Способ измерения относительной влажности

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к дистанционному измерению влажности воздуха или газов. Сущность изобретения заключается и том, что отбирают пробу воздуха вентилятором, нагревают ее в рекуперативном теплообменнике , определяют психрометрическую разность температур в нагретой пробе воздуха , обдувающего психрометр. Определяют барометрическое давление воздуха и парциальные давления водяного пара до и после нагрева пробы. Измерение психрометрической разности температур в нагретой или охлажденной пробе воздуха производят при температуре сухого термометра 40°С и выше и положительном избыточном давлении воздуха у психрометра, который измеряет и определяет относительную влажность р воздуха из следующей зависимости: р Р1н - А (В + Pc)(tcH - tM)/P2H, где PIH - парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре IM; A - постоянный психрометрический коэффициент; В - барометрическое давление; Рс - избыточное давление в измерительной камере; ten, tM - температура воздуха в измерительной камере по сухому и мокрому периметру; Р2н - давление насыщенного водяного пара при температуре tc в исследуемом объекте. 3 ил. СО С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

s G 01 N 25/56

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

" ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4765078/25 (22) 25.09.89 (46) 30.03.92.Бюл. ¹ 12 (71) Ростовский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) А;М.Сидоров и B.Ä.Êàðìèíñêèé (53) 533.275 (088.8) (56) Чистяков С.Ф., Радун Д.В. Технологические измерения и приборы. — M.: Высшая школа, 1972, с. 316.

Богословский В.Н. и др. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение. — M.:

Стройиздат, 1985, с, 39. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к дистанционному измерению влажности воздуха или газов, Сущность изобретения заключается в том, что отбирают пробу воздуха вентилятором, нагревают ее в рекуперативном теплооб. меннике, определяют психрометрическую разность температур в нагретой пробе возСпособ относится к измерительной технике, в частности к дистанционному измерению влажности воздуха или газов при помощи психрометра, В измерительной технике для измерения влажности воздуха известен психрометрический способ определения относительной влажности атмосферного воздуха при барометрическом давлении.

Для измерения относительной влажности воздуха психрометрическим способом применяют психрометр, содержащий сухой и мокрый термометры, устанавливаемые в ис„„Я „„1723511 А1 духа, обдувающего психрометр. Определяют барометрическое давление воздуха и парциальные давления водяного пара до и после нагрева пробы, Измерение психрометрической разности температур в нагретой или охлажденной пробе воздуха производят при температуре сухого термометра 40 С и выше и положительном избыточном давлении воздуха у психрометра; который измеряет и определяет относительную влажность р воздуха из следующей зависимости: p = (Р1н А (В + Рс) (1сн te)j/Ргн, где

Р1н — парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре tM, А — постоянный психрометрический коэффициент;  — барометрическое давление; Рс— избыточное давление в измерительной камере; t <, tM — температура воздуха в измерительной камере по сухому и мокрому периметру; Рг — давление насыщенного водяного пара при температуре t< в исследуемом объекте. 3 ил. следуемом объеме воздуха, который омывает чувствительные элементы термометров иутем естественной или вынужденной конвекции. Увлажнение шарика мокрого термометра обычно осуществляется батистовым фитилем из резервуара с водой (непрерывно) или пипеткой (периодически) перед каждым измерением психрометрической разности температур. Резервуар с водой устанавливают в самом исследуемом объеме воздуха, а уровень воды в нем регулируется регулятором уровня, вынесенным на 1-1,5 м в удобное для обслуживания место.

1723511

Недостатками такого способа измерения относительной влажности воздуха являются: ограниченный диапазон температур воздуха, при которых вода находится в жидкой фазе; неудовлетворительная точность измерений при температурах воздуха, близких к 0 С ниже, вследствие малых значений психрометрической разности температур сухого и мокрого термометров, равных нескольким десятым долям градуса, которые соизмеримы с погрешностью изМерения термометра и, вследствие малых значений парциальных давлений водяных паров, соизмеримых с погрешностью измерения термометра, и, вследствие малых значений парциальных давлений водяных паров, соизмеримых с погрешностью измерения барометрического давления воздуха контрольными барометрами, равной

0,3 мбар (или 0,225 мм рт.ст.-3,06 мм в.cã30,02 Па); невозможность измерения относительной влажности воздуха при температурах выше 1000С, так как вода в резервуаре мокрого термометра кипит; невозможность точного дистанционного из5

20 мерения относительной влажности воздуха ввиду сложности устройств для peryrtutpoaeния уровня воды в резервуаре мокрого термометра, и увлажнения воздуха водой, переливающийся из этого резервуара (осо- 30 бенно в передвижных:холодильных или сушильных камерах), поСтупающего к сухому термометру с циркуляционными конвективными токами.

Наиболее близким по технической сущ- 35 ности решением является способ косвенного определения относительной влажности воздуха, имеющего отрицательную температуру, психрометрическим способом.

При этом способе измерения относи- 40 тельной влажности воздуха в исследуемом объеме из него отбирают пробу, которая просасывается вентилятором через нагреватель и измерительную камеру. В ней из-. меряют психрометрическую разность 45 температур сухим и мокрым термометром, .Давление воздуха в теплообменнике и в измерительной камере ниже атмосферного на величину разрежения, Создаваемого вентилятором, которое соизмеримо с упругостью 50 паров при отрицательных температурах. Сухой и мокрый термометры омываются общим потоком воздуха, проходящего через измерительную камеру. Поэтому в последней происходит в%агоперенос.от резервуа- 55 ра с водой у мокрого термометра к сухому термометру, вызывая занижение показаний сухого термометра, а следовательно, создает дополнительную погрешность измерения относительной влажности воздуха, Измерение психрометрической разности температур в измерительной камере производится при каком-либо заданном значении температуры мокрого термометра. Однако величина этого значения не указана, а следовательно,и погрешности измерения относительной влажности воздуха при каждом новом заданном значении температуры мокрого термометра будут иметь свое, отличающееся от других, значение. Причем чем ниже заданное значение температуры мокрого термометра, тем выше погрешность измерения относительной влажности воздуха (фиг. 3), При помощи этого способа относительная влажность воздуха в исследуемом объеме (воздуховоде), имеющего отрицательную температуру, определяется по формуле у" =(Р1н AB (tc.í. tM)j/P2í, где р — относительная влажность воздуха в исследуемом объеме;

Рь — упругость насыщенного водяного пара при измеренном значении tM в измерительной камере;

А — психрометрический коэффициент, имеющий постоянное значение при заданной скорости обдува термометров воздухом;

 — наблюдаемое барометрическое давление;

tc.H. tM температура воздуха, измеренная сухим и мокрым термометрами в измерительной камере;

P2g — упругость насьиценного водяного пара при температуре воздуха, измеренной сухим термометром в исследуемом обьеме (воэдуховоде).

Устройство для измерения относительной влажности воздуха содержит два сухих термометра, один мокрый термометр, пробоотборный воэдуховод; электронагреватель для нагрева пробы воздуха, вентилятор, измерительную камеру и резервуар с водой для смачивания фитиля на мокром термометре, установленный внутри измерительной камеры.

Недостаток известного способа заключается в том, что он не обеспечивает. высокой точности дистанционного измерения относительной влажности воздуха особенно при температурах; близких к О С) и не позволяет измерять влажность воздуха при температурах 100 С и выше. Кроме того, погрешность измерения малых и больших значений относительной влажности воздуха при этом способе неодинаковы, Они могут отличаться почти на порядок и растут с понижением температуры воздуха. при которой производится измерение психрометри1723511 ческой разности психрометром. Это проис- при котором обеспечивается заданная походит потому, что, во-первых, не измеряется греш ность измерения относительной влажи не учитывается в формуле для подсчета ности воздуха, предварительно для относительной влажности воздуха разреже- минимального измеряемого значения отноние в измерительной камере, в которой ус- 5 сительной влажности находят зависимость тэновлен. психрометр, хотя величина этого погрешности ее измерения от температуры разрежения соизмерима с упругостью водя- (фиг. 3), по которой для заданного значения ных паров в воздухе при положительных погрешности определяют нижнее значение температурах, близких к0 С, во-вторых, по- температуры сухого термометра. Верхним томучто воздух, поступающий ксухомутер- 10 значением интервала температур сухого мометру, увлажняется парами воды из термометра принимается точка кипения ворезервуара с водой и фитиля, переносимы- ды при рабочем давлении (B+Pc). Погрешми с конвективными циркуляционными те- ность измерения относительной. влажности чениями; в результате чего снижается воздуха при этом снижается до+0,5 — 2 Д. температура сухого термометра и сама 15, Измерение температур производят в психрометрическая разность температур, а следующем порядке. следовательно, завышается и измеряемая Вначале измеряюттемпературу воздуха величина относительной влажности воздуха в исследуемом объеме, э спустя промежуток и, в-третьих, потому что известный способ времени, достаточный для прохождения измерения относительной влажности воз- 20 пробы от него до измерительной камеры, духа допускает измерение психрометриче- измеряют психрометрическую разность ской разности температур в измерительной температур. камере при любых положительных (задан- Относительную влажность воздуха в исных) значениях температуры воздуха по следуемом объеме (воздуховоде). измеряемокрому термометру, т.е. с разными по-. 25 мую по предлагаемому способу с учетом грешностями измерений, которые при тем- статического давления в измерительной кап ературах, близких к 0 С и малых . мере, вычисляют по формуле

p = (Р н — А (В + Рс) .(tc.л. — тм))/Р2н, гают+ " и гают+ 7 и более. где p — относительная влажность воздуха в

Цель изобретения — повышение точно- 30 исследуемом объеме; сти дистанционного измерения относитель- Рь — упругость насыщенного водяного ной влажности воздуха как при параприизмеренномзначениит визмериотрицательныхтемпературах, так и при тем- тельной камере о

1 пературах выше 100 С, и при давлении, от- А — психрометрический коэффициент, личающемся от атмосферного, 35 имеющий постоянное значение при заданУказанная цель достигается тем, что:в ной скорости обдува термометров воздуспособе измерения относительной влажно- хом; сти воздуха, включающем отбор пробы воз- 8 — барометрическое давление; духа вентилятором. ее нагрев в рекупера- Pc — статическое избыточное давление тивном теплообменнике, измерение псих-. 40 воздуха в измерительной камере, измеренрометрической разности температур сухого ное манометром; и мокрого термометров в измерительной ка- tc,>.,t> — температура воздуха, измеренмере, температуры сухого термометра в ис- ная сухим и мокрым термометрами в измеследуемом объеме, барометрического рительной камере; давления атмосферного воздуха и парци- 45 Р н — упругость насыщенного. водяного альных давлений водяных паров до и после пара при температуре воздуха, измеренной нагрева пробы, в измерительной камере сухим термометром в исследуемом объеме вентилятором поддерживают положитель- (воздуховоде). ное избыточное давление Рс, которое изме- Поставленная цель достигается тем, что ряют манометром и вводят в формулу для 50 в устройстве для измерения относительной вычисления относительной влажности воз- влажности воздуха, содержащем два сухих духа как поправку к барометрическому дав- и один мокрый термометры, вентилятор, налению (В+Р ), а температуру воздуха по . греватель и измерительную камеру с водясухому термометру, поступающего в изме- ным резервуаром для смачивания фитиля рительную камеру, регулируют при помощи 55 мокрого термометра, вентилятор установнагревателя или охладителя в интервале лен перед измерительной камерой и создатемператур,обеспечивающемзаданнуюпо-, ет в ней положительное избыточное грешность измерения относительной влаж- давление, измеряемое манометром, для охности воздуха. Для определения нижнего лаждения проб воздуха, имеющих темперазначения температуры сухого термометра, 1723511 туру 1000С и выше, дополнительно установ- (кривая 1 для p = 1000, кривая 2 для р = лен воздухоохладитель, а вместо сухого и = 10 ), мокрого термометров в измерительной ка- Л Рп(Рп — относительная погрешность мере установлен аспирационный психро- измерения парциального давления водяных метр Ассмана, обеспечивающий обдув 5 паров в исследуемом объеме при помощи термометров со скоростью 2 м/с и выше. психрометра,установленноговиэмерительПри этом в измерительной камере установ- ной камере (кривая.3 для р 100, кривая лена перегородка между сухим и мокрым 4 для р= 10 ); термометрами, резервуар с водой для сма- к Р н/PzH — относительная погрешность чивания мокрого термометра вынесен из из- 10 измерения парциального давления насымерительной камеры, а фитиль для щенного водяного пара при температуретс увлажнения шарика мокрого термометра в исследуемом объеме 9 (кривая 5); проложен B Lf"oáðàçHîé трубке, присоеди- « — температура по сухому термометру ненной одним концом к резервуару с водой. в исследуемом объеме 9.

Предлагаемые приемы при производст- 15 Устройство для дистанционного измеве дистанционного измерения относитель- рения отнОсительной влажности воздуха ной влажности воздуха в интервале (фиг. 1 и 2) включает сухой термометр 1, температур сухоготермометра, обеспечива- . мокрый термометр 2 с приспособлением 3 ющем заданную погрешность измерения, и . для увлажнения датчика, Датчики сухого и положительном превышениидавления виэ- 20 мокрого термометров расположены в гермерительной камере, имеющей перегород- метичной измерительной камере 4, имеюку и психрометр Ассмана, обеспечивают, щей продольную перегородку 5, согласно способу, снижение погрешности соединеннойвоэдухопроводомсвентилятоизмерения, а дополнительный охладитель ром 6 и теплообменниками 7и 8, которые воздухарасширяетдоверительныепределы 25 соединены с исследуемым объемом 9 при измерения психрометрического способа и помощи дистанционного воздухопровода тем самым обеспечивается достижение це- 10. В исследуемом объеме 9 установлен дат. ли. изобретения, чик 11 температуры, соединенный дистанОсуществление дистанционного изме- ционными .проводами 12 с вторичным рения относительной влажности воздуха 30 прибором 13, установленным на контрольпредлагаемым способом поясняется черте- ном щите 14;Давление воздуха измеряется . жом, изображенным на фиг. 1 и 2, и графи- барометром 15, давление в. измерительной ками относительных погрешностей камере 4- манометром t6. измерения h (p/p= f (tc.n,), Ь Pn/Pn = < {тс.n.) . При дистанционном измерении относиЛ Р н/Р н = f {т ), представленными на фиг. 35 тельной влажности воздуха, заключенного в

3, которые находятся предварительно для исследуемом объеме 9, проба воздуха из определения требуемого значения темпера- него забирается вентилятором 6 и продуватуры сухого термометра 1 . ., при которой ется через дистанционный воздуховод 10, производят измерение психрометрической рекуперативные теплообменники 7 и 8 и разности температур и обеспечивается за- 40 герметичную измерительную камеру 4, в коданная максимальная погрешность измере- торой расположены датчики сухого 1 и мокния минимального значения относительной рого 2 термометров, отделенные друг от влажности воздуха. друга перегородкой 5. Скорость обдува датЗаштрихованная область а — b-с — d ха- чиков сухого и мокрого термометров воздурактеризует возможные погрешности изме- 45 хом, равная 2 м/с и выше, обеспечивается рения относительной влажности прелагае- вентилятором 6 и вентилятором аспираци-. мого способа при tc.n. > 40 С (полученной в онного йсихрометра 17. примере 1 для заданного значения Л р/ < Температура воздуха в герметичной ка< 0,05.при измерении p = 10 ). Область мере 4 регулируется при помощи теплообе-f — b — с характеризует возможные погреш- 50 менников 7 и 8 и поддерживается в ности измерения при неопределенном, но интервале между минимальным значением, положительном значении температуры мок- определенным предварительно по заданрого термометра гм, принятом у прототипа. ной максимальной погрешности измерения, Погрешности измерения (фиг. 3) связаны со- и точкой кипения воды при давлении в камеотношением 55 ре 4 (фиг. 3, область а-b-c-d), hp(р =h, Р./Р. + APz./Pz., По результатам измерений температур где Ь<р/p — относительная погрешность из- и давлений вычисляют парциальное давлемерения относительной влажности воздуха ние водяных паров в измерительной камере

4, которое равно таковому в исследуемом

1723511

10 объеме 9, и вычисляют искомую относительную влажность воздуха по формуле

1= Рп/Р2н = (Р1н A (В +

+ Рс) (тс.п. 1м))/Р2н, где у — относительная влажность воздуха в исследуемом объеме 9;

P> — парциальное давление водяных паров в исследуемом объеме 9 при tc, равное 10 парциальному давлению водяных паров в измерительной камере 4 при tc.ï., Р2н — давление насыщенного водяного пара при температуре tc в исследуемом объеме 9; 15

Р1н — давление насыщенного водяного пара при температуре tM, А — постоянный психрометрический коэффициент;

 — барометрическое давление атмос- .20 ферного воздуха;

Рс — статическое избыточное давление в камере 4;

tc.n., тм — тЕМПЕратура ВОЗдуХа В КаМЕрЕ

4 по сухому и мокрому термометрам. 25

Пример. Способ был реализован при измерении относительной влажности газа в изотермическом вагоне с азотным охлаждением после предварительного опробования в лабораторных условиях. 30

Измерительная камера имеет продольную перегородку и размеры 150 х 100 х 80 мм с присоединенным патрубками к ней сверху а с пира цион н ы м психрометром Ассмана, вентилятор и нагреватель были уста- 35 новлены в вагоне-лаборатории и последовательно соединены. между. собой резиновым шлангом с внутренним диаметром 26 мм. Всас вентилятора соединяли с контролируемым изотермическим вагоном 40 при помощи такого же резинового шланга длиной 24 м.

Реэервуар с водой для смачивания мокрого термометра был прикреплен к наруж. ной поверхности стенки измерительной 45 камеры. К нижней части резервуара была присоединена резиновая Юобразная трубка диаметром 6 мм, которая другим концом соединялась с медной трубкой, укрепленной в стенке измерительной камеры, другой 50 конец которой находился внутри последней и был расположен ниже шарика мокрого термометра на 5 мм. Фитиль одним концом был укреплен на шарике мокрого термометра. Другой конец фитиля располагался в 55 трубке ниже уровня воды в резервуаре для смачивания мокрого термометра. Уровень воды в резервуаре находился ниже шарика мокрого термометра на 5 мм.

Температуру газового объема в изометрическом вагоне измеряли платиновым термометром сопротивления, установленным у входного конца резинового шланга.

Барометрическое давление измеряли контрольным барометром. Давление в измерительной камере измеряли водяным манометром. Парциальные давления насыщенных водяных паров определяли по таблицам насыщенного водяного пара. Вычисление относительной влажности газа в изометрическом вагоне. йроизводили по формуле .

q) = (Р1н А (В +.Рс) (тс.п. tM)j/Р2н. где у — относительная влажность воздуха;

Р1н — уПруГОСтЬ НаСЫщЕННОГО ВОдяНОГО пара при температуре мокрого термометра, тм, A=0,000662 — постоянный психрометрический коэффициент., принят по паспорту психрометра Ассмана;

В-758 мм рт.ст — барометрическое давление, измеренное контрольным барометром с точностью+ 0,225 мм рт.ст;

Рс = 110 Па — статическое избыточное давление в измерительной камере, измеренное водяным манометром с точностью

+10Па;

tc.п., tM — температура сухого и мокрого термометров, измеренная стеклянными ртутными термометрами с ценой деления

0,2 С, со шкалой 0-50 С, с точностью+ 0.1 С;

Р2н — УПРУГОСТЬ НаСЫЩЕННОГО ВОДЯНОГО пара при температуре tc в исследуемом объеме, которую измеряли при лабораторных исследованиях психрометром Ассмана с точностью «+0.1ОС, а при испытаниях изотермического вагона — термометром сопротивления ТСЕ 0879-01 с точностью + 0,5 С, Измерение психрометрической разно- " сти температур в измерительной. камере производили при tc.1. > 40 С, Это значение температуры сухого термометра было определено по графику зависимости погрешности измерения относительной влажности от температуры (фиг. 3),.полученного предварительно при лабораторных исследованиях, которое соответствует заданной максимальной погрешности измерения относительной влажности Л ф/ф = 0,05 для измеряемой величины p = 10%.

Погрешность измерения относительной влажности воздуха Лp/p в изотермическом вагоне при температуре воздуха в нем tc =

=+ 4, 0 и — 20 .С; вычисленная по известной формуле для предлагаемого способа, не

1723511

12 превышает заданного максимального значения 0,05 при p= 107 и 0,02 при p= 100, т.е. определяется областью а — Ь вЂ” с-d (фиг. 3), если измерение температур в измерительной камере и в изотермическом вагоне производится с точностью+ 0,1 С.

Использование предлагаемого способа ,измерения влажного воздуха позволяет повысить точность измерения во всем измеряемом температурном интервале от отрицательных значений температур до

100 С и выше, Формула изобретения

Способ измерения относительной влажности, заключающийся в том, что пробу воздуха подают на сухой и влажный термометры, определяют давление, при котором производят измерение температур термометрами, и по найденным значениям рассчитывают относительную влажность

5 воздуха, отличающийся тем,что,с целью повышения точности измерений, предварительно для минимального измеряемого значения относительной влажности находят при рабочем давлении зависимость

10 погрешности измерения от температуры воздуха, по которой для заданного значения погрешности определяют значение температуры, при производстве измерений температуру воздуха поддерживают в

15 интервале значений от найденного до соответствующего точке кипения воды при рабочем давлении.

1723511

Д.

0/д фУ дуб

104

ОРГ

Составитель А.Сидоров

Редактор М;Кобылянская Техред M.Müðråíòàë Корректор Э.Лончакова

Заказ 1062 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101