Psicrometru

Psicrometru ( altă greacă ψυχρός  - rece). Higrometru psicrometric - un dispozitiv care conține termometre  uscate și umede pentru măsurarea indirectă a umidității gazelor , în principal a aerului , prin scăderea temperaturii unui solid umezit  - un senzor de temperatură ; umiditatea gazului se calculează cu ajutorul unei formule psihrometrice prin diferența de temperatură dintre termometrele uscate și cele umede [1] .

Cum funcționează

Evaporarea apei duce la răcirea acesteia, cu cât este mai mare, cu atât umiditatea aerului în contact cu apa este mai mică. Prin diferența dintre temperaturile aerului (numită temperatură a bulbului uscat în psihrometrie ) și a stratului de suprafață al apei (numită temperatură a bulbului umed , sau temperatură a bulbului umed [2] , sau temperatura bulbului umed [3] ) se poate determina umiditatea aerului. În acest caz, este necesar să se țină seama de faptul că umiditatea evaporată rămâne în vecinătatea senzorului de temperatură (de exemplu, balonul unui termometru lichid umed ), crescând local umiditatea aerului de acolo. Pentru a elimina acest efect, la măsurarea umidității , se folosește aspirația , suflând termometrele cu gazul analizat (aer) [4] .

Umiditatea relativă a aerului , % , reflectă gradul de saturație a aerului cu vapori de apă și este egală prin definiție cu [5] [6] [7] [8]

unde  este umiditatea absolută a aerului ( densitatea parțială a vaporilor de apă în aer umed [9] [10] , concentrația de masă a vaporilor de apă în aer [11] [12] ) la temperatura bulbului uscat ;  - cea mai mare umiditate absolută realizabilă, adică densitatea vaporilor de apă saturați la temperatură [8] .

Considerând vaporii de apă drept gaz ideal , raportul de densitate poate fi înlocuit cu raportul de presiune [9] [13] [14] și se poate obține o formulă aproximativă folosită frecvent, care este practic echivalentă cu cea anterioară [15] [16 ] ] [8] :

în care  este presiunea parțială a vaporilor de apă în aer la o temperatură de ;  este presiunea vaporilor de apă saturați la această temperatură. Valoarea umidității relative poate varia de la 0 pentru aerul uscat la 100% pentru aerul saturat.

Pentru a calcula umiditatea absolută a aerului , se utilizează formula Regnault [6]

din care rezultă expresia pentru umiditatea relativă a aerului cu temperatura :

Iata si  sunt temperaturile bulbilor uscati si respectiv umezi, °C ;  - densitatea vaporilor de apă saturați la temperatura unui termometru uscat, g/m 3 ;  - densitatea vaporilor de apă saturați la temperatura bulbului umed, g/m 3 ;  — presiunea atmosferică , mm Hg. Artă. ;  - coeficient psihrometric egal cu 0,00128 pentru aerul calm, 0,0011 pentru aerul mobil și 0,00074 pentru atmosfera liberă [17] . Dependența coeficientului psicrometric de viteza aerului , m/s , este dată de formula Zworykin [18] :

Deoarece temperatura senzorului cu bulb umed este mai mică decât temperatura aerului ambiant, există o mică mișcare locală a aerului în apropierea acestuia ( ) și coeficientul psicrometric nu merge la infinit, după cum rezultă din formula Zworykin pentru , dar este egal cu deasupra valorii finite [18] .

Valoarea numerică a coeficientului psicrometric depinde de alegerea unităților de presiune, prin urmare, în acest articol, de dragul uniformității, a fost necesar să se aplice peste tot o unitate de măsură a presiunii în afara sistemului - mm Hg. Artă. , folosit în acele surse din care sunt împrumutate valorile .

Valorile coeficienților psihrometrici pentru diferite viteze ale aerului sunt prezentate mai jos.

Pentru psihrometrele de aspirație, la calcularea umidității relative a aerului se poate folosi formula Shprung [20] , obținută din formula Reno prin substituirea valorii coeficientului psicrometric corespunzător vitezei aerului de 5  m/s în acesta . Din formula Shprung, urmează o expresie pentru calcularea umidității relative a aerului la o viteză specificată a mișcării sale:

Valorile și sunt preluate din literatura de referință [21] [22] (datele de referință indică adesea nu densitatea vaporilor de apă, ci valoarea sa reciprocă - volumul specific [23] [24] [25] [26] al vapori de apă saturati), sunt calculate folosind calculatoare online [27] [28] sau, presupunând că vaporii de apă sunt un gaz ideal , se găsesc folosind ecuația de stare a gazului ideal . În acest din urmă caz, se utilizează un raport care raportează densitatea vaporilor de apă saturați, g/m3 , la presiunea sa parțială, mm Hg. Artă. , și temperatura, °С [29] :

și presiune parțială, mm Hg. Artă. , pentru temperaturile aerului exprimate în °С se calculează conform ecuației Buck modificată , împrumutată din articolul Umiditate relativă și diferită de rezultatul original al lui Buck [30] dat în articolul Umiditate relativă :

Dacă este necesar, din valorile umidității relative, puteți afla umiditatea absolută a aerului [31] [27] , precum și temperatura punctului de rouă folosind un calculator online [32] sau folosind formulele și tabelul din articolul Punct de rouă .

Dispozitiv

Cel mai simplu psicrometru static al lui August [5] [33] [17] constă din două termometre cu alcool identice situate la o distanță de 4-5 cm [34] [17] unul de celălalt. Un termometru este obișnuit pentru măsurarea temperaturii aerului ( termometru uscat ), iar al doilea are un dispozitiv de umidificare: un balon cu alcool al unui termometru umed (umed) este învelit cu 1-2 straturi de țesătură ( batistă , șifon , tifon [33] ) bandă, al cărei capăt se află în rezervorul cu apă [35] . Este indicat sa se foloseasca apa distilata sau, in cazuri extreme, fiarta pentru a incetini depunerea sarurilor, ducand la infundarea capilarelor benzii si la uscarea rapida a acesteia. Capacitatea țesăturii de a umezi balonul termometrului este, de asemenea, afectată de praful aerului; țesătura este înlocuită pe măsură ce își pierde higroscopicitatea [33] [36] . Datorită efectului capilar , materialul umezește continuu balonul termometrului; Termometrul umidificat se răcește din cauza evaporării umidității. Se fac citiri ale termometrelor uscate și umede și se găsește umiditatea relativă a aerului fie conform unui tabel psicrometric [37] , fie conform unei nomograme  - un grafic psicrometric (diagrama psicrometrică) [38] [39] , fie folosind un calculator online [ 40] . La o umiditate relativă de 100%, apa nu se va evapora deloc și citirile ambelor termometre vor fi aceleași [15] . Pentru măsurători precise, în cazul unei abateri a presiunii atmosferice de la cea nominală, fie se ia în considerare o modificare a rezultatelor obținute din tabelul psicrometric [41] , fie se efectuează un calcul folosind formula Regno. Designul psicrometrului poate include un ventilator pentru suflarea aerului peste ambele termometre. Viteza de suflare este de obicei 0,5-2 m/s ; pentru psihrometrele instalate în conductele de aer, viteza de suflare poate ajunge la 8 m/s [36] . Fiecare psicrometru este însoțit de un tabel și/sau grafic psicrometric [42] , care ia în considerare caracteristicile unei anumite serii de instrumente și este conceput pentru a oferi cele mai fiabile rezultate ale măsurătorilor umidității relative.

Tipuri de psihrometre

Psihrometrele moderne non-domestice pot fi împărțite în trei categorii: stație, aspirație și distanță. În psihrometrele de stație, termometrele sunt montate pe un suport special într-o cabină meteorologică. Principalul dezavantaj al psihrometrelor de stație este dependența citirilor termometrului umidificat de viteza fluxului de aer din cabină. Psicrometrul stației principale este psicrometrul august [43] .

Într-un psicrometru de aspirație (de exemplu, psicrometrul lui Assman [5] [44] [45] [43] ), termometrele cu mercur identice sunt amplasate într-un cadru special nichelat care le protejează de deteriorarea și radiația termică de la obiectele din jur, unde acestea sunt suflate de fluxul de aer de testare cu o viteză constantă de aproximativ 2 m/s datorită aspirației (aspirației) aerului cu ajutorul unui ventilator mecanic sau electric . Înainte de muncă, banda de material textil a unui termometru umed este umezită cu apă distilată dintr-o pipetă specială cu un bec de cauciuc; pentru măsurători pe termen lung, umidificarea se repetă periodic [45] . Se fac citiri ale termometrelor uscate și umede și se găsește umiditatea relativă fie conform tabelului psicrometric [46] , fie conform graficului psicrometric [47] [48] sau nomogramei [49] . Organizația Meteorologică Mondială recomandă utilizarea următoarei formule [50] , care ia în considerare efectul presiunii atmosferice, pentru a calcula umiditatea relativă a aerului pe baza rezultatelor măsurătorilor efectuate cu ajutorul psicrometrului Assmann :

Alegerea unităților pentru presiunile incluse în această expresie (presiunea vaporilor de apă saturați la temperatura unui bulb uscat ), (presiunea vaporilor de apă saturați la temperatura unui bulb umed ) și (presiunea atmosferică) este arbitrară; este important doar ca toate cele trei cantități enumerate mai sus să fie exprimate în aceleași unități.

La temperatura pozitivă a aerului, un psicrometru de aspirație este cel mai fiabil instrument pentru măsurarea temperaturii și umidității aerului. În psihrometrele de la distanță, termometrele de rezistență sunt de obicei folosite ca fiind cele mai precise și mai stabile.

Vezi și

• Umiditate absolută
• Abur saturat
• Umiditate relativă
• punct de condensare

Note

1. ↑ RMG 75-2014. Măsurătorile de umiditate ale substanțelor. Termeni și definiții, 2015 , p. 6-7.
2. ↑ Barmasov A. V., Kholmogorov V. E., Curs de fizică generală pentru utilizatorii naturii. Fizica moleculară și termodinamică, 2009 , p. 427.
3. ↑ Filonenko G.K., Lebedev P.D., Drying plants, 1952 , p. 214-216.
4. ↑ RMG 75-2014. Măsurătorile de umiditate ale substanțelor. Termeni și definiții, 2015 , p. 7.
5. ↑ 1 2 3 Kochish I. I. et al., Practicum on zoohygiene, 2015 , p. 21.
6. ↑ 1 2 Kuznetsov A. F. et al., Workshop on veterinary sanitation, zoohygiene and bioecology, 2013 , p. 23.
7. ↑ Hrustalev B.M. et al., Termodinamică tehnică, partea 1, 2004 , p. 318.
8. ↑ 1 2 3 Baer G.D., Termodinamică tehnică, 1977 , p. 266.
9. ↑ 1 2 Aleshkevich V. A., Fizica moleculară, 2016 , p. 168.
10. ↑ G. D. Baer, ​​​​Termodinamică tehnică, 1977 , p. 265.
11. ↑ Hrustalev B.M. et al., Termodinamică tehnică, partea 1, 2004 , p. 314.
12. ↑ Alabovsky A. N., Neduzhiy I. A., Termodinamică tehnică și transfer de căldură, 1990 , p. 75.
13. ↑ Alexandrov N. E. et al., Fundamentals of the theory of thermal processes and machines, part 1, 2012 , p. 422.
14. ↑ Alabovsky A. N., Neduzhiy I. A., Termodinamică tehnică și transfer de căldură, 1990 , p. 76.
15. ↑ 1 2 Myakishev G. Ya. și colab., Fizica. Clasa 10. Nivel de bază, 2014 , p. 233.
16. ↑ Hrustalev B.M. et al., Termodinamică tehnică, partea 1, 2004 , p. 318, 336.
17. ↑ 1 2 3 Medvedsky V. A., Igiena animalelor, 2005 , p. 22.
18. ↑ 1 2 3 Filonenko G.K., Lebedev P.D., Instalații de uscare, 1952 , p. 214.
19. ↑ Gubernsky Yu. D., Orlova N. S. Psychrometer / Big Medical Encyclopedia in 30 volumes, 3rd ed., 1983, vol. 21 . Preluat la 9 iulie 2018. Arhivat din original la 9 iulie 2018. (nedefinit)
20. ↑ Kuznetsov A.F. et al., Workshop on veterinary sanitation, zoohygiene and bioecology, 2013 , p. 25.
21. ↑ Densitatea vaporilor de apă saturați la diferite temperaturi.
22. ↑ Presiunea și densitatea vaporilor de apă saturați.
23. ↑ Zelentsov D.V., Termodinamică tehnică, 2012 , p. patru.
24. ↑ Novikov I.I., Termodinamică, 2009 , p. 13.
25. ↑ Murzakov V.V., Fundamentele termodinamicii tehnice, 1973 , p. 13.
26. ↑ Vukalovich M.P., Novikov I.I., Termodinamică, 1972 , p. 13.
27. ↑ 1 2 Umiditatea absolută a aerului și umiditatea relativă a aerului. Arhivat 13 iulie 2018 la Wayback Machine Pentru abur saturat,  %.
28. ↑ Calculator: Tabel cu proprietățile aburului saturat în funcție de temperatură. Arhivat 13 iulie 2018 la Wayback Machine Pressure in mmHg abs , volum specific în m 3 /kg .
29. ↑ Hrustalev B.M. et al., Termodinamică tehnică, partea 1, 2004 , p. 315.
30. ↑ Arden L. Buck. Noi ecuații pentru calcularea presiunii de vapori și a factorului de îmbunătățire . Societatea Americană de Meteorologie (1981). (nedefinit)
31. ↑ Transformarea umidității relative în absolută.
32. ↑ Determinarea punctului de rouă. . Preluat la 13 iulie 2018. Arhivat din original la 13 iulie 2018. (nedefinit)
33. ↑ 1 2 3 Kuznetsov A.F. et al., Workshop on veterinary sanitation, zoohygiene and bioecology, 2013 , p. 17.
34. ↑ Kochish I. I. et al., Practicum on zoohygiene, 2015 , p. 19.
35. ↑ Buharova G. D., Molecular physics and thermodynamics, 2017 , p. 89.
36. ↑ 1 2 Filonenko G.K., Lebedev P.D., Instalații de uscare, 1952 , p. 215.
37. ↑ Tabel psicrometric.
38. ↑ Diagrama psicrometrică pentru psicrometrul static din august și o presiune barometrică de 745 mmHg. Artă.
39. ↑ Nomogramă psicrometrică pentru aer calm.
40. ↑ Determinarea umidității aerului prin metoda psihrometrice. Arhivat pe 13 iulie 2018 pe calculatorul Wayback Machine Online.
41. ↑ Blyudov V.P. și colab., General Heat Engineering, 1952 , p. 68.
42. ↑ Medvedsky V.A., Igiena animalelor, 2005 , p. 24.
43. ↑ 1 2 Ce sunt psihrometrele - Big Medical Encyclopedia . bigmeden.ru (9 ianuarie 2011). Preluat la 31 mai 2019. Arhivat din original la 8 februarie 2012. (Rusă)
44. ↑ Kuznetsov A.F. et al., Workshop on veterinary sanitation, zoohygiene and bioecology, 2013 , p. 16.
45. ↑ 1 2 Medvedsky V. A., Igiena animalelor, 2005 , p. 28.
46. ↑ Determinarea umidității relative a aerului în funcție de citirile psihometrului Assmann.
47. ↑ Grafic pentru determinarea umidității relative a aerului cu ajutorul psicrometrului Assmann (linia verticală - temperatura bulbului uscat, linia oblică - temperatura bulbului umed).
48. ↑ Nomograma psicrometrică pentru viteza aerului 5 m/s.
49. ↑ Nomogramă pentru determinarea umidității relative a aerului în funcție de citirile psihometrului Assman.
50. ↑ Formule psihrometrice pentru psicrometrul Assmann / Ghidul OMM privind instrumentele și metodele meteorologice de observare (WMO-Nr. 8, Ghidul CIMO, ediția 2014, actualizat în 2017), p. 163. . Preluat la 13 iulie 2018. Arhivat din original la 13 iulie 2018. (nedefinit)

Literatură

• Alabovsky A. N., Neduzhiy I. A. [www.libgen.io/book/index.php?md5=912B109BFC2B21750F57B92F97541760 Termodinamică tehnică și transfer de căldură]. - Ed. a 3-a, revizuită. si suplimentare - Kiev: Liceu, 1990. - 256 p. — ISBN 5-11-001997-5 .  (link indisponibil)
• Alexandrov N. E., Bogdanov A. I., Kostin K. I. et al . Partea I] / Ed. N. I. Prokopenko. - M .: Binom. Laboratorul de cunoștințe, 2012. - 561 p. - ISBN 978-5-9963-0833-0 .  (link indisponibil)
• Aleshkevich V. A. Fizică moleculară. - M. : Fizmatlit, 2016. - 308 p. — (Curs universitar de fizică generală). — ISBN 978-5-9221-1696-1 .
• Barmasov A.V., Kholmogorov V.E. Fizică moleculară și termodinamică]. - Sankt Petersburg. : BHV-Petersburg, 2009. - 500 p. — (Literatura educațională pentru universități). — ISBN 978-5-94157-731-6 . Arhivat pe 29 noiembrie 2017 la Wayback Machine
• Blyudov V. P., Vyrubov D. N., Kornitsky S. Ya. și colab . S. Ya. Kornitsky și Ya. M. Rubinshtein. - Ed. a II-a, revizuită. si suplimentare - M. - L .: Gosenergoizdat , 1952. - 520 p.  (link indisponibil)
• Buharova GD Fizică moleculară și termodinamică. Metoda de predare. - Ed. a II-a. - M. : Yurayt, 2017. - 221 p. — (Licență. Curs academic. Modul). - ISBN 978-5-534-01570-6 .
• Baer G.D. [download1.libgen.io/ads.php?md5=F54DE2B5B715C97EA3375A180801C390 Termodinamică tehnică]. — M .: Mir , 1977. — 519 p.  (link indisponibil)
• Vukalovich M. P. , Novikov I. I. [www.libgen.io/book/index.php?md5=5A8604DA12A1051E58F7DE541E828E05 Termodinamică]. - M . : Mashinostroenie, 1972. - 671 p.  (link indisponibil)
• Zelentsov D. V. [www.libgen.io/book/index.php?md5=912B109BFC2B21750F57B92F97541760 Termodinamică tehnică]. - Samara: Statul Samara. arhitect.-construieste. un-t, 2012. - 140 p. — ISBN 978-5-9585-0456-5 .  (link indisponibil)
• Kochish I.I., Vinogradov P.N., Volchkova L.A. , Nesterov V.V. — Ed. a II-a, corectată. si suplimentare - Sankt Petersburg. : Lan, 2015. - 428 p. - (Manuale pentru universităţi. Literatură specială). - ISBN 978-5-8114-1272-3 .  (link indisponibil)
• Kuznetsov A. F., Rodin V. I., Svetlichkin V. V. și colab . - Sankt Petersburg. : Lan, 2013. - 512 p. - (Manuale pentru universităţi. Literatură specială). - ISBN 978-5-8114-1497-0 .  (link indisponibil)
• Medvedsky V. A. Igiena animalelor. Director. - Minsk, 2005. - 566 p.
• Murzakov V.V. [www.libgen.io/book/index.php?md5=1520FD674745F5543546798CF4B6211E Fundamentele termodinamicii tehnice]. — M .: Energie , 1973. — 304 p.  (link indisponibil)
• Myakishev G. Ya., Bukhovtsev B. B., Sotsky N. N. [download1.libgen.io/ads.php?md5=2DF6FE958DA8202CD5312FF0FCD35F30 Fizica. Clasa 10. Manual pentru organizațiile educaționale. Nivel de bază] / Ed. prof. N. A. Parfent'eva. - M . : Educație, 2014. - 417 p. - (Curs clasic). - ISBN 978-5-09-028225-3 .  (link indisponibil)
• Novikov I. I. [www.libgen.io/book/index.php?md5=2684B3A86FCFE2D892518443B7C52CFC Termodinamică]. — Ed. a II-a, corectată. - Sankt Petersburg. : Lan, 2009. - 590 p. - (Manuale pentru universităţi. Literatură specială). - ISBN 978-5-8114-0987-7 .  (link indisponibil)
• Recomandări pentru standardizarea interstatală RMG 75-2014. Sistem de stat pentru asigurarea uniformității măsurătorilor. Măsurătorile de umiditate ale substanțelor. Termeni și definiții . - M. : Standartinform, 2015. - iv + 16 p.
• Filonenko G.K., Lebedev P.D. [download1.libgen.io/ads.php?md5=A0C8BA65FACBBD98C1D8651EF4FB6955 Uscătoare]. - M. - L .: Gosenergoizdat , 1952. - 264 p.  (link indisponibil)
• Khrustalev B.M., Nesenchuk A.P., Romanyuk V.N. [download1.libgen.io/ads.php?md5=A15813EB21990B8C9332AC6CC28179E8 Termodinamica tehnica. În 2 părți. Partea 1]. - Minsk: Technoprint, 2004. - 487 p. — (Licență. Curs academic. Modul). — ISBN 985-464-547-9 .  (link indisponibil)

Galerie

• Psicrometru de aspirație Assmann

• Schema psicrometrului de aspirație Assmann

Link -uri

• Ghidul OMM privind instrumentele și metodele meteorologice de observare, capitolul 4: umiditatea. Organizația Mondială de Meteorologie  2006
• Demonstrarea psicrometrului și higrometrului în experiment (video)
• Psicrometru de casă