker van die toestel in hierdie sin.’n Higrometer wat sensitief is vir vuilheid moet weesword periodiek skoongemaak om die stabiliteit van die meetresultate te verseker, alhoewel dit die koste van die instandhouding daarvan kan verhoog. Inspeksie van die instrument se spieël word gewoonlik met die ingeboude mikroskoop uitgevoer, en die instandhouding daarvan word met die hand uitgevoer nadat die meetkompartement oopgemaak is.
As die skoonmaak van die spieëloppervlak uitgevoer word teen die frekwensie wat vereis word in die instruksies vir die werking daarvan, dan is dit op hierdie manier moontlik om die akkuraatheid van metings te handhaaf. Gerieflike toegang tot die spieëloppervlak vir skoonmaak word gewoonlik verskaf deur 'n skarnier tussen die optiese komponente en die spieël. Jy kan nou enige kondensasiehigrometer wat die verbruiker benodig op die mark kry. Die foto hieronder wys 'n voorbeeld van die uitvoering daarvan.
Gebruik van higrometers in metrologie
'n Behoorlik ontwerpte en onderhou verkoelde spieël higrometer verskaf humiditeitsmetings met ordes groter akkuraatheid as ander gewilde vogmeters. Sy inherente meetakkuraatheid, veral wanneer dit toegerus is met 'n platinumweerstandtermometer vir temperatuurmeting, 'n spieël en 'n mediumkragmikroskoop vir spieëlmonitering, maak dit ideaal vir metrologiese metings. Die moontlikhede om inligting via draadlose digitale kommunikasiekanale oor te dra, maak wye moontlikhede oop vir die gebruik van sulke higrometers in globale stelsels vir die insameling en verwerking van meteorologiese inligting.
Gebruik in fabriekslaboratoriums en besmette omgewings
Hierdie lugvogmeter is ideaal om die absolute waarde daarvan in fabrieksklimaatlaboratoriums te meet. Hulle word dikwels as verwysings gebruik om die akkuraatheid van ander instrumente te beheer, soos relatiewe humiditeitsensors wat gebruik word om omgewingstoetskamers te beheer.
Die stabiliteit van die materiale wat in die konstruksie van hierdie higrometers gebruik word, sowel as die vermoë om dit herhaaldelik skoon te maak, maak die instrumente geskik vir baie lang lewensduur in omgewings met die meeste kontaminante sonder verlies aan kalibrasie. Hierdie stabiliteit van werkverrigting maak hulle geskik vir gebruik in gasstrome waar hoë vlakke van kontaminante in gasmonsters onomkeerbaar nadelig is vir minder stabiele tipes humiditeitsensors. Hierdie tipe higrometer word byvoorbeeld wyd gebruik om die doupunt te beheer tydens hitteverharding van die oppervlaktes van metaalprodukte in 'n lugomgewing met spesiale onsuiwerhede. In sulke gevalle is dit veral wenslik om maklike toegang tot die spieël vir skoonmaak te verskaf.
Vog sensitiewe produksie
Gespesialiseerde verpakkingsprosesse wat nodig is in die vervaardiging van farmaseutiese produkte, films, bedekkings en ander produkte word dikwels deur verkoelde spieëlhigrometers gemonitor. Weereens, hul keuse in hierdie geval word beïnvloed deur die stabiliteit van meting akkuraatheid en lang dienslewe. Verder, aangesien hierdie prosesse geneig is om minder sensitief te wees virinstrumentkoste, is die hoë koste van hierdie higrometers nie 'n bepalende faktor in die keuse van 'n humiditeitsmoniteringskema nie.
Hoëtemperatuurgasse en hul doupunte
Hierdie tipe higrometer word dikwels gekies om doupunttemperature bo omgewingstemperatuur te meet. Verkoelde spieëlinstrumente is so vroeg as 1966 gebruik om Apollo-vuurpylwaterstofbrandstofselle wat by 250°C en 700 psi werk, te monitor. Met vandag se termo-elektriese spieëlverkoelingstegnologieë word doupunte tot 100 °C (en hoër, met die veronderstelling van druk bo atmosferiese druk) maklik gemeet. In sulke gevalle moet alle oppervlaktes van die higrometer se meetkamer wat in kontak is met die gasmonster 'n temperatuur bo die hoogste verwagte doupunt hê, anders sal kondensasie op hierdie oppervlaktes voorkom en sal die meting foutief wees.
In higrometers wat ontwerp is om die doupunt van hoë temperatuur gasse te meet, is dit algemene praktyk om termostaties beheerde elektriese verwarmers te gebruik om die mure van die meetkamer bo die hoogste verwagte doupunte te hou. Vastetoestand optiese komponente soos LED's en detektors word by hul nominale werkstemperatuur (tipies 85°C) gehandhaaf om agteruitgang en skade aan die higrometer te voorkom. Dit kan bereik word deur hierdie komponente van die verhitte meetkamer termies te isoleer.
