8-3842-33-85-00 - магазин жидких обоев

г. Кемерово, Рынок "Привоз" бокс №1

Методы измерения влажности воздуха: Методы измерения влажности воздуха и газа – 5. ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА

Содержание

Методы измерения влажности воздуха и газа

В настоящее время наибольшее распространение в промышленных приборах получили следующие методы измерения влажности газов и воздуха: психрометрический, точки росы, сорбционный и оптический.

Психрометрический метод измерения влажности основан на измерении психрометрической разности температур между «сухим» и «мокрым» термометрами. Мокрый термометр смачивается через специальный фитиль водой. Испарение, а следовательно, и охлаждение с поверхности мокрого термометра тем больше, чем ниже влажность газа. Поэтому разность температур сухого и мокрого термометров зависит от влажности газа.

Метод точки росы основан на определении температуры, при которой газ становится насыщенным находящейся в нем влагой. Эта температура определяется по началу конденсации водяного пара

на зеркальной поверхности, температура которой может устанавливаться любой в интервале температур работы влагомера.

Сорбционный метод основан на связи физических свойств гигроскопических веществ с количеством поглощенной ими влаги, зависящей от влажности анализируемого газа.

Оптический метод

основан на измерении ослабления инфракрасного (ИК) излучения за счет его поглощения парами воды.

Психрометрический метод. В психрометрическом методе используется зависимость между парциальным давлением пара в парогазовой смеси и показаниями сухого и мокрого термометров:

рн.м – р = Арб(tc – tm)     (1)

где р — парциальное давление пара в парогазовой смеси; рн.м — парциальное давление насыщенного пара при температуре мокрого термометра  tm; рб — барометрическое давление; А — психрометрическая постоянная; tc — температура сухого термометра.

Относительная влажность φ может быть определена из (1) следующим образом:

φ = р/рн.с100 = 100[рн.м — Арб(tc – tm)]/ рн.с       (2)

где рн.с , рн.м — парциальное давление насыщенного пара при температурах t

c и tm.

В связи с тем, что рн.с и рн.м, однозначно определяются tc и tm, то при А = const, можно получить зависимость

φ = f(tc – tm,tc)          (3)

По этой зависимости можно составить психрометрические таблицы. Таблицы могут быть различными для разных конструкций мокрого термометра. Психрометрическая постоянная А определяется условиями теплоотвода от термометра через фитиль в окружающую среду (размерами и формой резервуара или гильзы термометра, теплопроводностью гильзы и ткани фитиля, смоченностью ткани и другими факторами), поэтому практически для каждой новой конструкции А будет отличным от других. Для обеспечения постоянства А для каждой конструкции обеспечивают такой режим обдува мокрого термометра (как правило, V ≥ 3 м/с), при котором А = const. Зависимость (3) может быть аппроксимирована семейством прямых φ = const в координатах t

m,tc. Полагая, что прямые φ = const пересекаются в одной точке с координатами ta,tb (рис. 1), можно считать,

φ = f(tm – ta)/(tc — tb)                      (4)


Рис. 1. Зависимость относительной влажности от температур «мокрого» и «сухого» термометров:

1 — 5 — φ = 100 %; 80; 60; 40; 20


Рис. 2. Принципиальная схема психрометра с термопреобразователями сопротивления

Принципиальная измерительная схема психрометра с преобразователями сопротивления представлена на рис. 2. При соответствующем подборе плеч мостов можно считать, что Uab = k1(tm – ta) и Ucd = k2(tc — tb). В момент компенсации Uab = Uef =  mUcd, где m — относительное положение движка реохорда, тогда

m = k1 (tm – ta)/ [k2(tc — tb)]          (5)

Шкала психрометра градуируется в процентах относительной влажности. Возможны различные модификации этой схемы, но, как правило, принцип действия остается неизменным.

Преимущества психрометрического метода — достаточно высокая точность и чувствительность при температурах выше 0 °С. К недостаткам метода относится уменьшение чувствительности и точности при низких температурах, а также погрешность, связанная с непостоянством психрометрической постоянной А.

Метод точки росы. По температуре точки росы можно определить абсолютную влажность или влагосодержание, а если дополнительно измерить температуру газа, то можно определить и относительную влажность. Этот метод один из наиболее точных и позволяет производить измерение влажности при любых давлениях газа как при положительных, так и при отрицательных температурах. Основным чувствительным элементом влагомеров, основанных на измерении температуры точки росы, является зеркало, обдуваемое анализируемым газом. Зеркало необходимо охлаждать, чтобы на нем происходила конденсация влаги, находящейся

в анализируемом газе. Одновременно фиксируется температура, при которой начинается выпадение влаги (росы).

Для технических измерений разработаны автоматические влагомеры точки росы. Одна из схем такого влагомера представлена на рис. 3.


Рис. 3. Принципиальная схема влагомера точки росы:

1 — канал; 2 — камера; 3 — зеркальная поверхность; 4 — источник измерения; 5 — оптрон; 6 — термобатарея; 7 — термопара

Газ, очищенный от примесей и пыли, по каналу 1 поступает в камеру 2, где соприкасается с зеркальной поверхностью оптического канала 3, по которому световой поток от источника 4 попадает на оптрон 5. Поверхность 3 охлаждается термобатареей 6, работающей на эффекте Пельтье. Принцип ее работы состоит в том, что при прохождении тока через соприкасающиеся поверхности разнородных проводников в зависимости от направления тока поглощается или выделяется тепло. Так, снижение температуры на 50 °С может быть получено при пропускании тока в 6 А при напряжении питания 15 В через термоэлектронную батарею размером 40 х 40 х 40 мм, содержащую 127 элементов. При достижении точки росы на поверхность 3 выпадает роса, оптрон запирается и ток через термобатарею 6 прекращается. Термопара 7 фиксирует температуру выпадения росы. Преобразователь точки росы прибора «КОНГ-Прима» измеряет точку росы в диапазоне -30…30 °С, погрешность составляет ±0,25 и ±1 %.

При практической реализации метода точки росы существуют определенные трудности. Во-первых, фиксация самого момента начала конденсации (выпадения росы) зависит от метода фиксации (оптический, кондуктометрический и т.д.). Во-вторых, температура точки росы может зависеть от состояния поверхности, на которой происходит конденсация. Например, наличие жира или нефтепродуктов на поверхности конденсации существенно занижает температуру точки росы. В-третьих, при измерении влажности агрессивных газов температуры точки росы могут существенно отличаться от расчетных. Кроме того, агрессивные газы вызывают коррозию поверхности, на которой происходит конденсация.

Сорбционные влагомеры. В сорбционных влагомерах чувствительный элемент должен находиться в гигрометрическом равновесии с измеряемым газом. В практике технических измерений

получили распространение следующие разновидности сорбционных преобразователей: электролитические, кулонометрические, пьезосорбционные и деформационные.

В электролитических гигрометрах измерительный преобразователь включает влагочувствительный элемент, содержащий электролит. Изменение влажности газа вызывает изменение количества влаги, содержащейся во влагочувствительном элементе, что приводит к изменению концентрации электролита во влагочувствительном элементе и соответствующему изменению его сопротивления или емкости. В качестве электролита чаще всего применяют хлористый литий. Измерительные схемы электролитических гигрометров представляют собой различные варианты мостовых измерительных схем. К недостаткам электролитических гигрометров следует отнести нестабильность их градуировочных характеристик, а также влияние температуры и концентрации растворенного вещества на их показания.

Электролитические преобразователи с подогревом по своему устройству близки к электролитическим преобразователям. Однако их принцип действия отличается. Изменение электропроводности преобразователя вследствие изменения влажности газа вызывает изменение температуры преобразователя. Если влажность газа увеличивается, то электропроводность преобразователя увеличивается, что приводит к возрастанию тока, увеличению температуры преобразователя и испарению влаги из преобразователя. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению электропроводности, тока и температуры преобразователя.

Таким образом, автоматически поддерживается режим, соответствующий равновесному состоянию между парциальным давлением паров воды в анализируемом газе и парциальным давлением пара над насыщенным раствором электролита. Температура, соответствующая этому равновесию, измеряется каким-либо термопреобразователем. Электролитические гигрометры с подогревом относительно просты и надежны. Их характеристики практически не зависят от запыленности или загрязнения, скорости измеряемого газа, его давления и напряжения питания.

В кулонометрических преобразователях влажность газа определяют по количеству электричества, затраченного на электролиз влаги, которая поглощается частично гидротированным пентаоксидом фосфора. Измерительный преобразователь в этих приборах состоит из пластмассового корпуса, во внутреннем канале которого расположены два электрода в виде несоприкасающихся спиралей. Пространство между электродами заполнено частично гидратированным пентаоксидом фосфора, являющимся хорошим осушителем. Влага газа, соединяясь с гигроскопическим веществом, образует раствор фосфорной кислоты с большой удельной проводимостью. Подключенное к электродам постоянное напряжение вызывает электролиз поглощенной влаги. Количество поглощенной и разложенной воды при постоянном расходе газа одинаково и определяется концентрацией влаги в анализируемом газе.

Преимуществом кулонометрических гигрометров является независимость их показаний от напряжения питания и состава газа. Загрязнения сорбента практически не влияют на показания прибора, метод не требует градуировки на эталонных смесях и хорош для измерения микроконцентраций влаги в газах.

К недостаткам метода относится необходимость исключения паров и газов, имеющих щелочную реакцию (аммиак, амины). Их присутствие выводит из строя чувствительный элемент. На показания существенно влияют пары спиртов, которые гидролизуются на пентаоксиде фосфора с образованием воды.

В пьезосорбционных гигрометрах используется зависимость частоты собственных колебаний кварцевого резонатора от массы влаги, поглощенной сорбентом, нанесенным на поверхность кварцевой пластины.

Метрологические характеристики пьезосорбционных гигрометров определяются материалом сорбента и технологией его нанесения на поверхность кварцевой пластины. Применение в качестве сорбентов силикагеля, цеолитов, сульфированного полистирола позволяет использовать пьезосорбционный метод для измерения микроконцентраций влаги в газах. Конструкция чувствительного элемента прибора достаточно проста.

Пьезосорбционные гигрометры требуют градуировки по газовым смесям с известной влажностью. Возможны дополнительные погрешности за счет сорбирования помимо влаги других примесей анализируемого газа. Пьезосорбционные гигрометры применяются в химической промышленности и при испытаниях материалов и изделий в термобарокамерах.?

Гигрометры для измерения влажности газов производятся отечественными фирмами: ИПТВ 056 (ф. «Элемер»), зарубежными фирмами: мод. 340, серия 800 (ф. Rosemount), мод. 4112 (ф. Honeywell), Dewcel (ф. Foxboro), мод. 70 (20—23, 31, 32, 51) (ф. Jumo) и др.

Влажность воздуха. Способы определения влажности воздуха

Сегодняшний урок мы посвятим обсуждению такого понятия, как влажность воздуха, и методам ее измерения. Основным явлением, влияющим на влажность воздуха, будет процесс испарения воды, о котором мы уже говорили ранее, а важнейшим понятием, которое мы будем использовать, будет насыщенный и ненасыщенный пар.

Если выделять различные состояния пара, то они будут определяться тем, в каком взаимодействии пар находится со своей жидкостью. Если представить, что некоторая жидкость находится в закрытом сосуде и происходит процесс ее испарения, то рано или поздно этот процесс придет к состоянию, когда испарение в равные промежутки времени будет компенсироваться конденсацией и наступит так называемое динамическое равновесие жидкости со своим паром (рис. 1).

Рис. 1. Насыщенный пар

Определение.Насыщенный пар – это пар, находящийся в термодинамическом равновесии со своей жидкостью. Если же пар не насыщенный, то такого термодинамического равновесия нет (рис. 2).

 

Рис. 2. Ненасыщенный пар

С помощью этих двух понятий мы и будем описывать такую важную характеристику воздуха, как влажность.

Определение.Влажность воздуха – величина, указывающая на содержание в воздухе водяного пара.

Возникает вопрос: почему же понятие влажности является важным для рассмотрения и каким образом водяные пары попадают в воздух? Известно, что большую часть поверхности Земли занимает вода (Мировой океан), с поверхности которой непрерывно происходит испарение (рис. 3). Безусловно, в различных климатических зонах интенсивность этого процесса различна, что зависит от среднесуточной температуры, наличия ветров и т. п. Эти факторы обуславливают тот факт, что в определенных местах процесс парообразования воды более интенсивен, чем ее конденсация, а в некоторых – наоборот. В среднем же можно утверждать, что пар, который образуется в воздухе, не является насыщенным, и его свойства необходимо уметь описывать.

Рис. 3. Испарение жидкости (Источник)

Для человека величина влажности является очень важным параметром окружающей среды, т. к. наш организм очень активно реагирует на ее изменения. Например, такой механизм регуляции функционирования организма, как потоотделение, напрямую связан с температурой и влажностью окружающей среды. При высокой влажности процессы испарения влаги с поверхности кожи практически компенсируются процессами ее конденсации и нарушается отвод тепла от организма, что приводит к нарушениям терморегуляции. При низкой влажности процессы испарения влаги превалируют над процессами конденсации и организм теряет слишком много жидкости, что может привести к обезвоживанию.

Величина влажности важна не только для человека и других живых организмов, но и для протекания технологических процессов. Например, из-за известного свойства воды проводить электрический ток ее содержание в воздухе может серьезно влиять на корректную работу большинства электроприборов.

Кроме того, понятие влажности является важнейшим критерием оценивания погодных условий, что всем известно из прогнозов погоды. Стоит отметить, что если сравнивать влажность в различные времена года в привычных для нас климатических условиях, то она выше летом и ниже зимой, что связано, в частности, с интенсивностью процессов испарения при различных температурах.

Основными характеристиками влажного воздуха являются:

  1. плотность водяного пара в воздухе;
  2. относительная влажность воздуха.

Воздух является составным газом, в нем содержится множество различных газов, в том числе водяной пар. Для оценивания его количества в воздухе необходимо определить, какую массу имеют водяные пары в определенном выделенном объеме – такую величину характеризует плотность. Плотность водяного пара в воздухе называют абсолютной влажностью.

Определение.Абсолютная влажность воздуха – количество влаги, содержащейся в одном кубическом метре воздуха.

Обозначениеабсолютной влажности:  (как и обыкновенное обозначение плотности).

Единицы измеренияабсолютной влажности:  (в СИ) или  (для удобства измерения небольшого содержания паров воды в воздухе).

Формула вычисления абсолютной влажности:

Обозначения:

 масса пара (воды) в воздухе, кг (в СИ) или г;

 объем воздуха, в котором указанная масса пара содержится, .

С одной стороны, абсолютная влажность воздуха является понятной и удобной величиной, т. к. дает представление о конкретном содержании воды в воздухе по массе, с другой стороны, эта величина неудобна с точки зрения восприимчивости влажности живыми организмами. Оказывается, что, например, человек ощущает не массовое содержание воды в воздухе, а именно ее содержание относительно максимально возможного значения.

Для описания такого восприятия введена такая величина, как относительная влажность.

Определение.Относительная влажность воздуха – величина, показывающая насколько далек пар от насыщения.

Т. е. величина относительной влажности, простыми словами, показывает следующее: если пар далек от насыщения, то влажность низкая, если близок – высокая.

Обозначениеотносительной влажности: .

Единицы измеренияотносительной влажности: %.

Формула вычисления относительной влажности:

Обозначения:

 плотность водяного пара (абсолютная влажность),  (в СИ) или ;

 плотность насыщенного водяного пара при данной температуре,  (в СИ) или .

Как видно из формулы, в ней фигурируют абсолютная влажность, с которой мы уже знакомы, и плотность насыщенного пара при той же температуре. Возникает вопрос, каким образом определять последнюю величину? Для этого существуют специальные приборы. Мы рассмотрим конденсационныйгигрометр (рис. 4) – прибор, который служит для определения точки росы.

Определение.Точка росы – температура, при которой пар становится насыщенным.

Рис. 4. Конденсационный гигрометр (Источник)

Внутрь емкости прибора наливается легкоиспаряющаяся жидкость, например, эфир, вставляется термометр (6) и с помощью груши (5) через емкость прокачивается воздух. В результате усиленной циркуляции воздуха начинается интенсивное испарение эфира, температура емкости из-за этого понижается и на зеркале (4) выступает роса (капельки сконденсировавшегося пара). В момент появления на зеркале росы с помощью термометра замеряется температура, вот эта температура и является точкой росы.

Что же делать с полученным значением температуры (точки росы)? Существует специальная таблица, в которой занесены данные – какая плотность насыщенного водяного пара соответствует каждой конкретной точке росы. Следует отметить полезный факт, что при увеличении значения точки росы растет и значение соответствующей ей плотности насыщенного пара. Иными словами, чем теплее воздух, тем большее количество влаги он может содержать, и наоборот, чем воздух холоднее, тем максимальное содержание в нем пара меньше.

Рассмотрим теперь принцип действия других видов гигрометров, приборов для измерения характеристик влажности (от греч. hygros – «влажный» и metreo – «измеряю»).

Волосной гигрометр (рис. 5) – прибор для измерения относительной влажности, в котором в качестве активного элемента выступает волос, например человеческий.

Рис. 5. Волосной гигрометр (Источник)

Действие волосного гигрометра основано на свойстве обезжиренного волоса изменять свою длину при изменении влажности воздуха (при увеличении влажности длина волоса увеличивается, при уменьшении – уменьшается), что позволяет измерять относительную влажность. Волос натянут на металлическую рамку. Изменение длины волоса передается стрелке, перемещающейся вдоль шкалы. При этом следует помнить, что волосной гигрометр дает не точные значения относительной влажности, и используется преимущественно в бытовых целях.

Более удобен в использовании и точен такой прибор для измерения относительной влажности, как психрометр (от др.-греч. ψυχρός – «холодный») (рис. 6).

Рис. 6. Психрометр (Источник)

Психрометр состоит из двух термометров, которые закреплены на общей шкале. Один из термометров называется влажным, т. к. он обмотан батистовой тканью, которая погружена в резервуар с водой, расположенный на тыльной стороне прибора. С влажной ткани испаряется вода, что приводит к охлаждению термометра, процесс снижения его температуры длится до достижения этапа, пока пар вблизи влажной ткани не достигнет насыщения и термометр не начнет показывать температуру точки росы. Таким образом, влажный термометр показывает температуру меньше либо равную реальной температуре окружающей среды. Второй термометр называется сухим и показывает реальную температуру.

На корпусе прибора, как правило, изображена еще так называемая психрометрическая таблица (табл. 2). С помощью этой таблицы по значению температуры, которую показывает сухой термометр, и по разности температур между сухим и влажным термометрами можно определить относительную влажность окружающего воздуха.

 

Однако даже не имея под рукой такой таблицы, можно примерно определить величину влажности, пользуясь следующим принципом. Если показания обоих термометров близки друг к другу, то испарение воды с влажного практически полностью компенсируется конденсацией, т. е. влажность воздуха высокая. Если, наоборот, разность показаний термометров большая, то испарение с влажной ткани превалирует над конденсацией и воздух сухой, а влажность низкая.

Обратимся к таблицам, которые позволяют определять характеристики влажности воздуха.

Температура,

Давление, мм. рт. ст.

Плотность пара,

-10

1,95

2,14

-8

2,32

2,54

-6

2,76

2,09

-4

3,28

3,51

-2

3,88

4,13

0

4,58

4,84

2

5,3

5,6

4

6,1

6,4

6

7,0

7,3

8

8,0

8,3

10

9,2

9,4

Табл. 1. Плотность и давление насыщенных водяных паров

Еще раз отметим, что, как указывалось ранее, значение плотности насыщенного пара растет с его температурой, то же самое относится и к давлению насыщенного пара.

Табл. 2. Психометрическая таблица

Напомним, что относительная влажность определяется по значению показаний сухого термометра (первый столбец) и разности показаний сухого и влажного (первая строка).

На сегодняшнем уроке мы познакомились с важной характеристикой воздуха – его влажностью. Как мы уже говорили, влажность в холодное время года (зимой) понижается, а в теплое (летом) повышается. Важно уметь регулировать эти явления, например при необходимости повысить влажность располагать в помещении в зимнее время несколько резервуаров с водой, чтобы усилить процессы испарения, однако такой способ будет эффективен только при соответствующей температуре, которая выше, чем на улице.

На следующем уроке мы рассмотрим, что такое работа газа, и принцип действия двигателя внутреннего сгорания.

 

Список литературы

  1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. – М.: Мнемозина.
  2. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Интернет-портал «dic.academic.ru» (Источник)
  2. Интернет-портал «baroma.ru» (Источник)
  3. Интернет-портал «femto.com.ua» (Источник)
  4. Интернет-портал «youtube.com» (Источник)

 

Домашнее задание

  1. Стр. 48: вопросы № 1-5. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  2. Если дуть на горячий чай, он быстрее остынет. Почему?
  3. Почему во влажном воздухе зной переносить труднее, чем в сухом?
  4. В закрытом сосуде объемом 2 л находится водяной пар массой 12 г. До какой температуры надо охладить сосуд, чтобы в нем выпала роса?
  5. При температуре  относительная влажность воздуха в помещении равна 70 %. Какова масса росы, выпавшей из  воздуха после понижения температуры до ?

Методы определения влажности воздуха

Психрометрический метод

Психрометрический метод заключается в оценке характеристик показаний сухого и мокрого термометров (психрометрической разности) с помощью психрометрических таблиц. Наибольшее распространение получили два типа психрометров: Августа и Ассмана.

Психрометр Августа состоит из двух термометров. Сухой термометр показывает температуру окружающего воздуха; термочувствительный элемент второго термометра обёрнут гигроскопической тканью, конец которой опущен в сосуд с водой. Вследствие испарения влаги с поверхности ткани температура последней понижается, достигая в установившемся состоянии при реально 100%-й влажности температуры по мокрому термометру tм. Этот процесс отвечает условию i = const, поскольку для воздуха количество тепла, внесенного с испарившейся влагой, точно равно затратам теплоты на её испарение. Температура поверхности испарения будет зависеть от относительной влажности воздуха φ: чем ниже значение φ, тем интенсивнее идёт процесс испарения влаги и тем ниже будет значение tм. Разность показаний сухого (tc) и мокрого (tм) термометров называют психрометрической разностью. При tм = tc относительная влажность воздуха равна 100%. Зная психрометрическую разность и температуру воздуха, можно с помощью i-d диаграммы или прикладываемых к прибору психрометрических таблиц определить φ.

Психрометр Ассмана относится к аспирационному типу вследствие создания искусственной вентиляции термометров для гарантированного выполнения условия равенства температур датчиков значениям tм и tc. Экранирование ртутных капсул металлическими трубками и продувании через них воздуха с помощью специального вентилятора с завозным или электрическим приводом повышают точность измерений (устраняются внешние тепловые излучения на прибор и улучшается теплообмен воздуха с чувствительными элементами термометров). Относительную влажность φ определяют с точностью 1…2%.

Гигрометрический метод

Гигрометрический метод основан на эффекте изменения длины нити из того или иного гигроскопического материала (обезжиренные волосы, капроновая нить и др.) при изменении влажности окружающего воздуха. Приборы, реализующие этот метод, получили название гигрометров. Чем суше воздух, тем короче становится чувствительный элемент прибора (нить, связанная системой рычагов со стрелкой, указывающей текущее значение относительной влажности φ на градуированной шкале). Распространение получили волосные гигрометры типа МВ-1 и МВК, пленочные М-39 и др.

Психрометрический и гигрометрический – это практические методы определения влажности воздуха. Также существует ещё два метода определения влажности воздуха – это дистанционное измерение и массовый метод, рассмотрим их подробнее.

Дистанционное измерение

Дистанционное измерение относительной влажности воздуха позволяет контролировать её без разгерметизации помещения грузовой камеры. Для этого применяется дистанционный гигрометр, который состоит из: гигроскопической нити, индукционной катушки, магнитного сердечника и измерительного прибора.

Для автоматической регистрации относительной влажности воздуха в течение заданного отрезка времени применяют прибор под названием гигрограф. В нём вместо стрелки помешено перо, на которое непрерывно подаются чернила. Регистрация осуществляется с помощью бумаги на барабане с часовым или суточным заводом. Таким образом, вычерчивается непрерывная кривая линия проходимых значений φ. В других приборах реализован также принцип измерения электрического сопротивления нити при колебаниях влажности воздуха.

Массовый метод

Этот метод основан на точном замере содержания влаги в воздухе. Исследуемый воздух, объем которого контролируется специальным счётчиком, прогоняют через трубки, заполненные поглотителем влаги (силикагель, хлористый кальций и др.). Разность масс трубок с адсорбентом до и после пропускания воздуха показывает количество поглощенной влаги. Разделив массу влаги на объём пропущенного воздуха, получают плотность ρп, то есть абсолютную влажность воздуха. Зная температуру tc, по таблице насыщенного воздуха определяют плотность его в состоянии насыщения ρп. н и относительную влажность: φ = ρпп. н.

Управление влажностью в грузовом помещении рефрижераторного вагона осуществляется укрупнённо – путём введения ограничений в режим вентилирования наружным воздухом

Контроль и организация регулирования влажности воздуха на железнодорожном транспорте

Регулирование влажности воздуха осуществляется лишь в пассажирских вагонах путем применения увлажнителей – аппаратов с форсунками для распыления воды. Такие аппараты включаются от датчиков, расположенных в вагонах. Управление влажностью в грузовом помещении рефрижераторного вагона осуществляется организационными методами – путем введения ограничений на маршруте и соответствующей технологии разгрузки СПГ (скоропортящиеся грузы).

Влажностный режим при перевозках СПГ в изотермических вагонах не контролируется и не регулируется, а потому не нормируется правилами. Это вызвано отсутствием на изотермическом подвижном составе надежных приборов дистанционного контроля относительной влажности воздуха и технических средств воздействия на нее грузовых помещениях вагонов.

Методы определения влажности воздуха

Для определения влажности воздуха используются следующие методы: психрометрический, гигроскопический, точки росы, массовый. При наладочных и исследовательских работах систем вентиляции и кондиционирования воздуха методы точки росы и массовый широкого применения не имеют.

Психрометрический метод. Этот метод основан на измерении психрометрической разности температур с помощью “сухого” и “мокрого” термометров (рис.1), т.е. на определении двух точек практически адиабатного процесса увлажнения воздуха.

Рис. 1. Схема психрометра аспирационного (Ассмана):

1 — “сухой” термометр, 2 — “мокрый” термометр,

3 — чехол из гигроскопичной ткани, 4 — трубка,

5 – вентилятор.

Рис. 2. Психрометр

аспирационный типа М-34

(с электромотором)

Для снижения погрешностей шарики термометров защищены от потоков лучистого тепла и подвергаются принудительному обдуву с помощью осевых вентиляторов).

“Сухой” термометр показывает температуру ненасыщенного влажного воздуха. “Мокрый” термометр, чувствительный элемент которого

смачивается дистиллированной водой через чехол из гигроскопичной ткани (марли, батиста), показывает

температуру насыщенного влажного воздуха, т.е. при относительной влажности j = 100 %.

Вследствие испарения влаги с поверхности чувствительной части “мокрого” термометра в поверхностном слое “отнимается” некоторое количество тепла и его температура снижается. Снижение температуры, фиксируемое “мокрым” термометром, будет наблюдаться до тех пор, пока количество скрытого тепла парообразования воды не станет равным количеству явного тепла, сообщаемого от воздуха к смоченной поверхности термометра. В пограничном слое у смоченной поверхности будет наблюдаться термодинамическое равновесие, — количество явного тепла, отнимаемое от воздуха, будет равно количеству скрытого тепла, сообщаемому ему же, т.е. теплосодержание воздуха практически будет постоянно (i = const).

Испарение влаги с поверхности чувствительного элемента “мокрого” термометра тем интенсивнее, чем ниже влажность воздуха, т.е. относительная влажность воздуха зависит от психрометрической разности (tс — tм) и tс, т.е

j = f [(tс — tм), tc] ,

где tс , tм — температуры “сухого” и “мокрого” термометров.

Промышленностью выпускается психрометры аспирационные (Ассмана) МВ-4М с механическим и М-34 с электрическим приводами вентилятора.

Аспирационный психрометр МВ-4М или М-34 (рис. 2) заключены в латунные трубки с наружной зеркальной поверхностью, которая дает возможность исключить влияние радиационного теплообмена с находящимися вблизи нагретыми или холодными поверхностями. Через трубки у поверхности чувствительных элементов термометров с помощью вентилятора 5 продувается воздух со скоростью 2,5 — 3,0 м/с.

Термометры, используемые в психрометрах, имеют шкалы — 30…+50 °С с ценой деления 0,2 °С. Диапазон измерения относительной влажности 10 — 100 % при температурах — 10…+40 °С.

Гигроскопический метод. Этот метод основан на свойстве некоторых материалов приводить свою влажность в соответствие с относительной влажностью окружающего их воздуха. При этом некоторые материалы изменяют свою длину (обезжиренный человеческий волос, капроновая нить и др.) или электропроводность (LiCL). С учетом этого свойства изготавливаются приборы для измерения относительной влажности воздуха и ее регулирования. Принципиальная схема гигрометра приведена на рис. 3.

При наладочных и исследовательских работах по вентиляции и кондиционированию воздуха наиболее часто для регистрации относительной влажности воздуха в помещениях в течение длительного времени (сутки и более) используются самопишущие приборы — гигрографы. Промышленностью выпускаются гигрографы двух типов: М-21 и М-32. Приборы обеспечивают непрерывное измерение и запись относительной влажности воздуха в пределах 30-100 % при температуре -35…+45 °С. Запись показаний прибора производится на диаграммной ленте (рис. 4).

Рис. 3. Принципиальная схема гигрометра:

1 — чувствительный элемент (пучок обезжиренных волос),

2 — шкала относительных влажностей, 3 — показывающая стрелка,

4 — пружинка

Гигрограф М-21 в качестве чувствительного элемента имеет пучок обезжиренных человеческих волос. Чувствительный элемент средней частью через рычажную систему связан со стрелкой с пером на конце. Изменение длины волос при изменении относительной влажности передается записывающему механизму. На диаграммной ленте вычерчивается кривая изменения относительной влажности окружающего воздуха с течением времени.

Рис. 4. Гигрограф М21А

Влажность гигроскопического материала остается приблизительно одинаковой при равной относительной влажности воздуха и различных температурах. Изменение влажности гигроскопических материалов сопровождается изменением их свойств. Они изменяют свою форму или электропроводность.

Гигрограф М-32 отличается от гигрографа М-21 конструкцией чувствительного элемента, который представляет собой круглую мембрану из органической гигроскопической пленки, имеющей жесткий центр для соединения с рычажным механизмом прибора.

Измерение влажности. Методы и работа. Устройство и приборы

Измерение влажности жидких веществ зависит от полярности жидкости, то есть, если вода хорошо растворяется в жидкости, то такая жидкость полярная, и наоборот. Например, бензин является неполярной жидкостью, а спирт – полярной. Концентрация воды в полярной жидкости может быть любой. Плотность жидкости наиболее удобно определять ареометром, который имеет плавающую шкалу.

В неполярной жидкости содержание воды определяют по изменению диэлектрической проницаемости, так как вода в таких жидкостях растворяется в незначительных количествах. Измерение влажности сухих веществ производят методом высушивания в лабораторных условиях. Для этого сравнивают массу вещества до сушки, и после нее. Чтобы быстро определить влажность, применяют специальные измерительные устройства.

В настоящее время наиболее популярным стало:
  • Измерение влажности воздуха для осуществления мониторинга погодных условий с некоторым предсказанием возможного изменения влажности.
  • Нормы гигиены по содержанию в воздухе влаги.
  • Условия технологии, зависящие от влажности внешней среды.

Измерение влажности на химическом производстве требуется для определения влаги в сыпучих или твердых материалах. Например, для управления режимом работы печей требуется контроль текущей величины влажности газов или воздуха. При выполнении сушки в химическом производстве также необходимо периодически измерять содержание влаги в различных веществах. Такой процесс требует значительных затрат энергии, достигающих 15% расходуемого топлива. Например, перед фасовкой цемента, удобрений в мешки осуществляют предварительную сушку.

Методы измерений

В каждом конкретном случае, в котором необходимо измерение влажности, существуют специальные методы.

Психрометрический метод

Заключается в том, что измеряется разность температур 2-х термометров: сухого и влажного. С помощью специального фитиля мокрый термометр поддерживается во влажном состоянии, путем его непрерывного смачивания водой. Вода испаряется с поверхности термометра, тем самым охлаждает его. Скорость испарения прямо пропорционально зависит от влажности. Чем более сухой газ, тем быстрее будет испаряться вода с мокрого термометра. Возникает разность температур влажного и сухого термометров, по которой определяют влажность газа.

Формула для определения влажности использует зависимость между значениями обоих термометров, и давлением пара:
р н.м – р = А рб (t c – t m)

где р –давление газа, р н.м. – давление пара при tm (влажного термометра), рб – давление по барометру, А – психрометрическая константа, t c – температура сухого термометра.

По следующей формуле определяют относительную влажность:
φ = р : р н.с *100 = 100 * [р н.м – А р б (tc – tm)] : р н.с

где р н.с, р н.м – парциальное давление насыщенного пара при температурах t c и t m. В связи с тем, что р н.с и р н.м однозначно определяются t c и t m, то при А = const, можно получить зависимость:

φ = f(t c – t m ,  t c)

Исходя из этой формулы, рассчитываются психометрические таблицы, которые отличаются в зависимости от различных видов термометров. Константа А зависит от условий отведения тепла от термометра во внешнюю среду. В связи с этим для отдельного устройства термометра величина А будет отличаться от других.

Для создания постоянного значения параметра А в каждом термометре создают такой обдув термометра, при котором этот параметр будет постоянным. Шкала психрометра имеет градуировку в влажности. Принцип действия разных видов психрометров одинаков.

Сорбционный метод

Заключается в связи свойств материалов с количеством поглощенной влаги, зависит от влажности контролируемого газа. Работа сорбционного влагомера описана ниже.

Метод точки росы

Фиксация температуры конденсации пара до момента насыщения влагой. Абсолютную влажность вычисляют по температуре точки росы. Это наиболее точный способ, позволяющий при любом давлении газа измерить влажность.

Чувствительным элементом является зеркало, которое требуется охлаждать для образования на нем конденсата влаги газа. Для измерений температуры образования росы спроектированы влагомеры с автоматическим действием.

Очищенная газовая смесь поступает по каналу 1 в камеру 2. В этой камере газ касается с зеркалом оптического канала 3. По нему поток света попадает на оптрон 5 от источника 4. Происходит охлаждение поверхности 3 с помощью термобатареи 6, которая функционирует на элементах Пельтье. Ее принцип действия заключается в протекании тока через поверхности прикосновения разных типов проводников. Вследствие этого выделяется тепло или холод.

При подходе к точке росы оптрон закрывается, и протекание тока по термобатарее прерывается. Термопара 7 определяет температуру точки росы.

На практике имеются трудности в осуществлении этого метода измерения:
  • Определение момента конденсации зависит от способа фиксации.
  • Температура конденсации росы зависит от вида поверхности. Значительно снизить температуру росы может наличие жирных веществ.
  • В агрессивных химически активных газах точка росы может иметь значительные отличия от расчетных значений. Агрессивные газы могут взаимодействовать на поверхность выпадения росы, вызывая ее коррозию.
Влагомеры сорбционного типа

В таких типах чувствительный компонент должен быть в равновесии с контролируемым газом. Практическую популярность получили несколько видов преобразователей.

Электролитические

Содержат электролит. Влажность газа изменяется, вследствие чего изменяется объем влаги на чувствительном элементе. Это ведет к изменению концентрации электролита на чувствительном элементе.

В состав электролита входит хлористый литий. Схемы измерений таких моделей являются мостовыми схемами измерений. Электролитические гигрометры имеют такие недостатки, как влияние концентрации вещества, а также непостоянство характеристики градуировки на измерения.

Электролитические измерители с подогревом по конструкции подобны измерителям электролитического типа без подогрева. Но их принцип работы имеет отличия. Изменение величины электропроводности обуславливает изменение температуры преобразователя.

В случае, если влажность газа повышается, следовательно, повышается электрическая проводимость преобразователя. Это приводит к повышению тока, испарению влаги, что приводит к снижению электрической проводимости.

Температура, которая соответствует этому равновесию, подлежит измерению преобразователем. Электролитические влагомеры, имеющих подогрев, обладают повышенной надежностью и простотой конструкции. Их свойства не зависят от загрязнения и пыли

Кулонометрические преобразователи

Выполняют измерение влажности по электрической энергии, потраченной на электролиз влаги, поглощаемой пентаоксидом фосфора. В таких приборах преобразователь включает в себя пластиковый корпус. В его внутреннем канале находятся два электрода, выполненных в виде спиралей, которые не касаются друг друга. Промежуток между электродами занят пентаоксидом фосфора, который обладает хорошей способностью к сушке.

Влага, находящаяся в газе, при соединении с гигроскопическим веществом, создает раствор фосфорной кислоты, имеющей повышенную удельную проводимость.  При подключении питания возникает электролиз поглощаемой влаги. При неизменном расходе газа объем воды равен концентрации влаги в контролируемом газе.

Достоинством кулонометрических влагомеров стала независимость показаний от питания и составных частей газа. На качество измерения не влияет загрязненность сорбента. Этот способ не нуждается в градуировке эталонных смесей, и является оптимальным для замеров минимальных концентраций влаги в газе.

Отрицательным фактором способа является необходимость недопущения газов, которые имеют щелочную реакцию. Чувствительный элемент может выйти из строя при их присутствии. Также на точность измерения влияет наличие спиртов.

Пьезосорбционные гигрометры

Работают по принципу применения зависимости частоты колебаний от веса влаги, которая поглощена сорбентом, находящемся на кварцевой пластине.

Характеристики метрологии пьезосорбционных влагомеров зависят от материала сорбента и способа его нанесения на кварцевую пластину. Использование силикагеля позволяет применять пьезосорбционный способ для измерения минимальной концентрации влаги. Устройство чувствительного компонента имеет элементарную конструкцию.

Гигрометры пьезосорбционного типа нуждаются в градуировке по газам, имеющим уже известную величину влажности. Могут быть дополнительные погрешности из-за сорбирования кроме влаги других компонентов контролируемого газа. Такие модели гигрометров используются в химическом производстве и при исследованиях материалов в термобарокамерах.

Измерение влажности

Оптический метод основывается на ослаблении ИК излучения из-за поглощения его водяными парами.

Конденсационный метод заключается в охлаждении газа в холодильнике до окончательной конденсации влаги. Затем влагу измеряют. Этот метод является абсолютным, однако при этом необходимы более трудные процессы.

Тепловой способ измерение влажности заключается в эффекте разной теплопроводности влажных и сухих газов.

Радиационный метод основан на зависимости поглощения инфракрасных лучей, зависящих от влажности.

Емкостный метод основывается на принципе действия емкости, ее емкость будет намного выше, если газ более сухой, так как влага, попавшая между обкладками, снижает емкость.

Кондуктометрический метод работает на зависимости влажности газа от его электрической проводимости. При возрастании влажности повышается и проводимость газа.

Похожие темы:

Влажность воздуха и методы ее измерения

Цель работы: Ознакомиться с основными методами измерения влажности воздуха и приборами, применяемыми для этого, научиться определять основные показатели влажности воздуха по формулам и психрометрическим таблицам.

Оборудование: аспирационный психрометр, волосной гигрометр, суточный гигрограф.

Характеристики влажности воздуха

Атмосфера постоянно содержит в себе влагу, которая может находиться в различных фазовых состояниях — в виде воды, льда и снега, а также в виде водяного пара, и практически полностью сосредоточена в тропосфере. Количество водяного пара в атмосфере характеризуется различными показателями влажности воздуха.

Абсолютная влажность воздуха ( а ) – это количество водяного пара (ВП) в граммах, содержащееся в одном куб. метре воздуха, г/м².

Парциальное давление ( упругость ) водяного пара ( е)это давление, которое имел бы водяной пар, если бы он один занимал объем газовой смеси при той же температуре, измеряется в гПа.

Относительная влажность воздуха ( f )это отношение фактического парциального давления ВП в воздухе к парциальному давлению насыщенного ВП при той же температуре, выражается в процентах, %.

Дефицит влажности ( d )недостаток водяного пара до состояния насыщения, гПа.

Точка росы ( Тd ) температура, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе при данном атмосферном давлении, становится насыщенным, °С.

Дефицит точки росы ( D=Т — Тd ) – разность между температурой воздуха и точкой росы, °С.

Измерение влажности воздуха

На станциях используются два метода измерения влажности воздуха: психрометрический метод в теплый период года и гигрометрический – в холодный.

Основным методом для определения влажности воздуха является психрометрический метод (психрос – холодный) основанный на измерении температуры воздуха и температуры смоченного водой термометра –температуры динамического равновесия между затратами тепла на испарение со смоченной поверхности и притоком тепла к термометру от окружающей среды.

Испарение и понижение температуры будут тем больше, чем больше дефицит насыщения пара при прочих равных условиях. Парциальное давление пара можно получить решением уравнения Дальтона в виде:

е = Е’ — Ар (t — t’) • (1 + 0,00115 • t’), гПа (13)

где Е’ — парциальное давление водяного пара, насыщающего пространство, при температуре смоченного термометра t’; р — атмосферное давление, гПа;

t и t’ — соответственно температура сухого и смоченного термометров, °С; (1 + 0,00115 • t’) — учитывает зависимость теплоты испарения от температуры; А — психрометрический коэффициент, учитывающий скорость движения воздуха.

Для станционного психрометра А = 0,0008, а для аспирационного – А = 0,00066;

На практике е, Е’ относительная и абсолютная влажность воздуха определяются по специальным психрометрическим таблицам.

Психрометрические таблицы содержат 7 таблиц. Основной является таблица 2, рассчитанная по психрометрической формуле (13). Она состоит из колонок для определения температур (t) через 0,1°С. Колонка состоит из пяти столбцов чисел. Первый столбец – значения температур смоченного термометра (t’), остальные – вычисленные для «воды» или «льда» значения td, e, f, d. Таблица рассчитана для давления атмосферы Р=1000 гПа, поправки (Δе) к значениям парциального давления (е) на истинное давление атмосферы приведены в таблицах 3а, 3б, 3в (для станционного психрометра) и 4а, 4б, 4в (для аспирационного психрометра): если P < 1000, то +Δe, а если P > 1000, то –Δe.

Приборы, которые измеряют влажность психрометрическим методом, называются психрометрами.

Станционный психрометр (рис. 24) состоит из двух одинаковых ртутных психрометрических термометров ТМ-4, укрепленных в вертикальном положении на штативе в жалюзийной будке. Левый термометр служит для измерения температуры воздуха. Резервуар правого термометра обвернут в один слой батистом, конец которого опущен в стаканчик с дистиллированной водой. Батист, впитывая воду, непрерывно смачивает резервуар правого термометра. По этой причине правый термометр называется смоченным. Для измерения влажности воздуха психрометр используется главным образом при положительной температуре.

Рис. 24 Психрометр станционный. Подвязка батиста на термометр:

а – при положительной температуре, б – при отрицательной температуре

При положительной температуре, при подвязывании батиста его края на резервуаре не должны заходить друг на друга более чем на ¼ окружности резервуара. Нитку под шариком термометра затягивают не слишком туго, чтобы не нарушать тягу воды батистом. Стаканчик должен быть ниже резервуара смоченного термометра на 2-3 см, чтобы края стаканчика не мешали свободному обмену воздуха.

При отрицательной температуре до -10°С следующий порядок наблюдений:

  • Стакан с водой находится в помещении.

  • Конец батиста обрезается непосредственно под шариком термометра на 3-5 мм ниже резервуара, а обвязка батиста под резервуаром смоченного термометра плотно затягивается.

  • За полчаса до наблюдений, резервуар смоченного термометра, обернутый батистом, погружают в стаканчик с водой комнатной температуры и держат его, пока температура смоченного термометра повысится до +2° ÷ +3°С. После этого, стаканчик убирают и снимают каплю воды с конца батиста.

  • Через полчаса делается отсчет.

  • При этом важно отметить состояние воды на батисте: покрыт ли он переохлажденной водой или корочкой льда.

  • Для определения фазы воды на батисте необходимо кончиком карандаша коснуться батиста и наблюдать за показанием смоченного термометра; если температура не изменилась – на батисте — лед, повысилась – вода.

  • Показания смоченного термометра отсчитывают вслед за отсчетом температуры воздуха по сухому термометру.

Аспирационный психрометр (рис. 25) очень удобен для измерения влажности воздуха в полевых условиях и среди растений.

Рис. 25. Аспирационный психрометр.

1- сухой термометр;

2 — смоченный термометр;

3 – трубка с тройником;

4 — планочная защита;

5, 6 — защитные трубки;

7 — аспиратор; 8 — заводной ключ; 9, 10 — пластмассовые втулки; 10 — батист; 11, 12- внутренние трубки; 13 – крюк; 14 — резиновая груша;

16 — зажим;

18 — ветровая защита.

По принципу действия он аналогичен станционному психрометру.

Аспирационный психрометр состоит из двух одинаковых ртутных термометра 1, 2, укрепленных в металлической оправе, состоящей из трубки с тройником 3 и планочных защит 4. Верхний конец трубки 3 соединен с головкой аспиратора 7. Головка состоит из пружинного механизма и вентилятора, создающего ток воздуха через трубки 3 и 11, 12 около резервуаров термометров. Пружина заводного механизма заводится ключом 8. В результате работы аспиратора вокруг резервуаров термометров создается постоянный ток воздуха со скоростью 2 м/с. Для исключения влияния ветра (более 4 м/с) на аспиратор надевают с наветренной стороны ветровую защиту 18.

Резервуар правого термометра 2 являющимся смоченным обернут батистом 10, коротко срезанным под резервуаром. Все металлические поверхности никелированы, что обеспечивает отражение падающих на них солнечных лучей, исключая нагрев корпуса.

Для смачивания батиста пользуются резиновой грушей со стеклянной пипеткой и зажимом 15, 16. После этого заводят пружинный механизм аспиратора и устанавливают психрометр на место с помощью специального крюка 15 так, чтобы резервуары термометров находились на высоте 2-х метров над поверхностью земли. По истечении 4-5 мин берут отсчёты по сухому и смоченному термометрам, сначала десятые доли, а затем целые градусы. Зимой психрометр устанавливают за 30 мин, а летом за 15 мин до начала измерений.

Дополнительным методом определения влажности воздуха является сорбционный метод или гигрометрический метод (гигро – влажный), основанный на изменении длины чувствительного элемента (обезжиренный человеческий волос и различные органические пленки) при изменении влажности.

Методы измерения влажности воздуха » СтудИзба

Методы измерения влажности воздуха

В настоящее время для измерения влажности воздуха наибо­лее широко используются психрометрический и сорбционный методы.

Название первого   метода   произошло   от   греческого   слова102

Глава 5

«психрос» — охлаждение, холод и говорит о том, что измерение влажности воздуха основано на охлаждении одного из термомет­ров. На этом методе основана работа наиболее распространенных приборов для определения влажности воздуха — станционного и аспирационного психрометров.

Станционный психрометр устанавливают в психро-метрической будке на метеоплощадке.

Аспирационный психрометр МВ-4М, являясь одним из точных и удобных в работе метеорологических приборов, ши­роко применяется при полевых наблюдениях. Он имеет неболь­шую массу (600 г), удобен при переноске.

При измерении температуры и влажности воздуха в посевах1 аспирационный психрометр устанавливают горизонтально на опре^ деленном уровне. Отверстия защитных трубок должны быть ори­ентированы в противоположную от Солнца сторону и навстречу ветру. Смачивание батиста смоченного термометра необходимо производить специальной пипеткой и только при вертикальном положении психрометра, чтобы вода из пипетки не попала в за­щитные трубки.

Сорбционный метод измерения влажности воздуха основан на свойстве гигроскопических тел реагировать на изме­нение влажности воздуха. На этом свойстве основано действие гигрометров.

Волосной гигрометр МВ-1 служит для измерения от­носительной влажности воздуха. Действие прибора основано на свойстве обезжиренного человеческого волоса изменять длину в зависимости от относительной влажности воздуха. Изменение длины волоса передается на стрелку, указывающую относитель­ную влажность на шкале, градуированной от 0 до 100%.

Гигрограф М-21А — прибор для непрерывной записи относи­тельной влажности воздуха. Приемной частью прибора является пучок обезжиренных человеческих волос. В остальном устройство прибора примерно аналогично термографу.

Суточный и годовой ход влажности воздуха

Суточный ход влажности воздуха определяется из данных на­блюдений по станционному или аспирационному психрометру.

Суточный ход парциального давления водяного пара над океа­нами, морями и в прибрежных районах суши аналогичен суточ­ному ходу температуры воды и воздуха. Максимум отмечается в 14—15 ч, а минимум — перед восходом Солнца. Такой же ход наблюдается над материками в холодное время года. Летом же над материками, особенно в жаркие дни, в полуденные часы упру^ гость пара вблизи земной поверхности уменьшается вследствие интенсивного турбулентного перемешивания восходящих потоков, уносящих более влажный воздух из приземного слоя вверх. В этом

Водяной пар в атмосфере

103

случае в суточном ходе упругости пара отмечаются два миниму­ма: ночью и в полуденные часы, а также два максимума: утром и вечером.

Годовой ход парциального давления водяного пара совпадает с годовым ходом температуры воздуха как над океаном, так и над сушей. В северном полушарии максимум упругости пара наблю^ дается в июле, минимум — в январе. Например, в Москве средняя месячная упругость пара в июле составляет 15,6 гПа, а в январе! 2,7 гПа.

Суточный ход относительной влажности воздуха противополо­жен ходу температуры. Это объясняется тем, что упругость насы­щения увеличивается с повышением температуры быстрее, чем воз­растает поступление водяного пара в атмосферу из-за повышения интенсивности испарения. Следовательно, Е возрастает быстрее, чем е. Поэтому / уменьшается и суточный минимум относитель­ной влажности воздуха наступает около 14—15 ч: Максимум на­блюдается ночью или ранним утром, около времени восхода Солн­ца. Исключения бывают иногда в приморских районах, где в по­луденные часы ветер дует с моря, принося более влажный воздух.

Годовой ход относительной влажности воздуха имеет минимум летом, а максимум — зимой. Например, в Москве (ТСХА) отно­сительная влажность в 13 ч в июне в среднем составляет 50%, а в декабре 84% Вторая зона с такой же высокой относи­тельной влажностью воздуха находится на островах и побережье Северного Ледовитого океана, что обусловлено низкой темпера­турой воздуха и соответственно очень малой упругостью насыще­ния. Наименьшая относительная влажность наблюдается в пусты­нях, где даже средние месячные ее значения летом не превыша­ют 15—20%, а в отдельные сроки она может быть еще гораздо более низкой.

Ход дефицита насыщения водяного пара непосредственно свя­зан с ходом температуры воздуха. Дефицит бывает наибольшим в 14—15 ч, а наименьшим — перед восходом Солнца. В годовом ходе дефицит насыщения водяного пара имеет максимум в самый жаркий месяц и минимум в самый холодный. В засушливых степ­ных районах СССР летом в 13 ч ежегодно отмечается дефицит насыщения, превышающий 40 гПа. В Москве (ТСХА) дефицит насыщения водяного пара в июле в 13 ч в среднем составляет 13,4 гПа, а в декабре и январе только 0,6 гПа (рис. 22).

Количественные характеристики влажности воздуха обычно получают в психрометрической будке на высоте 2 м. Но в разных природных условиях они существенно различаются. Так, напри­мер, амплитуда суточного хода характеристик влажности воздуха в посевах и в лесу меньше, чем над оголенной почвой

Парциальное давление водяного пара с высотой уменьшается в 4—5 раз быстрее, чем атмосферное давление. Уже на высоте 6 км парциальное давление водяного пара в 9—10 раз меньше, чем на уровне моря. Это объясняется тем, что в приземный слой атмосферы водяной пар поступает непрерывно в результате испа­рения с деятельной поверхности и его диффузии за счет турбу-» лентности. В более же высокие слои атмосферы пара поступает меньше, чем в приземный слой. Кроме того, понижение темпера­туры воздуха с высотой ограничивает возможное содержание во­дяного пара, так как если количество пара в воздухе становится больше предела насыщения, то избыточный пар конденсируется.

Относительная влажность распределяется по вертикали нерав­номерно. В приземном слое атмосферы в летние дни она несколь­ко возрастает с высотой за счет быстрого понижения температуры воздуха, затем начинает убывать вследствие уменьшения поступ­ления водяного пара и снова возрастает до 100% в слое образо­вания облаков.

В растительном покрове водяного пара содержится больше, чем над оголенной почвой, так как растения испаряют большое количество воды, к тому же в растительном покрове сильно ослабева­ет скорость ветра и уменьшается турбулентная диффузия пара. Поэтому парциальное давление водяного пара в растительном по­крове выше, чем над ним, особенно в дневные часы.

Относительная влажность в растительном покрове также по­вышена. Например, в посевах высокостебельных культур (кукуру­за, сорго, конопля) относительная влажность воздуха в ясные тихие дни может быть на 20—30% выше, чем над оголенной поч-> вой. В таких посевах наибольшая относительная влажность на­блюдается у поверхности почвы, затененной растениями, а наи­меньшая— в верхнем ярусе листьев.

Дефицит насыщения водяного пара в посевах значительно меньше, чем над оголенной почвой. Его распределение характе­ризуется понижением от верхнего яруса листьев к нижнему (табл. 25).

Таблица 25

Распределение по вертикали относительной влажности и дефицита насыщения

водяного пара в полдень над оголенной почвой и в посеве кукурузы (фаза

выметывания метелки) в Молдавии (по Ю. И. Чиркову)

Высота установки приборов, см

Над оголенной почвой

В посеве

Примечание

относи­тельная влаж­ность, %

дефицит насыще­ния, гПа

относи­тельная влаж­ность, %

дефицит насыще­ния, гПа

200

23

24,5

27

21,9

Высота   растений  220 — 240 см

150 100

22

2?,2

33 40

20,0 18,1

Густота посева 40 тыс.

растений/га

50    •

45

15,5

25

48

14,3

10

24

31,5

52

13,5

Затенение   междурядий около 95%

Летом парциальное давление водяного пара и относительная влажность несколько выше в лесу, чем в поле. Например, в лесо­степной зоне относительная влажность в дубраве выше на 10— 14%. В древостое изменение влажности воздуха с высотой харак­теризуется общей закономерностью: наименьший дефицит насы­щения и наибольшая относительная влажность наблюдаются у по­верхности почвы, наименьшая относительная влажность и наи­больший дефицит насыщения — у верхушек крон. 106

Значение влажности воздуха для производства

Влажность воздуха оказывает заметное влияние на растения и животных. При большом дефиците насыщения водяного пара резко возрастает испарение с поверхности почвы и усиливается транспирация растений. При дефиците насыщения больше 40 гПа испарение с поверхности влажной почвы превышает 80 т воды в сутки с 1 га, что приводит к иссушению почвы. Длительное пре­бывание растений в воздухе, имеющем относительную влажность ниже 30%, вызывает преждевременное усыхание листьев и щуп­лость зерна. Влажность воздуха влияет на качество продукции многих сельскохозяйственных культур. Например, малая влаж­ность снижает качество льноволокна, но повышает хлебопекарные качества пшеницы.

Повышенная относительная влажность способствует развитию и распространению ряда болезней сельскохозяйственных культур (фитофтора картофеля и томатов, мильдью винограда, белая гниль подсолнечника, различные виды ржавчины зерновых культур и др.).

Пониженный дефицит насыщения водяного пара замедляет со­зревание хлебов и просыхание зерна и соломы (табл. 26). Поэто­му производительность уборки хлебов комбайнами снижается с уменьшением дефицита насыщения. При дефиците насыщения ^8 гПа условия работы комбайнов хорошие, при’ дефиците гПа эти условия оцениваются как плохие.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *