Введение

Психрометр (от греческого - «холодный» и «мерить») — это специализированный прибор, который предназначается для измерения температуры воздуха и его влажности. Особенно часто применяется в метеорологических измерениях на метеостанциях.

Актуальность темы

Психрометры, как правило, используются для измерения величины относительной влажности воздуха. Показатели относительной влажности являются важными показателями в различных областях науки и производства. Например, показания влажности воздуха очень важны при использовании весового оборудования для получения точных показателей взвешивания. Содержание влаги в воздухе влияет на самочувствие людей. Этот показатель обязательно должен находиться в пределах среднего диапазона. Пониженная влажность воздуха может приводить к затрудненному дыханию и пересыханию слизистых оболочек, а повышенная – к ухудшению физического состояния. Особенно строго следить за этим значением нужно людям, имеющим заболевания дыхательных путей.

История создания

Влажность труднее измерить, чем температуру, и поэтому первые гигрометры были не совсем точными. Леонардо да Винчи изобрел первую версию гигрометра уже в конце 1400 года. Гийом Амонтонс изобрел гигрометр, который был похож на трехжидкостный барометр, в 1687 году. В 1781 году Гораций Бенедикт де Соссюр (1740–1799) обнаружил, что человеческий волос, хорошо показывает влажность. Крупный прорыв в гигрометрии был сделан в 1802 году британским исследователем Джоном Далтоном (1766-1844). Он показал, что количество водяных паров, необходимых для насыщения, сильно зависит от температуры. Это привело к пониманию относительной влажности и того, как пользоваться гигрометром психрометрическим. Показания влагомера взаимозаменяемы, простыми расчетами они преобразуются из одного вида в другой – относительная влажность помогает определить точку росы или абсолютную влажность. Влагомер его особенности. Для того чтобы узнать, как пользоваться гигрометром нужно рассмотреть основные типы приборов для измерения влажности. Психрометр состоит из двух отдельных термометров, закрепленных на одном корпусе. Один является сухим, а другой — влажным (мокрым). Нижний конец мокрого термометра покрыт специальной тканью, исполняющей роль фитиля. Он постоянно находится в воде, охлаждая и смачивая мокрый термометр. При температурах (Т) выше точки замерзания воды фитиль снижает температуру мокрого термометра, она обычно ниже сухого. Однако когда Т воздуха падает ниже нуля, влажный термометр покрывается тонким слоем льда, и она может быть теплее сухого термометра.

Принцип работы и устройство психрометров

Действие любого психрометра основывается на физическом свойстве жидкости, в частности воды, испаряться и возникающих при этом разностей температур, которые показываются сухим и влажным термометрами.

Простейший психрометр – это два стеклянных термометра, один из которых - сухой, а второй - влажный (смоченный), т.е. обернут влажной хлопчатобумажной тканью. Один конец этой ткани опущен в резервуар с водой. Испаряясь, вода охлаждает «влажный» термометр. При этом, чем влажность окружающего воздуха ниже, тем интенсивнее протекает процесс испарения. Таким образом, чем суше воздух, влажность которого определяется, тем ниже будут показания «мокрого» термометра, и тем большей будет разница показаний сухого и влажного термометров.

Зафиксировав показания сухого и влажного термометров в определенный момент времени, при помощи психрометрической таблицы, можно определить относительную, а затем при помощи психрометрической формулы - абсолютную влажность воздуха.

Ниже представлена «психрометрическая формула», которая позволяет определить упругость водного пара по показаниям сухого и влажного термометров.

Где:

е — упругость водного пара находящегося в воздухе (абсолютная влажность воздуха);

Е — максимально возможная упругость водного пара при температуре tс смоченного термометра;

t —температура воздуха;

А — коэффициент, который зависит от устройства термометра и скорости прохождения воздуха возле резервуара термометра;

P —давление воздуха.

Виды психрометров

 Различают три вида психрометров:

- Стационарный (станционный),

- Аспирационный,

- Дистанционный.

Стационарный психрометр

Рис. 1 - Стационарный психрометр (психрометр Августа)

Стационарный психрометр (психрометр Августа) – это тот самый, «классический» психрометр. Состоит из двух термометров, резервуар одного из них обвязан кусочком ткани, конец которого помещен в стаканчик с водой, для обеспечения свободного поступления воды к резервуару. Схему психрометра Августа можно увидеть на рисунке 1.

Аспирационный психрометр

Рис. 2 - Аспирационный психрометр (психрометр Асмана)

Аспирационный психрометр (психрометр Асмана) является более сложным прибором. Термометры в данном психрометре помещены в специальный корпус, который служит для них защитой от повреждений и теплового воздействия окружающих предметов. Обдув термометров производится при помощи специального вентилятора, называемого аспиратором, с постоянной скоростью около 2 м/сек. Аспирационный психрометр - наиболее точный и надежный прибор для измерения температуры и влажности воздуха при положительных температурах окружающей среды.

Общим, для аспирационного и стационарного психрометров является то, что оба они построены на базе ртутно-стеклянных термометров, что и определяет их общий недостаток - хрупкость, а также невозможность проведения контроля дистанционно.

Дистанционный психрометр

Рис. 3 - Дистанционный психрометр

Дистанционный психрометр – это уже промышленный психрометр, в котором для измерения влажности воздуха используются различные термометры сопротивления, а также термопары и термисторы. Основные типы таких приборов: манометрические и электрические психрометры. Тут все зависит от типа используемого термометра.

В манометрическом психрометре, как следует из названия, обычно используются либо двухканальный манометрический термометр, либо два одноканальных, где один из термобаллонов снабжен системой увлажнения.

Более широкое распространение получили психрометры, в которых используются термометры сопротивления, термопары, термисторы. Однако, также как и в других психрометрах, обязательным условием для надежной работы и точности показаний является использование сухого и увлажненного преобразователей и датчиков температуры.

Практическая часть

В доме, где есть маленькие дети или люди с астмой, бронхитом и сердечнососудистыми заболеваниями, психрометр просто необходим. Но, покупать его не обязательно, ведь можно все сделать самому. Данный прибор поможет измерить не только влажность, но и температуру воздуха.

В этой работе был самостоятельно изготовлен и применен для определения уровня влажности в различных помещениях стационарный психрометр (психрометр Августа).

Указание мер безопасности при работе с психрометром

При работе с психрометром запрещается:

·                     Подвергать психрометр резким ударам, как при монтаже, так и при эксплуатации;

·                     Протирать шкалу термометров и психрометрическую таблицу растворителями, кислотами и другими аналогичными жидкостями;

·                     Перегревать термометры психрометра. При перегреве произойдет разрушение резервуаров термометров.

Подготовка психрометра к работе

1.  Установить психрометр и убедиться в комплектности прибора.

2. Заполнить питатель дистиллированной водой.

3. Установить питатель на основании таким образом, чтобы от края открытого конца питателя до резервуара термометра было расстояние не менее 20 мм, а фитиль не касался стенок открытого конца питателя.
Перед установкой питателя в рабочее положение смочите фитиль окунув резервуар мокрого термометра в питатель с водой.

4. Установить психрометр в вертикальном положении. В месте установки психрометра должны отсутствовать вибрации, источники тепла или холода, создающие разницу температур между нижним, основным резервуаром и верхним запасным, более чем в 2°С.

5. Минимальное время выдержки психрометра в измеряемой среде 30 минут.

Порядок работы психрометра

1. Снять  показания по "сухому" и "увлажненному" термометрам.

2. Работающий с психрометром должен находиться от него на расстоянии нормальной видимости отметок шкалы и остерегаться во время отсчетов дышать на термометры. При отсчете показаний термометров вначале быстро отсчитываются десятые доли градуса, затем целые градусы.

3. Определить температуру по термометрам. Вычислить разность температур по "сухому" и "увлажненному" термометрам.

4. Определить относительную влажность воздуха по психрометрической таблице. Искомая относительная влажность будет на пересечении строк температуры по "сухому" термометру и разности температур по "сухому" и "увлажненному" термометрам.

Пример определения относительной влажности

1. Определяем температуры по "сухому" и "увлажненному" термометрам и разность между этими температурами.

Принимаем Тс=22,4°С, разность температуры (Тс-Тв) равна: 22-16= 6°С.

2. Определяем относительную влажность для Тс=22,4°С и Тс-Тв=6,0°С, для чего интерполированием значения относительной влажности по таблице для Тс = 22°С и Тс-Тв=6,0°С.

Характерные неисправности психрометров психрометрических и методы их устранения

1. В конструкцию психрометра входят детали из стекла, поэтому оберегайте психрометр от падений и резких ударов.
2. В случае разрушения питателя замените его другим.
3. Разрывы термометрической жидкости являются устранимой неисправностью. При появлении разрывов жидкости в термометрах, устраните их путем осторожного подогрева резервуаров термометров до соответствующих температур (не более 50°С. При перегреве произойдет разрушение резервуаров термометров).

Техническое обслуживание психрометров психрометрических

1. Питатель всегда должен быть заполнен дистиллированной водой по ГОСТ 6709-72. Вода дополняется заблаговременно, лучше всего сразу после проведения измерений или не менее, чем за 30 минут до начала измерений влажности.

2. Допускается применение кипяченой воды, время кипячения не менее 15 минут. Питатель заполнять водой, предварительно охлажденной до температуры окружающего воздуха.

3. Фитиль на резервуаре "увлажненного" термометра должен быть всегда чистым, мягким и влажным. При запыленности воздуха фитиль необходимо менять 1 раз в две недели, при большей запыленности по мере загрязнения фитиля.

4. Перед заменой удалить загрязненный фитиль с резервуара термометра. Протереть  резервуар тампоном ваты, смоченным теплой водой.

5. Отрезать фитиль длиной 60 мм. Смочить фитиль в дистиллированной воде или кипяченой и натянуть его на резервуар термометра так, чтобы была возможность завязать его ниткой над резервуаром. Конец завязанного фитиля над резервуаром должен быть не менее 7 мм.

6. Подготовить  две петли из ниток. Одной петлей туго затянуть фитиль над резервуаром термометра и завязать нитки. Вторую петлю надеть на фитиль под резервуаром и постепенно стягивать ее, все время расправляя фитиль так, чтобы он плотно облегал резервуар. Петлю затянуть не туго, а так, чтобы она не препятствовала капиллярному смачиванию ткани фитиля на резервуаре термометра.

7. Новый фитиль и питатель установить на психрометр.

Правила хранения психрометров

Психрометры храните в закрытых, сухих помещениях в вертикальном или наклонном положении. Не допускается хранить психрометры на расстоянии менее 1 м от источников тепла (отопительных устройств, различных нагревателей и т. п.).

Литература:

http://www.анероид.рф/info/articles/psixrometr.htm

https://himmedsnab.ru/articles/350533

http://agronomwiki.ru/vidy-gigrometrov-princip-roboty-kak-sdelat-gigrometr-svoimi-rukami.html