Měření vlhkosti vzduchu Úkol měření: 1) Orientačně změřte hodnoty vlhkosti vzduchu, kterou měníte zvlhčovačem pomocí profesionálního měřiče vzduchu, pomocí vlasového vlhkoměru a pomocí neprofesionálního měřiče vlhkosti. 2) Naměřené hodnoty vlhkosti zapište do tabulky a vyneste do grafu.. 3) Pro každou naměřenou hodnotu vlhkosti změřenou pomocí profesionálního měřiče spočítejte rosný bod. 4) Porovnejte naměřené hodnoty jednotlivých přístrojů a vysvětlete pravděpodobnou příčinu nalezené diference.
1. Základní pojmy a metody měření vlhkosti Měření vlhkosti vzduchu a vlhkosti plynů obecně je častou úlohou v meteorologii, potravinářství, papírenském a chemickém průmyslu, při úpravě vzduchu v budovách a v mnoha dalších odvětvích. Protože jednotlivé obory kladou různé požadavky na rychlost odezvy, přesnost, stabilitu, odolnost proti vodě, chemickou odolnost a rozměry senzoru i na náklady na měření, byla vyvinuta a používá se řada vlhkoměrů založených na odlišných principech snímání a vyhodnocování.
1.1
Definice vlhkosti
Vlhkost vzduchu udává obsah vodní páry v jednotkovém objemu vzduchu, který je v reálném stavu směsí suchého vzduchu a vodní páry, přičemž je závislá na teplotě. Při měření se obvykle používá některá z následujících tří jednotek: 1)
Absolutní vlhkost Φ udává hmotnost vodní páry v jednotce objemu vzduchu s obvyklou jednotkou gram na krychlový metr [g.m-3]. Jedná se tedy o měrnou hmotnost Pp. Obsah vodní páry ve vzduchu je omezený. Vzduch se vodní parou nasytí a další vlhkost již nepřijímá. Konkrétní hodnota vlhkosti závisí především na teplotě a s rostoucí teplotou roste.
2)
Relativní vlhkost φ udává poměr mezi skutečným a maximálním, nasyceným obsahem vody ve vzduchu. Udává se v procentech (%RH, %RV). Relativní vlhkost vyjadřuje tedy procentní nasycení suchého vzduchu vodní parou při dané teplotě. Z toho vyplývá, že suchý plyn má relativní vlhkost 0% a nasycený plyn vodní párou 100%. Tlak plynu je dán součtem parciálních tlaků jednotlivých složek. Tlak vlhkého plynu můžeme rozdělit na parciální tlak vodní páry a parciální tlak ostatních plynů. Parciální tlak vodní páry Pp může sloužit k určování vlhkosti. K určení vlhkosti plynu pomocí tlaku ještě potřebujeme znát hodnotu teploty a celkového tlaku plynu. Tímto způsobem se častěji vyjadřuje relativní vlhkost jako poměr parciálního tlaku vodní páry Pp k parciálnímu tlaku nasycené vodní páry Pp’’ při stejné teplotě. Platí vztah:
ϕ=
Pp " p
P
=
φ 100(%) φ"
(1.1)
kde: Pp…....parciální tlak par ve vzduchu, Pp“…..tlak sytých par při téže teplotě, Φ..……absolutní vlhkost vzduchu, Φ"……absolutní vlhkost nasyceného vzduchu. Též platí vztah:
ϕ=
Pc − Pp Pc − Pp"
kde: Pc…..celkový tlak směsi suchého vzduchu a vodní páry
(1.2)
3)
Měrná vlhkost χ je hmotové množství vodní páry připadající na 1 kg suchého vzduchu, tedy vlastně vodní obsah. Vyjadřuje se hmotnostním zlomkem, jako poměr hmotnosti vodní páry mp a hmotnosti suchého vzduchu mv. Udává se v jednotkách (kg×kg -1). Platí vztah:
χ=
mp
(1.3)
mv
kde: mp …..hmotnost vodní páry, mv …...hmotnost suchého vzduchu 4)
Teplota rosného bodu (DP) je teplotou, při které již vzduch není schopen přijímat žádnou páru. Jednotkou je Celsiův stupeň, popř. Kelvin. Při znalosti relativní vlhkosti a teploty lze rosný bod zjednodušeně vypočítat dle následujících vzorců:
log EW = 0.66077 + 7.5(
DP =
t + log10 ( RH ) − 2) 237 .3 + t
(1.4)
237.3(0.66077 − log EW ) log EW − 8.16077
(1.5)
kde: EW…...hodnota mezivýpočtu, t…...naměřená teplota (°C), RH…...relativní vlhkost (%), DP……rosný bod. Absolutní vlhkost vzduchu při nasycení vodní parou (100 %RH) při vybraných teplotách (rosných bodech) je uvedena v tab. 1. Tab.1 Hodnota absolutní vlhkosti vzduchu při nasycení vodní parou v závislosti na teplotě Teplota [°C]
Vlhkost [g/m3]
Teplota [°C]
Vlhkost [g/m3]
-100 -80 -60 -40 -20 0 10
0,000 018 0,000 6 0,011 0,120 0,888 4,87 9,44
20 25 30 40 60 80 100
17,4 23,1 30,5 51,3 130 292 591
1.2 Přehled metod měření vlhkosti Metody měření vlhkosti plynů se vyvíjely od prostých ukazovacích po současné vlhkoměry s elektrickým analogovým a popř. i číslicovým výstupem. K dispozici jsou v současné době především tyto dvě základní metody: 1. Metoda hygrometrická (sorpční metoda) - u této metody využijeme vhodných tuhých materiálů, které vlivem sorpční vlhkosti mění svůj elektrický odpor dielektrické vlastnosti, délku, apod. Tato metoda je velice jednoduchá a zároveň citlivá. Jednotlivé senzory pracující na základě této metody jsou podrobněji popsány v následující kapitole. 2. Metoda psychrometrická – S touto metodou pracují psychrometry. Při adiabatickém sycení vzduchu vodní parou je měřena tzv. teplota suchého a mokrého teploměru. Z psychrometrického rozdílu lze pak stanovit relativní vlhkost. Tato metoda je dána vztahem:
p m" p ϕ = " − s" A(t1 − t m ) p1 p1
(1.6)
kde: t1…...teplota suchého teploměru (°C), tm ….teplota mokrého teploměru (°C), p''m , p'1…… jsou parciální tlaky syté páry při teplotách tm, t1, p1“…..parciální tlak nenasyceného vzduchu, ps…..statický tlak, obvykle barometrický, A…..psychrometrická konstanta (K -1). Součinitel A je výrazně závislý na rychlosti proudění vzduchu kolem teploměru, nejvíce při hodnotách rychlosti proudění do 2,5 m⋅s-1. Při vyšších rychlostech jej lze považovat za konstantu. 3. Metoda měření rosného bodu – tato metoda využívá malé tělísko (kovové zrcátko), které se ochlazuje tak dlouho, dokud se jeho povrch neorosí. Teplota, u které dojde k orosení, se nazývá rosný bod, který charakterizuje vlhkost plynu. Tato metoda je univerzální. 4. Coulometrická metoda – Základ tvoří tenká vrstva oxidu fosforečného pohlcující z měřeného plynu vlhkost, která se hned elektrolyzuje proudem dodávaným z vnějšího zdroje. Při konstantním proudění plynu je dodávaný proud úměrný vlhkosti proudícímu plynu. Tato metoda je výhodná pro měření malých koncentrací vlhkosti. 5. Difúsní metoda – U této metody se využívá nestejné rychlosti difúse vodní páry a vzduchu pórovitou přepážkou. Tato metoda má dlouhou časovou konstantu a malou citlivost. 6. Měření sorpčního tepla – Tato metoda se uplatňuje u analýzy plynů. Vhodnou volbou sorpčního materiálu lze zajistit dostatečnou selektivitu. 7. Měření tepelné vodivosti – Tato metoda je pro měření vlhkosti málo citlivá a neselektivní. Tato metoda se více uplatňuje u analýzy plynů. 8. Rovnovážný elektrolytický teploměr – základ metody tvoří senzor, na jehož povrchu je nanesena vrstva roztoku chloridu litného, která se ohřívá tak dlouho, až tlak nad roztokem je
stejný jako tlak v měřeném plynu. Tato metoda je hodně podobná metodě měření rosného bodu, ale je jednodušší. 9. Chromatografické metody – Vlhkost se stanoví s ostatními složkami analyzovaného plynu. Je třeba zvolit vhodný druh náplně a režim kolony. 10. Metoda měření permitivity – metoda využívá rozdílnou permitivitu, kterou má suchý vzduch a vzduch nasycený vodními parami. 11. Metoda využívající monokrystal iontové soli – dochází k detekci změnodporu krystalu. Suchý krystal je nevodivý. Vlivem vlhkosti se krystal rozpouští a dochází ke zmenšení jeho odporu. 12. Spektrální metody – metoda využívá schopnosti atomů a molekul pohlcovat nebo vyzařovat elektromagnetické vlnění pouze určitých vlnových délek.
1.3 Metody měření vlhkosti plynů Protože jednotlivé obory kladou různé požadavky na rychlost odezvy, přesnost, stabilitu, odolnost proti vodě, chemickou odolnost a rozměry senzoru i na náklady na měření, byla vyvinuta a používá se řada vlhkoměrů založených na odlišných principech snímání a vyhodnocování.
1.3.1 Metoda hygrometrická Tato metoda využívá změny fyzikálně chemických vlastností různých materiálů, k nimž dochází při změně množství absorbované vody. Na senzory sorpčního typu jsou kladeny tyto požadavky: 1.
Odezva ve směru sorpce i desorpce má být rychlá s velmi malou hysterezí.
2.
Změna měřené veličiny musí být dostatečně velká a pokud možno lineárně závislá na relativní vlhkosti nebo rosném bodu.
3.
Kalibrační křivky by měly být stálé.
4.
Měření má být možné v širokém teplotním rozmezí a vliv teploty zanedbatelný
Nejstarší materiál používaný u této metody je odmaštěný lidský vlas. Další materiály jsou roztoky hygroskopických solí nanesených na pórovitých podložkách, polymery nebo směsi polymerů, oxidy a jiné anorganické sloučeniny. Dále se využívá sorpčních dějů na povrchu polovodičů. Vlhkost sorbována materiálem může působit na jeho hmotnost, objem, elektrický odpor, permitivitu .Sorpce je děj provázený vznikem tepla a při desorpci je teplo spotřebovaváno.
•
Dilatační vlhkoměry Hlavním představitelem je vlasový vlhkoměr. Lidský odmaštěný vlas změní svou délku o 2.5% až 3% při změně relativní vlhkosti z 0% na 100%. Dosahovaná přesnost je tedy kolem 3%. Tato závislost je nelineární a přibližně logaritmická. K zlepšení vlastnosti dochází při chemické úpravě vlasu např. odmaštění v eteru. Zlepší se linearita a zmenší se hystereze. Délková roztažnost vlasů může být jednoduše převedena pomocí pákového mechanismu na ručkový ukazatel hodnoty, který ukazuje relativní vlhkost přímo v procentech (obr.1). Pro poměrné prodlužování vlasu je dán přibližný vztah:
τ = kT log ϕ
(1.7)
kde: T ... absolutní teplota (K) k ... konstanta ϕ ... relativní vlhkost (%) Výchylka se občas převádí na elektrický signál pomocí odporového potenciometru nebo indukčního snímače. Výhodou vlasového vlhkoměru je, že pracuje spolehlivě při teplotách pod bodem mrazu. Nevýhodou je, že jsou tyto vlhkoměry choulostivé. Lze je použít nejvýše do 80°C. Není možné s nimi měřit vlhkost proudících plynů. Někdy se místo vlasů používají celuloidové pásky, jejichž vlastnosti jsou však horší a nebo lze též použít živočišnou blánu, která je napnutá v rámečku a na změnu vlhkosti reaguje změnou průhybu. Má ovšem podstatně menší životnost. Tyto vlhkoměry nejsou tak přesné, ale jsou velmi jednoduché. Metoda patří k historicky nejstarším.
Obr. 1 Vlasový vlhkoměr
•
Obr. 2 Leonardův vlhkoměr
Gravimetrické vlhkoměry Gravimetrický vlhkoměr přestavuje z meteorologického hlediska absolutní standard. Jeho princip je jednoduchý – vhodné sušidlo absorbuje vodní páru ze známého objemu vzduchu a zjišťuje se přírůstek jeho hmotnosti. Měření je ovšem zdlouhavé, zejména při malé vlhkosti, přístroj značně nákladný a použitelný pouze v laboratorních podmínkách. Slouží především k ověřování a kalibraci dalších standardů. První zkonstruovaný vlhkoměr pracující na sorpční metodě sestrojil Leonardo da Vinci (1452-1590). Bylo to někdy mezi léty 1480 a 1486. Podstata jeho vlhkoměru byla velice jednoduchá: vycházela z poznatku, že existují tzv. hygroskopické látky, tj. látky, které pohlcují ze vzduchu vlhkost (např. sůl, houba, bavlna atd.). Čím vlhčí jsou pak tyto látky, tím větší hmotnost přirozeně mají. A to už se nechá zvážit. Leonardo tedy umístil do jedné misky rovnoramenných vah vosk (který není hygroskopický) a do druhé hygroskopickou látku a za suchého počasí váhy seřídil na nulu. Tak, jak se počasí měnilo a s ním i vlhkost vzduchu, miska s těžší hygroskopickou látkou klesala dolů a vychylovala ručičku na stupnici, která ukazovala rozdíl hmotnosti obou látek ale vlastně také vlhkost vzduchu (obr.2). V současné době měření spočívá v plynu, který proudí třemi trubicemi tvarem U naplněnými chloristanem hořečnatým nebo oxidem fosforečným. První dvě trubice se po průchodu daného množství plynu zváží a z přírůstku hmotnosti a známého objemu plynu se spočítá střední hodnota vlhkosti. Třetí trubice je kontrolní a zabraňuje difúzi vlhkosti v opačném směru.
•
Odporové vlhkoměry Množství sorbované vody se posuzuje na základě změny elektrického odporu. Senzor využívá změny elektrolytické vodivosti, má tvar destičky opatřené elektrodami. Destička je většinou vyrobená z keramiky a na jejím povrchu je nanesena vrstva roztoku iontové soli,
nejčastěji chloridu lithného. Příkladem další struktury je Dunmorovo provedení, které používá polyvinylalkohol s přídavkem chloridu nebo bromidu lihného. Přívodní elektrody jsou platinové, provedené jako dvojitá spirála z drátu na válci z izolantu nebo jako dva hřebínky napařené na keramickém podkladu. Aby se předešlo polarizaci elektrod, je nutné měřit střídavým napětím. Velikost odporu je závislá na relativní vlhkosti , ale i na teplotě. Proto je potřeba měřit teplotu a danou soustavu teplotně stabilizovat. Závislost odporu na relativní vlhkosti je přibližně exponenciální (obr.3). Ačkoliv změna vodivosti pokrývá jenom třetinu až pětinu celkového rozsahu relativních vlhkostí 0 až 100 % (obr.3), různé koncentrace lithné soli umožňují měřit v různých pásmech. Senzor je citlivý na orosení (kondenzaci) a nelze ho použít při vyšších teplotách, přesto si udržuje své postavení zejména díky velké přesnosti (desetiny %RH) a poměrně dobré stabilitě. Tyto vlhkoměry nelze použít v prostředí s částicemi soli a s páry kyselin. Rychlost odezvy závisí na teplotě a pohybu vzduchu. Senzory se mohou vyrábět také z hygroskopických polymerů s přídavkem chloridu litného, styrenového kopolymeru a oxidů některých kovů. Posledně uvedený materiál má rychlou odezvu a netrpí hysterezí.
Obr.3 Typy a charakteristika odporových senzorů vlhkosti
•
Kapacitní vlhkoměry Tento senzor se svým složením blíží odporovým. Při sorpci vlhkosti materiálem se mění jeho elektrický odpor a kapacita, to znamená jeho impedance. Výhodou měření kapacity senzoru je jeho mimořádná citlivost, malý vliv znečištění a lze měřit nejenom vlhkost plynů, ale i kapalin. Princip každého kapacitního senzoru je kondenzátor, jehož dielektrikum tvoří tenká vrstvička materiálu vratně sorbujícího vlhkost z prostředí. Dielektrikum je film polymeru nebo kovového oxidu. Jedna z elektrod je děrovaná, umožňující okolnímu vzduchu kontakt s dielektrickým filmem. Přestože je množství absorbované vody poměrně malé, díky její velké dielektrické konstantě jsou změny kapacity měřitelné: řádově činí 0,1 % z celkové kapacity na každé % RH. Tyto senzory se vyrábějí také s integrovaným zpracováním signálu, kdy výstupem je místo kapacity mnohem přijatelnější elektické napětí, nebo dokonce digitální rozhraní. Kapacitní senzory se vyznačují malou závislostí údaje na teplotě, odolností vůči kondenzaci, dobou odezvy řádu desítek sekund, přesností v jednotkách %RH, poměrně dobrou odolností proti chemikáliím a vyšším teplotám, malými rozměry a v neposlední řadě nízkou cenou. Na obr.4 je zachycena závislost kapacity senzoru na relativní vlhkosti, která je téměř lineární. Měření bylo prováděno při 25°C.
Obr.4 Typy a charakteristika kapacitních senzorů vlhkosti
•
Vlhkoměry s vyhřívanými termistory Senzory využívají závislost tepelné vodivosti vzduchu na jeho vlhkosti. Senzor obsahuje dva stejné termistory, z nichž jeden je hermeticky uzavřen v suchém dusíku a druhý je přístupný okolnímu prostředí. Termistory jsou zapojeny do série a tvoří jednu větev můstku. Druhá větev obsahuje pevné rezistory a trimr k nulování. Průchodem proudu se termistory zahřívají a dosažená teplota závisí na stupni jejich ochlazování, tj. na tepelné vodivosti okolního plynu. Můstek se vynuluje při umístění senzoru v suchém vzduchu a přítomnost vodní páry způsobí jeho rozvážení. Senzor poskytuje signál úměrný absolutní vlhkosti. Jeho přednostmi jsou schopnost pracovat při vysokých teplotách (až 200°C) (obr.5) a vysoká chemická odolnost.
Obr.5 Typy a charakteristika vlhkoměrů s vyhřívanými termistory
•
Rezonanční vlhkoměry Množství vody sorbované materiálem se projeví na jeho celkové vlhkosti. Aby tato metoda mohla fungovat prakticky, musí splňovat základní předpoklady : 1. Množství sorbentu musí být malé, aby příliš mnoho sorbované vody neovlivňovalo koncentraci vodních par v měřeném plynu. 2.
Na povrchu sorbantu se musí rychle usazovat dynamická rovnováha mezi plynnou fázi a sorbantem pro rychlou odezvu.
3. Metoda pro měřeni změn hmotnosti musí být dostatečně rychlá.
Zapojíme-li křemíkový výbrus opatřený elektrodami do obvodu oscilátoru, bude frekvence výstupního vysokofrekvenčního napětí závislá na vlastnostech výbrusu (rozměřech, hmotnosti, úhlu). Za určitých zjednodušených podmínek platí :
Δf = K − Δ m
K=
(1.8)
f2 N ρS
(1.9)
kde: Δf…….změna frekvence způsobená změnou hmotnosti výbrusu o Δm, f….....vlastní frekvence oscilátoru, N……frekvenční konstanta závislá na úhlu řezu, ρ …...hustota křemene, S……plocha výbrusu, K……konstanta úměrnosti
1.3.2 Psychrometrická metoda Pro zjištění vlhkosti pomocí psychrometru je třeba měřit dvě teploty. První je měřena volně v prostředí a nazývá se teplotou suchého teploměru. Druhá, tzv. teplota mokrého teploměru je měřena pomocí teplotního senzoru, které je obaleno např. tkaninou, po které vzlíná ze zásobní nádobky voda. Ta se na senzoru odpařuje a v závislosti na okolní vlhkosti pak teploměr vykazuje rozdílnou (nižší) teplotu než suchý teploměr. U této metody se tedy určuje vlhkost vzduchu z údajů dvou teploměrů, z nichž jeden je mokrý (smočený vodou) a druhý udává teplotu měřeného plynu. Čím je relativní vlhkost menší, tím intenzivněji se odpařuje voda ze smočeného teploměru a tím vice se tento teploměr ochlazuje a je větší rozdíl teplot těchto dvou teloměrů. Podle tohoto rozdílu se určí pomocí tabulek nebo nomogramu tlak vodní páry a z něho relativní vlhkost. Čím je vzduch sušší, tím je větší teplotní rozdíl. Příčinou poklesu teploty je odpařování vody z knotu. Tato změna skupenství je doprovázena spotřebou odparného tepla. Intenzita odpařování závisí na relativní vlhkosti přiváděného vzduchu. Pokud by byl např. vzduch zcela nasycen, naměří oba teploměry stejnou hodnotu (k žádnému odpařování vody z knotu nemůže dojít). Množství vodní páry m., která se odpaří za jednotku času z povrchu mokrého teploměru, je :
m . = kSD ( pυ' m )
(1.10)
kde: S….. ...plocha, na které dochází k odpařování, D….. ...koeficient difůze vodní páry ve vzduchu, p’υm…...tlak nasycené vodní páry při teplotě mokrého teploměru, K……. konstanta. K odpaření tohoto množství vodní páry je třeba dodat množství tepla :
Q1. = Δhm . = Δ kSD ( pυ' m − p ' ) kde: Δh….. specifické výparné teplo vody,
´
(1.11)
p’….. tlak vodní páry ve vzduchu Přívod tepla k zásobníku mokrého terploměru se skládá ze dvou částí : 1. přívod tepla Q2. z měřeného vzduchu:
Q2. = α S (υ − υ m )
(1.12)
kde: α…..koeficient přestupu tepla mezi povrchem zásobníku mokrého teploměru a okolním prostředí. 2. přívod tepla Q3. teploměrem:
Q = λS ( . 3
'
υ − υm l
´
)
(1.13)
kde: λ….. koeficient tepelné vodivosti teploměru, S’…. průřez teploměru v místě smáčení, υ….. teplota suchého teploměru, υm….teplota mokrého teploměru, ( ( υ – υm ) / l )…veličina, která charakterizuje teplotní gradient ve směru délky l teploměru. Teplota mokrého teploměru se mění v závislosti na rozdílu tepla přivedeného a tepla spotřebovaného na odpaření :
(Q2. + Q3. ) − Q1. = c
dυ m dt
(1.14)
kde: C…..tepelná kapacita zásobníku mokrého teploměru. Dosadíme-li za Q1., Q2., Q3. do rovnice 1.14, dostaneme :
pυ' m − p ' C dυ m (υ − υ m ) − = λ A1 αS + S ' dt l
A1 =
kde: A1….. je psychometrická konstanta.
α+
(1.15)
λ S'
l S ΔhkD
(1.16)
V ustáleném stavu je :
dυ m =0 dt
(1.17)
Z rovnice 2.15 dostaneme psychrometrickou rovnici :
p ' = pυ' m − A1 (υ − υ m )
(1.18)
podle níž lze vypočítat tlak vodní páry, je-li známa konstanta A1. Ze vztahu 2.18 vyplývá, že psychrometrická konstanta bude záviset na teplotě vzduchu, na atmosférickém tlaku a na stupni turbulence vzduchu obtékajícího mokrý teploměr. Vliv difúsního koeficientu na atmosférickém tlaku můžeme vyjádřit vztahem:
D = D0 kde:
p0 pat
(1.19)
pat….. je atmosférický tlak, p0….. atmosférický tlak 101 kPa, D0…..koeficient difúze odpovídající tlaku p0. Psychrometrickou rovnici 1.18 lze přepsat na tvar:
p ' = pυ' m − Ap at (υ − υ m )
(1.20)
odkud se vypočítá psychrometrická konstanta A v jiném tvaru:
A=
α+
λ S'
l S ΔhkD0 p0
(1.21)
Tuto konstantu lze určit empiricky:
A = 10 −5 (65 + kde:
6.75
υ
)
(1.22)
v….. je rychlost proudění vzduchu v m.s-1.
Tento vztah se používá k přibližnému určení A pro v ≥ 1 m.s-1. Pro přesné měření se používá psychrometrických tabulek, které jsou vypočítány pro určitý atmosférický tlak a lze z nich odečíst, na základě psychrometrického rozdílu ( υ – υm ) a teploty vzduchu υ, parciální tlak vodní páry nebo rovnou hodnotu relativní vlhkosti. Na psychrometrickou konstantu má vliv take skupenství vody na povrchu mokrého teploměru. Všechny dosud uvedené hodnoty platí pro vodu v kapalném stavu. Je-li ale teploměr obalen ledem, stoupá tato konstanta asi o 12%. Z toho vyplývá, že přesnost stanovení relativní vlhkosti je mnohem závislejší na přesnosti měření psychrometrického rozdílu, než na přesnosti měření teploty suchého a mokrého teploměru. U elektrických psychrometrů se proto měří kromě teploty taky přímo psychrometrický rozdíl.
Chyba při stanovení relativní vlhkosti závisí na teplotě vzduchu, tvaru a rozměrech teploměru, vliv radiace, slunečního záření apod. Při nízkých teplotách chyba stoupá. Při velkých hodnotách relativní vlhkosti je psychrometrický rozdíl hodně malý, a proto se musí stanovovat s velkou přesností. Naopak při velmi malé vlhkosti se špatně určuje dokonalé smáčení mokrého teploměru. Přístroje založené na psychrometrickém principu můžeme rozdělit do dvou skupin: 1. Stabilní psychrometry (obr.6) bez nucené cirkulace měřeného plynu. Jsou také známy pod pojmem Assmanův psychrometr. U této metody může být chyba měření až ±20% relativní vlhkosti. 2. Aspirační psychrometry, (obr.7, obr.8) u kterých je konstantní průtok plynu zajišťováno buďto umělým větráním dosahující hodnoty alespoň 2,5 m×s-1, nebo turbínou poháněnou motorkem, která tak zaručuje.rychlost proudění větších než 2,5 m×s-1. U těchto větších rychlostí je hodnota psychrometrické konstanty A = 6,56 × 10-4 K-1. Přesnost při použití rtuťových teploměrů bývá asi ±1 až ±2% relativní vlhkosti při relativní vlhkosti plynu kolem 50%.
Obr.6 Assmanův psychrometr
Obr.7 Aspirační psychrometr
Obr. 8 Aspirační psychrometr- princip činnosti
Legenda k obrázku: 1…Teplomě “suché“ teploty, 2…Teploměr “mokré” teploty, 3…Smáčená punčoška, 4…Nádobka s vodou, 5…Ventilátor, v…rychlost proudění vzduchu, υ… teplota vzduchu ”suchá”, υm… teplota vzduchu”mokrá”. Moderní psychrometry mají zajištěny automatické doplňování vody pro měření teploty mokrého teploměru. Teplotním senzorem již většinou nebývá klasický kapalinový teploměr ale například odporové nebo termoelektrické senzory. Pak lze využít jejich elektrického výstupu k dalšímu zpracování informací. Není tedy nutno konečnou relativní vlhkost zjišťovat z tabulek, jestliže je součástí převodník pro přímý převod naměřených hodnot. Tyto psychrometry pak dosahují chyby měření kolem ±3 %. Přesto se nedoporučuje použití psychrometrů při dlouhodobém měření v uzavřeném prostředí a při vyšších teplotách.
1.3.3 Metoda měření rosného bodu Podstatou této metody je stanovení teploty povrchu vody, při níž se ustavuje dynamická rovnováha mezi množstvím vody vypařujícím se z tohoto povrchu a množstvím molekul vodní páry dopadajících na tento povrch z přilehlé vrstvy plynu. V rovnováze bude mít tuto teplotu vrstva plynu, která se přímo dotýká povrchu vody a relativní vlhkost této vrstvy bude 100%. Tím, že stanovíme teplotu, při které dochází k rovnováze, můžeme pomocí tabulek maximálních tlaků vodní páry nad vodou stanovit tlak vodní páry plynu. U některých vlhkoměrů se používá pro určení rosného bodu ochlazování senzoru tak dlouho, až se objeví kondenzát. V tomto okamžiku se přeruší chlazení a začne ohřev. Měří se teplota, při které se objevil kondenzát a teplota, při které zmizel. Střední hodnota vyčíslená z těchto dvou hodnot je považována za rovnovážnou. Takto určená teplota se od rosného bodu liší a tím vzniká jistá chyba, kterou nedokážeme početně vyjádřit. Vztah mezi relativní vlhkostí plynu a rosným bodem můžeme zapsat :
pT' = p0 exp[
ΔH 1 1 ( − )] R T0 T
(1.23)
Je-li při absolutní teplotě T relativní vlhkost Φ, bude tlak vodní páry:
p ' = Φ pT'
(1.24)
kde: pT’…..tlak nasycené vodní páry při teplotě T. Současně však platí vztah:
p ' = pυ' rb
(1.25)
kde: pυrb’…..tlak nasycené vodní páry při rosném bodu. a tedy:
pϑ' rb = Φ p T'
(1.26)
Do vztahu 1.26 dosadíme 1.23 a dostaneme:
p 0 exp[
ΔH 1 1 ΔH 1 1 ( − )] = Φ p 0 exp[ ( − )] R T0 υ rb R T0 T
(1.27)
Odtud pro rozsah teplot od T do υrb plyne vztah:
ln Φ = a dále platí:
ϑrb =
1 ΔH 1 ( − ) R T υ rb
1 1 R − ln Φ T ΔH
(1.28)
(1.29)
Rovnici diferencujeme podle Φ a dostaneme:
R 1 dϑrb ΔH Φ = 1 dΦ ( − R ln Φ ) 2 T ΔH
(1.30)
Tyto rovnice umožňují zjistit s jakou přesností je třeba měřit rosný bod, aby mohla být relativní vlhkost stanovena s danou přesností. Při nízkých teplotách je zapotřebí cca stejné přesnosti jako při teplotách vyšších, což u psychrometrické metody nejde. Nejstarší varianta kondenzačního vlhkoměru pracujícího na metodé měrění rosného bodu byla sestrojena Italem Galileem Galileim (1564-1642). Na malou, tenkou a vysoce leštěnou kovovou misku nalil trochu éteru. Vypařováním tohoto éteru, urychlovaného proudícím vzduchem, se miska ochlazovala. Když její teplota dosáhla teploty rosného bodu, její povrch se orosil. V tom okamžiku odečetl teplotu na teploměru, která byla závislá na vlhkosti vzduchu (obr.9).
Obr.9 Kondenzační vlhkoměry
Obr.10 Princip kondenzačního vlhkoměru
Kondenzační vlhkoměry patří v současné době k velmi přesným měřidlům, předstihuje ho pouze gravimetrická metoda. Základem měření je nutnost zjištění teploty rosného bodu, tj. teploty, při které dochází ke kondenzaci vodních par na povrchu senzoru. Je tedy potřeba zajistit zdroj ochlazování, který je nejčastěji tvořen vodní lázní, odpařováním čpavku apod. Nejnovější kondenzační hygrometry k chlazení používají termoelektrické chladiče. Těmi je nutno ochlazovat plochu, na které sledujeme srážení vlhkosti. Materiálem nejčastěji bývá kovová deska se skleněnou odrazovou plochou (jako zrcadlo), která má dobrou tepelnou vodivost ale zároveň je odolná proti oxidaci a ztrátě lesku. Na tuto plochu dopadá paprsek světla (zdrojem bývá např. LED dioda) (obr.10), jehož odraz je snímán pomocí světlocitlivých prvků, např. foto-tranzistorů. V okamžiku, kdy dojde k rosení kovové plochy, sníží se množství odraženého světla zachyceného světlo-citlivým prvkem. Řídicí systém pak mění teplotu tak dlouho, dokud nedojde k rovnovážnému stavu. Přiložený teploměr poté zjistí měřenou teplotu rosného bodu. Z ní pak lze následovně určit relativní vlhkost, např. za použití integrovaného mikroprocesoru nebo jednoduše pomocí diagramu vlhkého vzduchu. Použití tohoto typu je již od 5 % relativní vlhkosti, výhodou jsou zejména možnost použití v prostředích, která by byla pro jiné typy senzorů nebezpečná z hlediska obsahu korozivních a jiných látek. Další předností je minimální nutnost kalibrace. Alternativou k optickému sledování zrcadla je použití krystalového rezonátoru, jehož rezonanční frekvence je ovlivněna kondenzací vodní páry na jeho povrchu. Kondenzační vlhkoměry se pyšní z principu dlouhodobou stabilitou, odolností proti chemikáliím a velkou přesností.
1.3.4 Coulometrická metoda U coulometrického vlhkoměru je veškerá vlhkost obsažená v měřeném plynu pohlcována filmem hygroskopické látky a pohlcená vlhkost je současně elektrolyzována stejnosměrným proudem. Jako hygroskopická látka se užívá oxid fosforečný. Film oxidu fosforečného je takto udržován stále téměř suchý a je schopen poutat další vlhkost. Podle Faradayova zákona je pro elektrolýzu 1molu vody zapotřebí náboje 1.93x10-5 C. Proud potřebný k elektrolýze pohlcené látky je přímosměrný vlhkosti plynu. Metoda je vhodná pro měření velmi malých obsahů vlhkosti. Přístroje nevyžadují zvláštní kalibrace , mají dostatečnou přesnost i dynamiku. Přístroje jsou závislé na průtoku plynu. Přístroje nelze použít k měření plynu tam, kde plyn působí na materiál senzoru nebo s ním reagují.
1.3.5 Difúsní metoda Tyto vlhkoměry jsou založeny na tom, že molekuly vzduchu a vodní páry difundují pórovitou přepážkou různou rychlostí. Přepážky jsou konstruovány zejména z keramiky, různých druhů polymerů, stlačeného uhelného prášku aj. Tyto vlhkoměry se zejména používají při konstantních teplotách a dostatečně velkém tlaku páry.
1.3.6 Sorpční metoda Tato metoda pracuje na principu měření sorpčního tepla. Při sorpci tuhými nebo kapalnými materiály dochází k uvolnění tepla, a naopak při desorpci se teplo pohlcuje. Množství vyvinutého tepla závisí na vlastnostech sorbetu, na jeho množství, na vlhkosti, na množství sorbovné vody a na teplotě. Analyzovaný plyn se rozdělí na dvě části. Jedna se vede přímo na senzor a druhá se nejprve vysuší a pak se teprve vede na senzor. Vlhký plyn sorbuje sorbentem a suchý plyn tento sorbent zase vysušuje. V jedné části se tedy teplo uvolňuje a ve druhé spotřebovává. Rozdíl těchto teplot je měřen a je úměrný vlhkosti. Režim sorpce a desorpce se musí střídat a ne probíhat najednou.
1.3.7 Metoda měření tepelné vodivosti Tato metoda se používá hlavně při analýze binárních směsí, kdy jednotlivé složky plynu mají dostatečně rozdílnou vodivost. Analyzátor obsahuje napnuté platinové vlákno nebo termistor, který má dvojí funkci. Jednak je zdrojem tepla a jednak plní funkci teplotního senzoru. Dva nebo čtyři analyzátory se zapojují do můstku. Jedna větev je pak srovnávací a jedna měrná. Napětí je voleno tak, aby teplota
v analyzátorech byla cca 150 oC. Mění-li se složení plynu, mění se i tepelná vodivost. Při konstantním složení plynu se mezi žhaveným drátem a okolím ustaví tepelná rovnováha, takže veškeré vyvinuté teplo se sdílí s okolím. Dané tepelné rovnováze odpovídá určitá teplota a tím i teplota vlákna nebo termistoru. Změna odporu je mírou změny koncentrace plynu. Rovnováha je ovlivňována množstvím protékajícího plynu, proto průtok plynu musí být korigován. Napětí měřené v diagonále můstku je při malých změnách koncentrace přímo úměrné vlhkosti plynu. Analyzátory tohoto typu jsou jednoduché a přitom spolehlivé. Jsou však neselektivní a málo citlivé.
1.3.8 Rovnovážný elektrolytický teploměr Elektrolytický vlhkoměr je snímač vlhkosti využívající schopnosti některých látek udržovat svou vlhkost v rovnováze s vlhkostí okolního vzduchu. Při změně vlhkosti vzduchu se voda z látek vylučuje, nebo ji látky pohlcují. Snímač je tvořen tenkostěnnou skleněnou trubičkou s navléknutou skleněnou tkaninou. Tkanina je nasycena vodním roztokem LiCl a jsou v ní vetkány dvě platinové elektrody. Uvnitř trubičky je odporový teploměr. Elektrody jsou napájeny střídavým proudem ze zdroje. Proud procházející elektrodami zahřívá elektrolyt, čímž se z něho voda částečně odpařuje. Při zvětšení vlhkosti vzduchu v okolí snímače se zvětší vodivost elektrolytu, protože pohlcuje vlhkost ze vzduchu. Elektrolytem prochází větší proud a elektrolyt se zahřívá. Tím se stále udržuje rovnovážná teplota elektrolytu, která je závislá pouze na parciálním tlaku vodní páry v okolním vzduchu. Ukazovací přístroj, zapojený na odporový teploměr, je cejchován v 0°C rosné teploty, nebo v absolutní vlhkosti, popř. v parciálním tlaku vodní páry. Přesnost měření je ±1%. Spodní hranice rozsahu měření je dána tím, že rosná teplota není vyšší než teplota vzduchu a s ohledem na přípustné oteplení snímače nepřekračuje rosná teplota 60°C. Pro měření relativní vlhkosti vzduchu elektrolytickým vlhkoměrem je nutné měřit kromě rovnovážné teploty ještě teplotu vzduchu. K tomu je přístroj doplněn dalším teploměrem a ukazovací přístroj má stupnici dělenou přímo v hodnotách relativní vlhkosti. Elektrolytický vlhkoměr se vyznačuje zejména dlouhodobou stabilitou. Nevýhodou je nutnost obnovování elektrolytu.
Obr.11 Chromatogram směsi plynů obsahující vodní páru
1.3.9 Chromatografické metody U této metody se určuje vodní pára jako jedna ze složek měřeného plynu (obr.11). Nejdůležitější na této metodě je výběr správného sorbetu, aby došlo k dokonalému rozdělení jednotlivých složek plynu a výběr vhodného a dosti citlivého detektoru. Používají se sorbety málo
polární s malou sorpční aktivitou na bázi polyfluoretylenu nebo kopolymery styrenu s vinyl benzenem apod.
1.3.10 Měření permitivity Relativní permitivita suchého vzduchu za normálních podmínek je 1,000574 a nasyceného vodními parami 1,00368. Z toho vyplývá, že musímě měřit relativní permitivitu s citlivostí 10-6. Senzorem je deskový kondenzátor s omezeným prostorem, kam se přivádí měřený plyn. Tento kondenzátor je zapojen do rezonančního obvodu. Tudíž frekvence oscilací závisí na kapacitě kondenzátoru a tedy na vlhkosti plynu. Kondenzátor musí mít velkou kapacitu, aby se vlhkost dostatečně projevila. Poněkud lepší je měření v oblasti mikrovln. Zde se používají dutinové rezonátory. Do jedné dutiny se zavádí měřený plyn a druhá je naplněna vakuem nebo suchým plynem a slouží jako srovnávací. Měři se rozdíl v rezonanční frekvenci obou dutin. Relativní permitivita εr a posun rezonanční frekvence se řídí vztahem:
ε r −1 = 2
f0 − f f0
(1.31)
kde: f0…..frekvence prázdného dutinového rezonátoru f……rezonanční frekvence dutinového rezonátoru s měřeným plynem
1.3.11 Vlhkoměr tvořeným monokrystalem iontové soli Povrch monokrystalu iontové soli se začíná rozpouštět vlivem vlhkosti okolního prostředí, jeli tlak vodní páry větší než rovnovážný tlak nad nasyceným roztokem dané soli při dané teplotě. Při tomto tlaku se na povrchu krystalu vytvoří vrstvička nasyceného roztoku. Ta se zvětšuje se zvětšujícím se tlakem. Toto se děje i při konstantním tlaku vodní páry a měnící se teplotě. Při dosažení kritického tlaku se mění povrchový odpor. Suchý krystal je skoro nevodivý a při vytvoření vrstvičky se odpor zmenšuje. Senzor pak obsahuje ohřívací a chladící zařízení, které slouží k regulaci teploty krystalu, aby v jeho okolí byl stále udržován rovnovážný tlak vodní páry. Teplota je pak úměrná absolutní vlhkosti.
1.3.12 Spektrální metody Molekuly a atomy mají schopnost pohlcovat nebo vyzařovat elektromagnetické vlnění pouze určitých vlnových délek. To je způsobeno tím, že mohou existovat pouze v určitých kvantových stavech, které se liší obsahem energie. K pohlcení vlnění dochází při přechodu za stavu s nižší energií do stavu s vyšší energií a u vyzáření je to opačně. Frekvence vyzáření a pohlcení závisí na rozdílu energií ΔE příslušných stavů:
ΔE = hν
(1.32)
kde: h…..Planchova konstanta ν…..frekvence dále platí vztah:
λ=
c
ν
(1.33)
kde: λ…..vlnová délka Spektroskopie se zabývá tím, při jakých vlnových délkách dochází k pohlcování nebo vyzáření elektromagnetického vlnění molekulami. Měři se tedy intenzita prošlého záření zkoumanou látkou v závislosti na vlnové délce. Tím dostáváme spektrum látky. Pro vznik těchto spekter je podstatná nespojitá řada hodnot energie (vnitřních stavů molekul) např. kvantových stavů elektronů, stavů odpovídajících rotaci molekuly jako celku nebo vibracím atomových jader v molecule.
Obr.12 Znázornění vibračních a rotačních pohybů dvou-atomové molekuly Legenda k obrázku : Δr1 a Δr2 označují vybrační výchylky atomů m1 a m2, osa rotace C prochází těžištěm molekuly O. Infračervená spektroskopie studuje přechody mezi vibračně rotačními hladinami v daném elektronovém stavu. Frekvence, které odpovídají přechodům mezi rotačními hladinami v daném vibračním stavu, jsou zpravidla menší než 70µm a vytváří rotační spektrum molekuly ve vzdálené infračervené oblasti. Infračervená spektra látek v plynném stavu lze měřit jako absorpční nebo emisní, ale většinou se měří absorpce infračerveného záření. Klesne-li intenzita dopadajícího monochromatického záření I0 po průchodu absorbujícím prostředím na hodnotu I, je propustnost neboli transmise definována jako:
T=
I I0
T=
I 100 (%) I0
(1.34)
(1.35)
Množství pohlceného záření, nebo-li absorpce A je definována
T=
I0 − I 100(%) I0
(1.36)
Množství pohlceného záření je závislá na koncentraci měřené látky. V infračervené spektroskopii se používají spojité zdroje záření a záření je pak rozkládáno podle vlnových délek v disperzní části spektroskopu. Ve zředěných párách lze vodu považovat za nelineární tříatomovou molekulu, které přísluší dvě symetrické vibrace typu A1 (valenční a deformační vibrace) a jedna antisymetrická valenční vibrace typu B2, které jsou podle výběrových pravidel aktivní v infračervených i v Ramanových spektrech. Vibrační frekvence a vlnové délky vodní páry jsou uvedeny v tabulce tab 2.
Tab. 2 Tabulka vibračních frekvencí a vlnových délek Typ vibrace
Fundamentální frekvence (cm-1)
Vlnová délka (µm)
valenční v1 deformační v2 valeční v3
3656,7 1594,6 3755,8
2,7347 6,2712 2,6626
Pro praktické účely jsou nejdůležitější absorpční pásma molekuly vody v infračervené oblasti, především v okolí vlnových délek 1.13µm, 1.38µm, 1.87µm a 2,66µm. Zeslabení hustoty světelného toku procházející prostředím závisí na počtu absorbujících částic, na jeho povaze, na tloušťce vrstvy absorbující látky, na její koncentraci, dale pak na teplotě a vlnové délce záření. Projde-li svazek monochromatických paprsků o hustotě světelného toku I homogenní absorbující vrstvou o tloušťce dl, bude úbytek hustoty světelného toku -dl úměrný tloušťce vrstvy a koncentraci absorbujících částic c:
− dl = kIcdl
kde:
(1.37)
k…..konstanta úměrnosti. Po úpravě dostaneme vztah :
−∫
I
I0
I dI = kc ∫ dl 0 I
(1.38)
kde: I0…..hustota světelného toku před jeho vstupem do absorbujícího prostředí. Integrací pak dostaneme vztah :
− ln kde:
I = kcl I0
(1.39)
( I / I0 )…..transmitance. Transmitanci můžeme vyjádřit pomocí dekadického logaritmu jako :
− log
I = εcl = A I0
(1.40)
kde: A…..absorpce, ε….. molární absorpční koeficient, c….. molární koncentrace absorbující látky. Protože vodní páry nemají spektrum kontinuální, ale skládá se z velkého počtu velmi hustých čar, je vhodnější použít empirické rovnice: 1 2
A = Cb ( p + p ' ) K kde: A…..celková absorbance, C…..konstanta závislá na použité vlnové délce záření,
(1.41)
b…..tloušťka vrstvy kapalné vody, která by vznikla kondenzací vodní páry ve sloupci měřeného plynu při zachování stejného průřezu sloupce, p…..celkový tlak plynu, p’…..parciální tlak vodní páry, K…..konstanta (K přibližně 0,3) nebo se současným vyjádřením teploty:
A=K
pT0b p0T
(1.42)
kde: p0…..tlak, T0…..teplota za standardních podmínek, Citlivost se vzrůstající koncentrací vody klesá. Pro zvýšení přesnosti se měření provádí diferenčně, to je porovnáváním absorpce záření při některé již uvedené vlnové délce s absorpcí při jiné vlnové délce. Vlhkoměry sledující absorpci ultrafialového nebo infračerveného záření vodní parou. Pracují na vlnových délkách 121 nm nebo 123 nm v ultrafialové části spektra nebo 6,25 µm v infračervené oblasti. Výstupní signál je úměrný absolutní vlhkosti a předností je velmi krátká doba odezvy. Zdrojem ultrafialového záření jsou výbojky plněné vodíkem nebo kryptonem a v infračervené oblasti se používají žhavené zdroje. Infračervené analyzátory se z konstrukčního hlediska dělí na disperzní a bezdisperzní. Disperzní pracují s monochromatickým zářením, které se získává rozkladem světla pomocí hranolu nebo mřížky. Používají se ke komplexní analýze plynů. Bezdisperzní jsou mnohem jednodušší a levnější, ale mají menší rozlišovací schopnost. Infračervené analyzátory jsou výhodné v tom, že jsou selektivní a většinou je používáme, když nelze použít jinou metodu. Jejich nevýhoda je závislost na teplotě, tlaku, prachu a jiných nečistotách, které pohlcují záření. Na následujících třech obrázcích jsou nakresleny principiální zapojení analyzátorů pro selektivně absorbující látky. Obr.13 je analyzátor s negativní filtrací. Zdroj je širokopásmový a musí překrývat absorpční spektrum měřené látky. Negativní filtr je tvořen vzorkem měřené látky o velmi vysoké koncentraci, který absorbuje veškeré záření v oblasti absorpce měřené látky. Detektorem D1 detekujeme výkon zdroje záření neovlivněného měřenou látkou a detektorem D2 detekujeme výkon ovlivněný absorpcí měřenou látkou. Koncentraci měřené látky určíme z poměru signálu na obou detektorech. Detektor je necitlivý na látky absorbující mimo absorpční spektrum měřené látky.
Obr.13 Analyzátor s negativní filtrací Na obr.14 a obr.15 jsou analyzátory využívající selektivní spektrální charakteristiku zdroje záření, respektive detektoru, přizpůsobenou spektrální absorpci měřené látky. Koncentrace je pak úměrná signálu na detektoru.
Obr.14 Analyzátor se sel. zdrojem záření
Obr.15 Analyzátor se sel.detektorem
Na obr.16 je uvedena spektrální charakteristika absorpce záření, z níž lze odečíst na kterých vlnových délkách absorbuje záření H2O. Podle této vlnové délky vybereme vhodný zdroj záření pro analyzátor.
Obr.16 Absorpce optického záření atmosférou
1.4 Metody k vytvoření potřebné vlhkosti Většina měřidel vlhkosti vyžaduje kalibraci, a to při výrobě i periodicky během provozu. Lze tak učinit změřením téhož vzorku plynu zárověň kalibrovaným a referenčním měřidlem, nebo připravit plyn (vzduch) definované vlhkosti. V současné době k zajištění požadované vlhkosti se používá těchto dvou metod: •
Metoda dvou tlaků - Jednou z možností je nasycení vzduchu vodní parou při větším tlaku následované expanzí na menší tlak. Poměrem obou tlaků lze dosáhnout žádané výsledné vlhkosti.
•
Metoda využívající nasycené roztoky solí - vzduch v rovnováze s roztokem soli má menší vlhkost než vzduch nad čistou vodou. S výhodou se užívají nasycené roztoky solí, jejichž koncentrace není ovlivněna odpařováním nebo absorpcí vody. Volbou soli lze obsáhnout široký rozsah relativních vlhkostí, nutný k několikabodové kalibraci čidel s nelineární charakteristikou. Konkrétní hodnoty pro různé teploty jsou uvedeny v tab.3.
Tab. 3. Rovnovážná relativní vlhkost vzduchu nad nasyceným roztokem soli (%RH) Teplota (°C) Sůl 5 °C 10 °C 15 °C 20 °C chlorid lithný 11,3 11,3 11,3 11,3 chlorid hořečnatý 33,6 33,5 33,3 33,1 uhličitan draselný 43,1 43,1 43,1 43,2 bromid sodný 63,5 62,2 60,7 59,1 chlorid sodný 75,7 75,7 75,6 75,7 chlorid draselný 87,7 86,8 85,9 85,1 síran draselný 98,5 98,2 97,9 97,6
25 °C 11,3 32,8 43,2 57,6 75,3 84,3 97,3
2. Popis měřícího přípravku Neprofesionální měřič vlhkosti tvoří modul HTM1505, který používá k měření vlhkosti plynu kapacitní senzor vlhkosti HS1101. Hodnotu kapacity pak převádí na příslušnou hodnotu výstupního napětí podle obr.18. Modul je také osazen senzorem teploty
Kapacitní senzor vlhkosti
Obr.17 Modul HTM1505
Tab.4 Technické parametry senzoru HS1101 Parametr
Hodnota
Jednotka
Měřící rozsah (RH) Kapacita při 55%RH Teplotní koeficient Citlivost mezi 33 – 75% RH Teplotní závislost (100C -500C) Hystereze (10 - 90%RH)
1 - 99 180 0,04 0,34
% pF pF/0C pF/%RH
+0,1
%RH/0C
+/- 1,5
%
Teplotní rozsah
-40 - +100
0
C
Obr.18 Výstupní hodnoty Modulu HTM 1505
3. Postup měření K měření vlhkosti vzduchu použijeme vlasový vlhkoměr, profesionálního a neprofesionálního kapacitního měřiče vlhkosti. Ke zvyšování vlhkosti použijeme zvlhčovač vzduchu.
Při měření postupujeme následujícím způsobem: 1) Před zapnutím zvlhčovače vzduchu odečteme počáteční údaj na měřících přístrojích. 2) Zapneme zvlhčovač vzduchu a budeme sledovat na měřících přístrojích vzrůstající hodnotu vlhkosti, kterou zapisujeme do tabulky. Měření proveďte po dobu, až se hodnota vlhkosti nebude měnit. Hodnotu časového intervalu pro odečet hodnoty vlhkosti volte cca 30s.
3) Z naměřených hodnot vypočítejte hodnoty korekční křivky pro neprofesionální měřič vlhkosti a vlasový vlhkoměr. Hodnota naměřená pomocí profesionálního měřiče se bere jako skutečná S. Hodnota naměřená pomocí neprofesionálního měřiče vlhkosti a pomocí vlasového vlhkoměru bereme jako naměřenou N. Potom hodnoty pro korekční křivku (Korekce) vypočítáme ze vztahu :
Δ = N −S Korekce = − Δ = S − N
4) Naměřené hodnoty vyneste do grafu: Korekční křivka je pak dána funkcí Korekce =funkce(vlhkosti). Ukázka takové křivky je na obr.19
Obr.19 Korekční křivka senzoru vlhkosti
Způsob měření:
Neprofesionální Profesionální měřič [%] měřič [%]
Vlasový vlhkoměr [%]
Rosný bod t’ [°C]
Čas t = 0 s Čas t = 30 s Čas t = 60 s Čas t = 90 s * * * * * Čas t = ? s
N [%]
Tabulka pro korekční křivky S Δ [%] [%]
Korekce [%]
Seznam použitých přístrojů a pomůcek: Profesionální přístroj pro měření vlhkosti, neprofesionální přístroj pro měření vlhkosti, vlasový vlhkoměr, zvlhčovač vzduchu, stopky.
