Психрометр Августа (стационарный психрометр)
В статье рассказывается о психрометре Августа. В каких случаях использовать его а в каких лучше пользоваться психрометром Асмана. Устройство и снятие результатов.
Вы также можете посмотреть другие статьи. Например, «Виды анемометров» или «Датчики температуры».
Психрометр — это устройство, с помощью которого производится измерение абсолютной и относительной влажности воздуха. В основу работы этого прибора заложен принцип определения интенсивности испарения воды по степени понижения температуры испаряющей поверхности. Наиболее простым является психрометр Августа.
Устройство психрометра Августа
Устройство психрометров очень схожи между собой. Конкретно психрометр Августа состоит из двух одинаковых стеклянно-ртутных или стеклянно-спиртовых термометров укрепленных на одном штативе и небольшого резервуара для воды. Шкала термометра градуирована от — 25 до + 50 градусов с интервалом делений 0,2°. Ртутный резервуар одного из них помещен в колпачок из тонкой влажной ткани (батиста или простой марли), конец которой в виде жгутика помещен в сосуд с дистиллированной водой. Этот термометр называется влажным или смоченным. При отсутствии дистиллированной воды ее можно заменить дождевой либо талой снеговой водой. При этом надо следить, чтобы сам резервуар не был погружен в воду (иначе термометр будет показывать температуру воды) и расстояние от уровня воды до резервуара составляло не менее 3-4 сантиметров. Такое расстояние обеспечит циркулирование вокруг резервуара именно исследуемого воздуха, а не водяных паров образующихся при испарении дистиллированной воды. Второй термометр, ртутный резервуар которого остается свободным, обозначается как сухой термометр.
Смоченный термометр всегда (до достижения 100% влажности, когда процесс испарения прекращается) будет показывать более низкую температуру, чем сухой, вследствие происходящего феномена испарения жидкости, являющегося энергозатратным процессом. Интенсивность этого процесса обратно пропорциональна влажности окружающего воздуха и прямо пропорциональна скорости движения окружающего воздуха. Чем ниже влажность и выше скорость движения воздуха в точке измерения, тем больше скорость испарения, тем ниже показания смоченного термометра и соответственно больше разница в показаниях между двумя термометрами.
Для определения влажности окружающего воздуха прибор помещают в место проведения измерения на 10 -15 минут и затем записывают показания обоих термометров. Во время проведения измерения оба термометра должны быть максимально изолированы от воздействия всех видов лучистой энергии, в том числе солнечных лучей и теплового воздействия соседствующих приборов. Диапазон измерения относительной влажности составляет от -10 до + 40 градусов.
Достоинства и недостатки
Главным достоинством психрометра Августа считается его простота конструкции, а соответственно дешевизна в производстве, и простота в обращении.
Серьезным недостатком этого прибора является зависимость показаний от скорости движения окружающего воздуха, что было преодолено в конструкции психрометров аспирационного типа (психрометр Асмана), где подача воздуха производится вентилятором с постоянной скоростью. Это делает психрометр Августа малопригодным для точных исследований в санитарно-гигиенической практике, особенно в условиях цехов фабрично-заводских помещений. Широкое применение он нашел на кораблях.
Абсолютную и относительную влажность воздуха рассчитывают с помощью специальных формул или определяют с помощью готовых психрометрических таблиц, что значительно упрощает и ускоряет проводимые расчеты и вычисления.
Например абсолютная влажность рассчитывается по формуле Реньо:
, где
е — абсолютная влажность, мб;
Е1 — максимальная влажность при данной t смоченного термометра;
А — психрометрический коэффициент (для открытой атмосферы = 0,0011);
t — температура сухого термометра;
t1 — температура влажного термометра;
Н — барометрическое давление в момент исследования, мб.
Измерение влажности воздуха
Количество водяного пара, находящегося в воздухе производственных помещений, называется влажностью воздуха. Для характеристики влажности употребляются следующие величины:
1. Абсолютная влажность.
2. Относительная влажность.
Абсолютная влажность воздуха – количество водяных паров, выраженное в граммах, содержащееся в 1 кг или 1 м 3 воздуха в момент исследования.
Максимальная влажность воздуха – количество водяных паров выраженное в граммах, насыщающее 1 кг или 1 м 3 воздуха при данной температуре до предела, после которого наступает конденсация паров.
На практике для характеристики влажности воздуха пользуются показателем относительной влажности, который представляет собой отношение абсолютной влажности к максимальной при данной температуре, выраженное в процентах,
где j – относительная влажность, %; А – абсолютная влажность, г/кг или г/м 3 ; F – максимальная влажность, г/кг или г/м 3 .
Наиболее распространенными приборами для измерения влажности воздуха в рабочих помещениях являются психрометры Августа и Ассмана, волосяные или плёночные гигрометры, а также пишущие гигрографы.
Психрометр Августа (статический психрометр, рис.1а) состоит из двух термометров (сухого и влажного), установленных вертикально. Резервуар влажного термометра обернут кусочком батиста, свободный конец которого опущен в сосуд с дистиллированной водой. С поверхности ткани всё время
ис
паряется влага, поддерживая, таким образом, термометр в среде насыщенных водяных паров.
Влажный термометр всегда (за исключением случая, когда относительная влажность равна 100%) даёт показания меньше, чем сухой. Отсчеты по левому (сухому) и правому (смоченному) термометрам служат исходными данными для определения относительной влажности воздуха в помещении, которая определяется по психрометрической таблице, расположенной на приборе. Полученные данные относительной влажности воздуха затем служат для вычисления абсолютной влажности по формуле (3).
Лоскуток ткани, охватывающий шарик влажного термометра, должен быть всегда чистым. Если он загрязнился, его необходимо заменить новым. Менять его следует, как можно, чаще: при постоянной работе не реже, чем один раз в две недели. Вблизи прибора не должно быть никаких посторонних предметов, которые, имея температуру, отличную от температуры воздуха, могли бы повлиять на показания прибора.
Аспирационный психрометр Ассмана (рис.1б). Недостатком психрометра Августа является отсутствие постоянной скорости движения воздуха вокруг резервуара влажного термометра, что в свою очередь, приводит к некоторой погрешности прибора. Аспирационный психрометр Ассмана лишен указанного недостатка, поэтому он является более совершенным и точным прибором.
Аспирационный психрометр Ассмана состоит из двух ртутно-стеклянных термометров погруженных в специальные металлические трубки, открытые снизу и соединенные в верхней части в одну цилиндрическую трубку, и аспирационной головки. Аспирационная головка предназначена для (аспирации) окружающего воздуха и подачи его к резервуарам термометров с постоянной скоростью 4 м/с. Состоит она в свою очередь из пружинного заводного механизма с запуском ручного типа или от электродвигателя и вентилятора, помещённых в общий корпус.
На один термометр надевается батистовый колпачок, который перед опытом смачивают дистиллированной водой. Показания обоих термометров снимают в установившемся режиме, т.е. когда при работающей турбинке вентилятора положение ртутных столбиков стабилизируется (примерно на четвертой минуте после пуска вентилятора). При испарении влаги с поверхности резервуара влажного термометра уносится тепло, поэтому показания влажного термометра оказываются ниже показаний сухого термометра. Сухой термометр показывает температуру окружающего воздуха. Показания влажного термометра зависят от влажности воздуха. Так как резервуары термометров находятся в двойных металлических гильзах, что исключает влияние теплового излучения на показания термометров. Сухой термометр аспирационного психрометра применяется для измерения температуры воздуха в помещении даже при наличии значительного инфракрасного излучения.
Относительную влажность воздуха определяют по показаниям сухого и влажного термометров, пользуясь штатной психрометрической таблицей, приведённой в приложении 3 настоящих Методических указаний.
К недостаткам этих двух типов психрометров можно отнести то, что их устройство на базе стеклянных термометров может привести к их повреждению, а также невозможность проведения дистанционного измерения показаний термометров.
Порядок наблюдений по психрометру:
1. За 5 минут до измерений смачивают ткань на термометре. Для этого берут дистиллированную воду. За неимением таковой можно пользоваться чистой снеговой водой или использовать дождевую воду, предварительно пропущенную через фильтровальную бумагу или вату.
2. Примерно через 4 минуты после пуска аспиратора производят отсчёт сухого и смоченного термометров психрометра.
Гигрометр – прибор для непосредственного определения относительной влажности воздуха. Приёмной частью прибора является обезжиренный в эфире или спирте человеческий волос или специальная синтетическая плёнка, которые через блок соединены с легкой стрелкой-указателем. При уменьшении относительной влажности приёмная часть укорачивается, а при увеличении – удлиняется. Стрелка-указатель в соответствии с этими изменениями перемещается вдоль шкалы, на которой нанесены деления от 0 до 100, показывающие процент относительной влажности. Гигрометр является единственным прибором для определения влажности воздуха при отрицательных температурах. Показания гигрометра не отличаются высокой точностью.
Гигрограф – самопишущий прибор для непрерывной регистрации относительной влажности воздуха. Приёмная часть гигрографа состоит из пучка обезжиренных человеческих волос или синтетической плёночной мембраны. С помощью системы передаточных рычагов изменения размеров пучка мембраны передаются на перо регистрирующей части прибора. Перо записывает на бумажной ленте, надетой на вращающийся барабан, кривую изменения влажности воздуха за опредёленный промежуток времени.
Психрометр Августа и аспирационный психрометр Ассмана
Цель занятия: изучить приборы, используемые для измерения относительной влажности воздуха; приобрести навыки использования методики измерения и определения относительной влажности воздуха в торговых организациях.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА В ПОМЕЩЕНИЯХ.
Изучите устройство приборов, используемых для измерения относительной влажности воздуха в помещениях, а также методику измерения относительной влажности с помощью этих приборов. Проведите измерения фактической относительной влажности воздуха в помещении и сравните их с нормативом, сделайте выводы.
Методические указания по выполнению задания
Для измерения относительной влажности воздуха в помещениях используются психрометры и гигрометры.
Работу в аудитории необходимо провести с помощью психрометра Ассмана и гигрометра психометрического типа ВИТ.
Гигрометр психрометрический, психрометр ВИТ-1, ВИТ-2
Назначение прибора: Измерение относительной влажности и температуры воздуха в помещении.
Принцип действия:
Основан на зависимости между влажностью воздуха и психометрической разностью — разностью показаний «сухого» и «увлажненного» термометров, находящихся в термодинамическом равновесии с окружающей средой.
Описание: Диапазон измерения относительной влажности — 20. 90%
Температурный диапазон измерения влажности — 5. 25°С и 15…40°С
Дипазон измерения температуры — 0. 25°С и 15…40°С
Цена деления шкал термометров — 0,2°
Абсолютная погрешность термометров — +-0,2гр.
Устройство данных приборов и методика проведения измерения относительной влажности воздуха приводятся ниже.
Психрометр Ассмана
Психрометр Августа и аспирационный психрометр Ассмана.
Прибор состоит из двух ртутных термометров и вентилятора с пружинным (часовым) механизмом. Ртутный шарик одного из термометров покрыт тонкой гигроскопической тканью, которая перед опытом пропитывается дистиллированной водой. Этот термометр называется «влажным», а другой – «сухим». «Влажный» термометр показывает более низкую температуру, так как при испарении воды ртуть охлаждается. Чем суше воздух, тем интенсивнее происходит испарение и тем больше тепла отнимается от «влажного» термометра. Ртутные термометры заключены в металлическую оправу, шарики термометров находятся в двойных металлических гильзах. В головке прибора помещается вентилятор с часовым механизмом. Вентилятор, через трубку, находящуюся между двумя термометрами, прогоняет воздух около ртутных шариков термометров с постоянной скоростью. Относительная влажность воздуха определяется по разности показаний «сухого» и «влажного» термометров с учетом данных психрометрической таблицы (табл. 1).
Измерения относительной влажности воздуха проводите в аудитории. Результаты измерений и расчетов заносите в табл. 2.
| Таблица 2. Определение относительной влажности воздуха | |||||||
| Номер опыта | Дата и время замера | Показания сухого термометра, о С | Показания влажного термометра, о С | Разность показаний термометров, о С | Фактическая относитель-ная влажность воздуха, % | Относитель-ная влажность воздуха по нормам, % | Отклонение фактической относитель-ной влажности воздуха от нормы, % |
| 12:13 | -6 | ||||||
| 12:17 | -16 | ||||||
| 12:19 | -17 | ||||||
| 12:22 |
Проведенные иследования показали что относительная влажность воздуха в наблюдаемом объекте (помещении) имеет отклонение от нормы:
В одной части помещения воздух излишне сухой, а в другой излишне влажный.
Методика измерения относительной влажности воздуха
Часовой механизм вентилятора психрометра Ассмана заводят до отказа и по истечении 4-5 минут работы вентилятора снимают показания «сухого» и «влажного» термометров, которые заносятся в графы 3 и 4 таблицы 2. Рассчитывается разность показаний «сухого» и «влажного» термометров (гр.5). Затем по психрометрической таблице определяется величина относительной влажности воздуха в %, которая будет получена на пересечении строк температуры по «влажному» термометру и разности температур по «сухому» и «влажному» термометрам. Её значения записывается в графу 6 табл.2.
Полученные результаты фактической относительной влажности воздуха сопоставляются с её нормативами согласно санитарным нормам (графа 7 табл. 2), а затем определяются отклонения (графа 8 табл.2). Исходя из этого, необходимо сделать заключение о соответствии относительной влажности воздуха установленным нормативам. Если установлены большие отклонения фактической относительной влажности воздуха от норматива, следует определить меры по её регулированию.
Примечание. В помещениях торговых организаций норматив относительной влажности согласно санитарным нормам установлен в пределах 55-70%. Для учебных аудиторий норматив относительной влажности воздуха должен составлять 60-70%.
Психрометр
Психрометр — прибор, служащий для определения влажности воздуха. Психрометр Августа (рис. 1) состоит из двух одинаковых термометров, прикрепленных к штативу. Ртутный шарик одного из термометров обернут смоченной тканью (марлей или батистом), концы которой опущены в сосуд с дистиллированной водой. При испарении воды с поверхности ткани, покрывающей ртутный шарик, температура ртути понижается тем больше, чем ниже влажность (см.) воздуха в точке измерения. Разность показаний сухого и смоченного термометров обратно пропорциональна влажности воздуха. Расчет результатов определения производят по формуле Реньо или по психрометрической таблице. Для определения влажности воздуха психрометр помещают в то место, где производят определение, и через 10—15 мин. записывают показания сухого и смоченного термометров (ртутные шарики термометров должны быть защищены от действия лучистой энергии солнечного света и нагревательных приборов). В расчет вводится поправочный коэффициент на скорость движения воздуха. В аспирационном психрометре Ассманна (рис. 2)
ртутные шарики термометров защищены от действия лучистой энергии футлярами с двойными стенками. Прибор снабжен вентилятором, обеспечивающим постоянную скорость движения воздуха у ртутных шариков термометров (2 м/сек). Перед определением ткань, покрывающую ртутный шарик смоченного термометра, смачивают дистиллированной водой. Избыток воды удаляют встряхиванием, после чего включают вентилятор и прибор помещают в точке, где необходимо произвести определение. При температуре воздуха 15—20° отсчет показаний термометра производят через 4 мин. При температурах ниже 15° длительность протягивания воздуха увеличивают до 20—30 мин. (до тех пор пока не установится постоянная температура смоченного термометра). Расчет результатов определения производят по формуле Шпрунга или по специальной таблице.
Рис. 1. Психрометр Августа. Рис. 2. Психрометр Ассманна: 1 — вентилятор, 2 — психрометрические термометры; 3 — пипетка для смачивания влажного термометра.
Психрометр (от греч. psychros — холодный и metreo — измеряю) — прибор для измерения влажности и температуры воздуха.
Принцип действия психрометра основан на разности показаний сухого и смоченного термометров в зависимости от влажности окружающего воздуха. Психрометр состоит из двух одинаковых ртутных термометров с градуированной шкалой (до +50° и —25°) с интервалом делений 0,2°. Резервуар правого термометра обернут батистом и перед началом измерений смачивается чистой дистиллированной, дождевой или снеговой водой. Интенсивность испарения воды с поверхности резервуара смоченного термометра будет зависеть от влажности исследуемого воздуха и его подвижности. Чем суше воздух, тем интенсивнее будет испаряться вода, а так как испарение воды связано с охлаждением тела, с которого она испаряется, то смоченный термометр будет показывать более низкую температуру, чем сухой, и эта разница показаний будет тем больше, чем суше воздух. Сухой термометр будет показывать температуру окружающего воздуха. По показаниям сухого и смоченного термометров определяют влажность воздуха, пользуясь психрометрическими таблицами, а температуру воздуха — по показанию сухого термометра. Диапазон измерения относительной влажности от — 10° до +40°.
В СССР изготовляется три вида психрометров: станционный, аспирационный и пращевидный. Из них более точным и удобным в работе является аспирационный психрометр, которым главным образом и пользуются в санитарной практике и при проведении научно-исследовательских работ. Станционный психрометр менее точен; им определяется влажность воздуха, находящегося лишь в непосредственной близости от прибора; он принят в метеорологических станциях как основной прибор. Пращевидный психрометр в санитарной практике не используется.
В аспирационном психрометре (рис.) ртутные термометры закреплены в специальной металлической оправе в форме трубок, наружная поверхность которых тщательно отполирована и никелирована. Резервуары термометров помещены в двойную трубчатую защиту, которая надежно предохраняет их от нагревания солнцем. В верхней части прибора расположен заводной пружинный или электрический механизм с вентилятором, предназначенным для протягивания исследуемого воздуха с постоянной скоростью через трубки, окружающие резервуары термометров. Время действия завода механизма — 8—10 мин. Аспирационный психрометр выносят из помещения летом за 15 мин., зимой за 30 мин. до наблюдения и подвешивают в открытом месте на столбе или штативе на высоте 2 м от земли и вдали от каких-либо предметов, способных излучать тепло. Смачивают батист на резервуаре термометра летом за 4 мин., а зимой за 15 мин. до начала наблюдения. Заводят ключом (или путем подключения к электросети) механизм вентилятора почти до отказа и через 4 мин. быстро производят отсчет показаний термометров (сначала десятые доли градуса, а затем целые). Скорость воздушного потока влияет на точность показаний прибора, поэтому заводной механизм вентилятора должен работать с одинаковой скоростью, не менее 2 м/сек. При сильном ветре (более 4 м/сек) на прорези аспиратора надевают с наветренной стороны защитный щиток. Психрометр позволяет определять влажность при температуре воздуха не ниже —10°.
Вычисление абсолютной и относительной влажности воздуха по показаниям психрометра производят по специальным психрометрическим таблицам.
Пример. Допустим, что показания сухого термометра 21,6°; поправка на термометр по проверочному свидетельству4 0,1°. Показания смоченного термометра 14,4°; поправка на термометр по проверочному свидетельству —0,1°. Исправленные показания термометров будут: сухого 21,6°+0,1°=21,7°, а смоченного 14,4°—0,1°= 14,3°. Атмосферное давление Р = 1040 мб. По первой таблице в колонке t — 21,7° берем строку t1 = 14,3° и в первом столбце находим число n—16. В другой таблице при Р = 1040 мб, по n—16 (для аспирационного психрометра) находим ?t1=+0,4°; найденную величину прибавляем к показаниям смоченного термометра t1= 14,3°+0,4°= 14,7°, после чего в первой таблице по t=21,7° и t1 = 14,7° находим значения абсолютной влажности «е»= 11,2 мб и относительной влажности «r»=43%.
Подробные указания по эксплуатации психрометра и вычислению результатов наблюдений, а также правила ухода за психрометром изложены в инструкции к прибору (ГОСТ 6353—52).
Аспирационный психрометр Ассмана: 1 — термометры: 2 — металлическая трубка; S — трубки для резервуаров термометров; 4 — вентилятор; 5 — приспособление для подвешивания; 6 — пипетка для смачивания влажного термометра.
