Một dụng cụ được sử dụng rộng rãi để đo độ ẩm của không khí (và các khí khác) là máy đo độ ẩm ngưng tụ. Nguyên tắc hoạt động của nó là đo nhiệt độ, gọi là điểm sương, tại đó bắt đầu ngưng tụ hơi ẩm từ không khí.
Độ ẩm không khí là gì
Một ẩm kế đo độ ẩm của không khí, có thể được biểu diễn dưới dạng giá trị tuyệt đối hoặc tương đối. Chất đầu tiên trong số chúng chỉ đơn giản là khối lượng hơi nước trong 1 mét khối. m không khí ở nhiệt độ xác định. Nhưng kết quả thứ hai cho thấy hơi nước trong không khí gần với trạng thái bão hòa như thế nào, tức là cân bằng động với pha lỏng của nó - khi không có bay hơi cũng không có ngưng tụ. Nó bằng tỷ số giữa độ ẩm tuyệt đối đo được của không khí với độ ẩm tuyệt đối của nó ở trạng thái bão hòa. Khi hơi nước trong không khí bão hòa (lại ở nhiệt độ nhất định) thì độ ẩm tương đối của không khí đó là 100%. Trong không khí có hơi nước không bão hòa, do đó, nó sẽ ít hơn.
Cách hoạt động của nhiệt ẩm kế ngưng tụ
Nguyên tắc hoạt động của bất kỳ thiết bị nào để xác định độ ẩm của không khí, như một quy luật, là đo một số đại lượng khác, chẳng hạn như nhiệt độ, áp suất, khối lượng hoặc những thay đổi cơ học và điện trong một chất hút ẩm. Bằng cách hiệu chuẩn và tính toán thích hợp, các giá trị đo được này có thể dẫn đến việc xác định độ ẩm tuyệt đối hoặc tương đối. Một vai trò rất quan trọng trong quá trình này được thực hiện bởi nhiệt độ tại đó xảy ra quá trình bão hòa hơi, được gọi là điểm sương. Theo quy luật, các thiết bị điện tử hiện đại để xác định độ ẩm không khí sẽ đo nhiệt độ này hoặc sự thay đổi điện dung hoặc điện trở của các chất hấp thụ khác nhau, sau đó được chuyển đổi (tự động) thành các chỉ số độ ẩm.
Thiết bị đo độ ẩm ngưng tụ
Công việc của anh ấy chính xác dựa trên phép đo hơi nước trong không khí bằng phương pháp điểm sương. Phương pháp này liên quan đến việc làm nguội bề mặt, điển hình là gương kim loại, đến nhiệt độ mà nước trên bề mặt gương cân bằng với áp suất hơi của nước trong mẫu khí ở trên bề mặt. Ở nhiệt độ này, khối lượng nước trên bề mặt gương không tăng (nếu bề mặt quá lạnh) cũng không giảm (nếu bề mặt quá ấm), tức là hơi ở trên gương ở trạng thái cân bằng động với nước ngưng tụ trên gương (hơi nước bão hòa).
Gương này được làm bằng vật liệu có khả năng dẫn nhiệt tốt (như bạc hoặc đồng) vàđược mạ bằng kim loại trơ như iridi, rubidi, niken hoặc vàng để tránh bị xỉn màu và oxy hóa. Gương được làm mát bằng bộ làm mát nhiệt điện (hiệu ứng Peltier) cho đến khi hình thành nước ngưng. Một chùm ánh sáng, thường từ một điốt phát sáng băng thông rộng ở trạng thái rắn, được hướng vào bề mặt gương và bộ tách sóng quang theo dõi ánh sáng phản xạ, luồng ánh sáng này là cực đại khi không có ngưng tụ trên gương.
Phương pháp vận hành ẩm kế gương trẻ em
Khi giọt sương đọng trên bề mặt gương của gương, ánh sáng phản chiếu sẽ bị phân tán. Trong trường hợp này, thông lượng của nó đi vào bộ tách sóng quang giảm, dẫn đến sự thay đổi trong tín hiệu đầu ra của bộ tách sóng sau. Điều này, đến lượt nó, được điều khiển bởi một hệ thống điều khiển bộ làm mát nhiệt điện tương tự hoặc kỹ thuật số để duy trì nhiệt độ gương ổn định tại điểm sương. Với một hệ thống được thiết kế phù hợp, gương được duy trì ở nhiệt độ mà tốc độ ngưng tụ chính xác bằng tốc độ bay hơi của lớp sương. Một nhiệt kế điện trở bạch kim (PRT) thu nhỏ chính xác được gắn trong gương sẽ đo nhiệt độ của nó tại điểm đó, nhiệt độ này sẽ tự động được chuyển đổi thành giá trị độ ẩm.
Nhiệt ẩm kế để đo độ ẩm không khí của thiết kế được xem xét cũng bao gồm một máy bơm chân không để bơm phần khí đã phân tích và các bộ phận lọc bổ sung trong điều kiện bẩn.
Ưu điểm của ẩm kế được coi là
Những dụng cụ như vậy, dựa trên nguyên tắc hoạt động đơn giản, với phạm vi đo rộng, độ chính xác cao và số đọc ổn định, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và nghiên cứu khoa học. Một ẩm kế điểm sương điển hình, không giống như nhiều cảm biến độ ẩm khác, có thể được chế tạo rất ổn định, hầu như chống mài mòn, giảm thiểu nhu cầu hiệu chuẩn lại. Ẩm kế độ ẩm điểm sương có khả năng đo điểm sương trong khoảng nhiệt độ từ 100 ° C đến tối thiểu -70 ° C. Trong trường hợp này, độ chính xác của phép đo là 1/10 độ.
Nhiều ẩm kế có thiết kế được xem xét được trang bị bộ điều khiển vi xử lý và kết hợp với cảm biến nhiệt độ điện trở, có thể tính toán và hiển thị trên một chỉ báo bên ngoài bất kỳ thông số độ ẩm mong muốn nào ngoài hoặc thay vì điểm sương. Ngoài ra, các thiết bị này cho phép truyền kết quả bằng công nghệ không dây. Đương nhiên, các thiết bị như vậy được sử dụng rộng rãi như một phần của các hệ thống công nghiệp khác nhau để thu thập dữ liệu tự động và kiểm soát các quy trình kỹ thuật liên quan.
Một ẩm kế như thế này sẽ có giá bao nhiêu? Tất nhiên, giá của nó được xác định chủ yếu bởi tập hợp các chức năng được triển khai, tùy thuộc vào tính khả dụng và độ phức tạp của hệ thống điều khiển điện tử của thiết bị. Vì vậy, một máy đo độ ẩm ngưng tụ tĩnh trông giống như một máy hiện sóng kỹ thuật số có giá ít nhất là 4.000 đô la. Riêng những mẫu "cao cấp" có thể lên tới hơn 10.000 USD. Trên thị trườngBạn cũng có thể tìm thấy một ẩm kế cầm tay đầy đủ chức năng. Giá của nó từ 1 đến 2 nghìn đô la.
Nhược điểm của ẩm kế ngưng tụ
Mặc dù hệ thống đo ẩm kế được coi là hiệu quả nhất trong quá trình đo lường, nhưng nhược điểm của nó là không thể tránh khỏi sự nhiễm bẩn của các bộ phận của đường đo trong quá trình hoạt động.
Máy đo độ ẩm được trang bị gương được làm lạnh có xu hướng làm tăng độ chính xác của phép đo do sự hiện diện của các chất ô nhiễm hòa tan và không hòa tan lắng đọng trên gương. Các hạt không tan ảnh hưởng đến đặc tính quang học của gương. Độ bẩn vừa phải hoặc sự xuất hiện của các hạt không hòa tan trên gương cung cấp các trung tâm tập trung mà trên đó sương hoặc sương giá có thể hình thành, do đó làm tăng thời gian phản hồi của thiết bị. Các tạp chất hòa tan ảnh hưởng đến áp suất hơi từ hơi ẩm ngưng tụ trên gương, làm thay đổi điểm sương. Nhiệt ẩm kế đo lường hiện đại (ít nhất là các mẫu phức tạp hơn của chúng) bao gồm các tính năng "tự kiểm tra" cho phép thiết bị phát hiện và phản ứng với ô nhiễm bằng cách thực hiện các điều chỉnh thích hợp đối với các thuật toán tính toán độ ẩm.
Bất kể những khả năng này là gì, hầu như tất cả các ẩm kế được đề cập đều cần được kiểm tra và làm sạch định kỳ.
Bảo dưỡng ẩm kế gương được làm lạnh
Hướng dẫn sử dụng khuyến nghị gì cho người sử dụng thiết bị theo nghĩa này. Một ẩm kế nhạy cảm với bụi bẩn phảiđược làm sạch định kỳ để đảm bảo sự ổn định của kết quả đo, mặc dù điều này có thể làm tăng chi phí bảo trì thiết bị. Việc kiểm tra gương của thiết bị thường được thực hiện bằng cách sử dụng kính hiển vi tích hợp và việc bảo dưỡng nó được thực hiện thủ công sau khi mở khoang đo.
Nếu việc làm sạch bề mặt gương được thực hiện với tần suất được yêu cầu trong hướng dẫn vận hành, thì bằng cách này, có thể duy trì độ chính xác của các phép đo. Việc tiếp cận thuận tiện với bề mặt gương để làm sạch thường được cung cấp bởi một bản lề giữa các bộ phận quang học và gương. Bây giờ bạn có thể tìm thấy bất kỳ ẩm kế ngưng tụ nào mà người tiêu dùng cần trên thị trường. Ảnh dưới đây cho thấy một ví dụ về cách thực hiện của nó.
Sử dụng ẩm kế trong đo lường
Một ẩm kế gương làm lạnh được thiết kế và bảo trì phù hợp cung cấp các phép đo độ ẩm với độ chính xác cao hơn các loại máy đo độ ẩm phổ biến khác. Độ chính xác đo lường vốn có của nó, đặc biệt khi được trang bị nhiệt kế điện trở bạch kim để đo nhiệt độ, gương và kính hiển vi công suất trung bình để theo dõi gương, khiến nó trở nên lý tưởng cho các phép đo đo lường. Khả năng truyền thông tin qua các kênh liên lạc kỹ thuật số không dây mở ra nhiều khả năng sử dụng các máy đo độ ẩm như vậy trong các hệ thống toàn cầu để thu thập và xử lý thông tin khí tượng.
Sử dụng trong phòng thí nghiệm nhà máy và môi trường bị ô nhiễm
Máy đo độ ẩm không khí này lý tưởng để đo giá trị tuyệt đối của nó trong các phòng thí nghiệm khí hậu nhà máy. Chúng thường được sử dụng làm tài liệu tham khảo để kiểm soát độ chính xác của các thiết bị khác, chẳng hạn như cảm biến độ ẩm tương đối được sử dụng để kiểm soát các buồng thử nghiệm môi trường.
Tính ổn định của các vật liệu được sử dụng trong việc chế tạo các máy đo độ ẩm này, cũng như khả năng làm sạch chúng nhiều lần, giúp các thiết bị này có tuổi thọ rất cao trong môi trường có hầu hết các chất gây ô nhiễm mà không mất công hiệu chuẩn. Tính ổn định của hiệu suất này làm cho chúng phù hợp để sử dụng trong các dòng khí nơi có mức độ ô nhiễm cao trong các mẫu khí gây bất lợi cho các loại cảm biến độ ẩm kém ổn định hơn. Ví dụ, loại ẩm kế này được sử dụng rộng rãi để kiểm soát điểm sương trong quá trình nhiệt cứng bề mặt của các sản phẩm kim loại trong môi trường không khí có tạp chất đặc biệt. Trong những trường hợp như vậy, việc dễ dàng tiếp cận gương để làm sạch là điều đặc biệt mong muốn.
Sản xuất độ ẩm nhạy cảm
Quy trình đóng gói chuyên dụng cần thiết trong sản xuất dược phẩm, màng, chất phủ và các sản phẩm khác thường được giám sát bằng ẩm kế gương ướp lạnh. Một lần nữa, sự lựa chọn của họ trong trường hợp này bị ảnh hưởng bởi sự ổn định của độ chính xác đo lường và tuổi thọ lâu dài. Hơn nữa, vì các quá trình này có xu hướng ít nhạy cảm hơn vớichi phí thiết bị, chi phí cao của những ẩm kế này không phải là yếu tố quyết định trong việc lựa chọn sơ đồ giám sát độ ẩm.
Khí ở nhiệt độ cao và điểm sương của chúng
Loại ẩm kế này thường được chọn để đo nhiệt độ điểm sương trên nhiệt độ môi trường. Các thiết bị gương làm lạnh đã được sử dụng ngay từ năm 1966 để theo dõi các tế bào nhiên liệu hydro của tên lửa Apollo hoạt động ở 250 ° C và 700 psi. Với công nghệ làm mát gương nhiệt điện ngày nay, điểm sương lên đến 100 ° C (và cao hơn, giả sử áp suất trên áp suất khí quyển) có thể dễ dàng đo được. Trong những trường hợp như vậy, tất cả các bề mặt của buồng đo của ẩm kế tiếp xúc với mẫu khí phải có nhiệt độ trên điểm sương dự kiến cao nhất, nếu không sẽ xảy ra hiện tượng ngưng tụ trên các bề mặt này và phép đo sẽ bị sai.
Trong các máy đo độ ẩm được thiết kế để đo điểm sương của khí ở nhiệt độ cao, thông thường người ta sử dụng bộ sưởi điện được điều khiển bằng nhiệt để giữ cho các bức tường của buồng đo cao hơn điểm sương dự kiến cao nhất. Các bộ phận quang học ở trạng thái rắn như đèn LED và máy dò được duy trì ở nhiệt độ hoạt động danh nghĩa của chúng (thường là 85 ° C) để ngăn ngừa sự xuống cấp và hư hỏng cho ẩm kế. Điều này có thể đạt được bằng cách cách nhiệt các bộ phận này khỏi buồng đo được làm nóng.
