3. вся измерительная система защищена вентилируемым корпусом фильтра для минимизации воздействия грязи и/или пыли.
Что такое аспирационный психрометр
Влияние атмосферы на организмы людей и животных, а также на растения, машины и неживые материалы, не ограничивается исключительно температурными показателями. Не менее значимым является фактор относительной влажности. Большинство биологических организмов, за исключением некоторых специализированных видов, не способны переносить как высокие, так и чрезвычайно низкие уровни водяного пара в воздухе. Это также касается машин и материалов, из которых они изготовлены. Например, высокая влажность может ускорять процессы окисления в механизмах и на контактных площадках, что в конечном итоге может привести к коротким замыканиям и изменению рабочих характеристик электронных компонентов. В свою очередь, подобная высокая сухость может извлекать влагу из смазочных материалов и технических жидкостей в движущихся частях, что служит причиной перегрева и, как следствие, ускоренного износа.
Помимо указанных выше взаимодействий, следует учитывать, что насыщение атмосферного воздуха влагой также свидетельствует о вероятном приближении дождя или снегопада. Внезапные изменения в характеристиках влажности могут служить важным индикатором надвигающегося шторма. Таким образом, зная текущий уровень насыщения воздуха паром, можно с высокой долей вероятности предсказать погоду на ближайшие часы.
Для определения актуальных значений влажности используются специализированные детекторы. Наиболее популярным среди них является всасывающий психрометр Ассманна, который получил свое название в честь своего создателя. Первоначально этот прибор был разработан для определения показателей во время полета на воздушном шаре. Со временем была высоко оценена точность его измерений, и данный прибор стал использоваться в различных местах по всему миру.
Следует отметить, что Ассманн не является изобретателем принципа действия психрометра, а лишь усовершенствовал уже существующее устройство, созданное ранее Августом, которое использовалось для тех же целей. В случае с оригинальным устройством, измерения часто искажались из-за изменения скорости воздушных потоков, воздействующих на чувствительные элементы измерителя. Разработка Ассмана позволила исправить эту проблему, обеспечивая равномерное движение атмосферного воздуха вокруг всех частей прибора.
Описание устройства и вычисление влажности
Психрометр, как законченное измерительное устройство, состоит из двух термометров. Один из термометров непосредственно контактирует с воздухом, в то время как другой находится в контакте с тканью, смоченной специальной жидкостью, обычно водой. Для определения текущего значения относительной или абсолютной влажности используются формулы или адаптированные диаграммы, которые позволяют рассчитать разницу между двумя значениями температур. Всасывающий термометр отличается от классического тем, что он защищает как термометры, так и их чувствительные части от изменений в движениях газовых масс. Для этой цели температурные зонды помещены в полые стеклянные трубки, которые герметично закрыты снизу и соединены между собой в верхней части. Атмосферный воздух подается в замкнутое внутреннее пространство с помощью вентилятора или компрессора, работающего с постоянной скоростью, обычно в пределах 2 м/с, что соответствует установленным стандартам.
Для определения абсолютного значения влажности необходимо зафиксировать показания сухого термометра, обозначенного как t1, влажного термометра t2 и текущее давление воздуха обозначаемое как B. Затем следует применить специальную формулу:
Если необходимо вычислить относительную влажность в процентах, можно сопоставить показания всасывающего термометра с соответствующим значением в специальной таблице. Каждое значение, полученное с помощью измерителя, соответствует определенному проценту водяного пара в атмосфере.
При этом ошибка между результатом, полученным из таблицы, и фактическими состояниями в атмосфере не превышает одного процента, что говорит о высокой точности данного метода.
Физика работы
Принцип действия психрометра основан на закономерностях, связанных с затратами энергии при испарении жидкости. Физическая суть процесса заключается в том, что в процессе испарения жидкость (вода) охлаждает поверхность под собой, в связи с чем температура снижается, так как частички жидкости покидают данную поверхность и переходят в газообразное состояние. Чем выше начальное содержание паров жидкости в воздухе, тем медленнее происходит испарительный процесс, и следовательно, времени для охлаждения требуется больше. При влажности на уровне 100% процесс остается стабильным, и показания обоих термометров становятся аналогичными, так как испарение практически останавливается. Эта разница в показаниях становится основой для определения текущего уровня жидкого пара в атмосфере.
Принцип работы и устройство психрометров
Работа каждого термометра в психрометре базируется на естественных свойствах жидкостей, особенно обращая внимание на воду, испаряться и создавать при этом значимые перепады температур. Испарение воды с влажной поверхности, будь то ткань или губка, присоединенная к одному из термометров, приводит к потере теплоты, что фиксируется через снижение температуры. Эта температура зафиксирована и отображается на жидкостном термометре.
Простой психрометр представляет собой конструкцию из двух стеклянных термометров, которые могут содержать ртуть или спирт. Один из термометров является сухим, а другой — влажным, т.е. он покрыт налетом влажной хлопчатобумажной ткани. Один конец этой ткани помещается в резервуар с водой, что позволяет воде испаряться и, следовательно, охлаждать «мокрый» термометр. Интенсивность испарения зависит от уровня влажности в окружающей среде: чем ниже эта влажность, тем активнее происходит испарение, что снижает показания «мокрого» термометра. Соответственно, разница между показаниями сухого и мокрого термометров увеличивается с увеличением сухости воздуха.
Зафиксировав показания как сухого, так и влажного термометров в одно и то же время, а затем используя психрометрическую таблицу или специальные формулы, можно определить относительную влажность, а затем по расчетам и абсолютную влажность в атмосферном воздухе.
Ниже приведена психрометрическая формула для определения давления водяного пара:
E — упругость водяного пара в воздухе (измеряется как абсолютная влажность),
E — максимально возможная упругость водяного пара при температуре tc смоченного термометра,
t — текущая температура воздуха,
A — коэффициент, определяемый устройством термометра и скоростью воздуха, проходящего вблизи термометра,
P — атмосферное давление.
В чем отличия гигрометра от психрометра
Наряду с психрометрами, измерение влажности также может проводиться с использованием гигрометров. Принцип действия гигрометров базируется на изменении как физических, так и химических свойств различных веществ под воздействием уровня влажности окружающей среды. Наиболее распространенными типами гигрометров являются емкостные, оптические, резистивные и термисторные ареометры.
Именно принцип работы выделяет гигрометр на фоне психрометра. Психрометр, обладая более простой конструкцией, лучше защищён от внешних воздействий и, следовательно, рассматривается как более надежный инструмент. В большинстве инструкций по эксплуатации различных моделей гигрометров указано, что их значения стоит периодически сверять с показаниями психрометра.
Несмотря на это, гигрометры предлагают более широкий функционал. Некоторые из них могут измерять влажность не только атмосферного воздуха, но и твердых тел. Например, емкостной гигрометр способен эффективно определять уровень влажности в материалах, таких как древесина.
Виды психрометров
Существует несколько классов психрометров, среди которых можно выделить три основных типа:
Стационарный психрометр
Аспирационный психрометр
Аспирационный психрометр или психрометр Ассманна представляет собой более сложный и высокоточный прибор. Термометры данного устройства заключены в специальный корпус, защищающий их от механических повреждений и теплового воздействия со стороны окружающих предметов. Воздушные потоки активируются с помощью воздуходувки или вентилятора, работающего с постоянной скорость около 2 м/с. Аспирационный термометр зарекомендовал себя как один из наиболее точных и надежных приборов для измерения температуры и влажности при положительных температурах окружающей среды.
Дистанционный психрометр
Дистанционный психрометр — это усовершенствованный промышленный психрометр, в котором для измерения влажности используются различные термометры сопротивления, а также термопары и термисторы. Основные типы этого устройства делятся на манометрические и электрические психрометры, причем выбор зависит от типа термометра, который в них используется.
В манометрическом психрометре, как подразумевается из его названия, используются либо двухканальные манометрические термометры, либо две одноканальные термопары, одна из которых оборудована системой увлажнения.
- › Гидрология
- … Батометры
- … Буры ледовые
- … Дночерпатели
- … Рейки мерные
- … Штанги гидрометрические
- … Микровертушки
- … Эхолоты
- … Прочие
- › Метеорология
- … Анемометры
- … Анеморумбометры
- … Барометры
- … Будки метеорологические
- … Буры почвенные
- … Датчики ветра
- … Мерзлотомеры
- … Метеомачты
- … Метеостанции
- … Термометры гидрометеорологические
- … Осадкомеры
- … Психрометры
- … Регистраторы
- … Термогигрометры
- › Комплектующие и запчасти
- › Изделия, снятые с производства
Как пользоваться психрометрической таблицей
Для определения уровня влажности на основе показателей термометра используется специально разработанная психрометрическая таблица. В первом столбце этой таблицы фиксируется температура сухого термометра в градусах Цельсия. Первая строка таблицы отображает разницу между показаниями температуры обоих термометров. Относительная влажность рассчитывается с помощью пересечения соответствующих значений из первого столбца и первой строки таблицы психрометра.
В чем плюсы и минусы психрометра?
Ключевым преимуществом психрометра является его простота конструкции, что упрощает процесс определения уровня влажности по сравнению с другими измерительными приборами. Благодаря этой же простой конструкции пользователи могут легко проводить измерения и интерпретировать результаты.
Тем не менее, помимо своих достоинств, психрометр также имеет недостатки. Показания данного измерительного прибора существенно зависят от движения окружающего воздуха. То есть чем выше скорость воздушных потоков в точке измерения, тем больше расхождение в итоговых результатах, получаемых двумя термометрами. Эта ошибка может быть скорректирована с помощью аспирационного психрометра, также известного как психрометр Ассмана, который обеспечивает стабильный поток воздуха и минимизирует влияние внешних условий на измерения.
