Гигрометр история создания прибора

История появления

Измерение погодных условий
Наблюдение и количественное измерение погоды становится все более актуально в современном мире в виду ухудшающейся экологической обстановки и повышенной чувствительности широких групп людей к неблагоприятным погодным условиям, кроме того прогнозирование погоды необходимо для осуществления успешной хозяйственной деятельности человека. Приборы для измерения и прогнозирования погодных условий развивались совместно с научно-техническим прогрессом.

Измерение температуры. Термометры.
Важнейшей характеристикой измерения внешних условий – является температура окружающие среды, один из основных показателей атмосферы.Для измерения температуры используются термометры. Этапы развития:
1593 – Первым термометром принято считать жидкостный термометр, изобретенный в Галилео Галилеем (Италия).
1714 – Габриель Фаренгейт (Германия). Ртутный термометр со шкалой Фаренгейта. За 0 градусов обозначено было смесь льда и поваренной соли, температура таянья обычного льда обозначена за 32 градуса. Температура человеческого тела – 96 градусов. Температура кипения воды равна 212 градусам. В Англии и США до сих пор используют эту шкалу.
1743 – Андрус Цельсия (Швеция). Шкала Цельсия масштаба ртутный термометр. Примечательно, что Цельсий обозначил за 0 градусов температуру кипения воды, а за 100 температуру таяния льда. Впоследствии для удобства пользования эту шкалу «перевернули» ботаник К. Линней и астроном М. Штремер. Шкалы Фаренгейта и Цельсия совпадают в точке -40°, т.е. -40°F = -40°C. Шкала Цельсия является самой распространенной в бытовом пользовании.
1848 – Лорд Кельвин Уильям Томсон (Шотландия). Доказал существование абсолютного нуля температур. Произведенные лордом расчеты дали цифру –273,15°С.
Рассмотрим приборы, используемые в настоящее время:
Жидкостные стеклянные термометры. Используется способность жидкости, заключенной в стеклянную колбочку, к расширению и сжатию. Жидкостные термометры получили широчайшее распространение, используются для измерения температура в некоторых аналоговых метеостанциях.
Биметаллические термометры. Прибор состоит из двух тонких лент металла, при нагревании которые расширяются на разную величину. Плоские поверхности плотно прилегают одна к другой. Такая биметаллическая лента скручена в спираль, один конец которой жестко закреплен. При повышении и понижении температуры спирали металлы расширяются и сжимаются на разную величину, что вызывает скручивание или раскручивание спирали. Указатель, прикрепленный к свободному концу спирали, характеризует величину изменений. Термометры с круглым циферблатом в корпусе аналоговых станций являются биметаллическими.
Электрические термометры. Принцип действия основан на использовании полупроводникового термоэлемента (терморезистор) с большим отрицательным коэффициентом сопротивления (т.е. его сопротивление быстро уменьшается с повышением температуры). Преимуществами терморезистора являются высокая чувствительность и быстрота реакции на изменение температуры. Терморезисторы требуют периодической калибровки, т.к. характеристики его со времен меняются. Терморезисторы лежат в основе большей части комнатных цифровых термометров, в том числе и в составе цифровых метеостанций и термодатчиков.

Измерение влажности и точки росы. Гигрометры.
Влажность воздуха так же является важнейшим параметром характеризующим погоду и климат. Влажность показывает содержание водяного пара в воздухе. Различают абсолютную влажность – это масса водяного пара в воздухе отнесенная к единице объема воздуха, и относительная – это отношение текущей абсолютной влажности к максимально возможной абсолютной влажности при данной температуре. Другой важный параметр, который определяется влажность – точка росы. Точка росы – это температура, до которой должен охладиться воздух, для образования конденсата (росы) при данной влажности. Приборы используемые для измерения влажности – гигрометры. Историческая справка:
1400 – Леонардо да Винчи (Италия): Первый примитивный гигрометр.
1664 – Франческо Фолли (Италия): Первый практический гигрометр.
1783 – Орас Бенедикт де Соссюр (Швейцария): изобрел гигрометр, который использует человеческий волос для измерения влажности.
1820 – Джон Фредерик Даниэля (Великобритания): определение точки росы с помощью гигрометра основанного на принципе измерения колебаний электрического сопротивления.
Виды гигрометров:
Весовой гигрометр. Весовой гигрометр служит для определения абсолютной влажности.
Волосной гигрометр. Основан на свойстве человеческого волоса изменять длину в зависимости от влажности. Диапазон измерения от 30% до 90% относительной влажности, погрешность ±2,5 %. Волосной гигрометр используется во всех аналоговых метеостанциях. Пленочный гигрометр принцип действия аналогичен волосному гигрометру, где полимерная пленка заменят человеческий волос. Данный тип гигрометров применяется во всех аналоговых метеостанциях.
Электролитический гигрометр. Измерение влажности происходит за счет изменения проводимости и сопротивления соли электролита (зачастую хлористый литий) нанесенного на пластинку. Аналогичен по действию керамический гигрометр, где измеряют колебания сопротивления твердо-пористой керамической массы в зависимости от влажности. Конденсационный гигрометр служит для определения точки росы. Кроме того для измерения точки росы все больше распространение получают электролитические гигрометры с подогревом.

Измерение атмосферного давления. Барометры.
Атмосферное давление является ключевым показателем необходимым для прогнозирования погоды, кроме того его колебания и величина оказывают большое влияние на состояние сосудистой системы, функцию дыхания, и газовый обмен человека.
1644 – Евангелиста Торричелли (Италия): изобретает ртутный барометр.
1843 – Люсьен Види: изобретение барометра-анероида.
Ртутные барометры применяются для точных измерений в метеобюро. Средняя высота ртутного столба в барометре на уровне моря составляет около 760 мм.
Барометр-анероид представляет собой гофрированную тонкостенную металлическую коробку, из которой частично откачан воздух. При понижении давления коробка увеличивается, а при повышении сжимается. Прикрепленный указатель фиксирует эти изменения. Барометры-анероиды наиболее распространенный класс барометров, они легкие и удобные в использовании и транспортировке. Используются в современных бытовых аналоговых и цифровых метеостанциях и бытовых барометрах. В цифровых метеостанциях применяется электронный барометр-анероид чувствительным элементом которого, является кварцевая мембрана.

Измерения температуры, влажности, точки росы, атмосферного давления являются основными параметрами характеризующими состояние погоды и необходимые для прогнозирования. Профессиональные домашние метеостанции с помощью специальных измерительных датчиков могут дополнительно получать данные о количестве выпавших осадков, силе и направлении ветра, интенсивности УФ-излучения.

Источник

1.1 История возникновения и развития Гигрометра

Метеорология, как одна из древнейших наук, началась с визуальных наблюдений за погодой. С появлением письменности человек стал отмечать наиболее важные явления погоды. До нас дошли записи о погоде, произведенные за многие сотни лет до нашей эры. Весь период наблюдений за метеорологическими элементами можно разделить на две неравные части: неинструментальные, визуальные наблюдения и инструментальные. Неинструментальные наблюдения за многими элементами с записью их велись в России с середины XVII века, когда по приказу царя Алексея Михайловича были начаты ежедневные записи погоды в Москве. Инструментальные метеорологические наблюдения проводятся в России с конца XVII века с появлением термометра и барометра. Однако сроки наблюдений тогда не совпадали, а шкалы приборов были самыми разнообразными. Инструментальные метеорологические наблюдения в России берут свое начало во времена организации Петром I морского флота. В 1696 году выстроенный в Воронеже флот получил приказ царя спуститься по Дону к Азовскому морю. Но корабли вынуждены были задержаться из-за обмеления донских гирл, вызванного сильными восточными ветрами. Разобравши обстоятельно с задержкой флота, Петр I приказал вести наблюдения за погодой. В этом же году в судовые журналы всей эскадры вносятся записи о погоде. Моряки, часто имеющие дело с суровыми погодными условиями и тропическими ураганами, первыми начали регулярно вести наблюдения по барометру. Они нередко убеждались в том, что надежнее всего можно предсказать по барометру сильные ветры и бури. Они же одними из первых начали использовать метеорологические наблюдения для прогнозов погоды.

Одним из первых метеорологических приборов был термометр, изобретенный Галилеем в 1597 году. Около 1641 года во Флоренции изготовлялись довольно совершенные термометры, наполненные спиртом и снабженные шкалой. Примерно в 1715 году уроженец Данцига физик Фаренгейт стал изготавливать ртутные термометры, которые давали согласные показатели со спиртовыми термометрами. Он впервые установил необходимость определения основных точек шкалы.

Фаренгейт, описывая свой способ изготовления термометров, указал, что для градуировки их он взял интервал между таянием льда и кипением воды. Интервал быв разделен на 180 градусов. В известной шкале Реомюра (1732г) промежуток между температурой таяния льда и кипением воды был разделен на 80 частей.

Одним из первых термометров, используемых в России, был термометр конструкции академика Л. Делиля, шкала которого была разделена от точки кипения воды до точки ее замерзания на 150 частей.

Шкала Реомюра была отменена в России при переходе на метрическую систему с 1 января 1870 года, когда Россия перешла на 100-градусную шкалу Цельсия. Профессор А.Цельсий предложил свой способ градуировки — деление шкалы между двумя хорошо известными нам постоянными точками на 100 градусов. При градуировки термометра он уже учитывал влияние давления воздуха на температуру кипения.

Наряду с термометром стали использовать прибор для измерения атмосферного давления — барометр, для наблюдения за влажностью воздуха использовались различные типы гигрометров.

История простейшего из всех метеорологических приборов — дождемера — начинается гораздо раньше, чем история создания барометра и термометра. Здесь не потребовалось ни открытия сложнейших законов, ни разработки теории. Первые точные измерения были сделаны в странах Востока. Уже в XVI веке конструкция дождемеров приблизилась к современной. Совершенствование прибора шло по пути борьбы с выдуванием или надуванием осадков, в России, главным образом, твердых.

Кapдинaл Никoлac дa Кузa (1401-1464) был пepвым, ктo paзpaбoтaл пpибop для измерениявлажности. Он вcтpeтилcя c этoй пpoблeмoй в тopгoвлe шepcтью, пocкoльку стоимость шepcти зaвиceлa oт ee вeca. Пoкупaтeли шepcти быcтpo cooбpaзили, чтo oднo и тo жe кoличecтвo мoжнo пpoдaть пo бoльшeй цeнe вo вpeмя дoждливыx днeй. Пoэтoму, пpoдaвцы ждaли дoждeй, a пoкупaтeли cуxиx днeй. Для oпpeдeлeния cпpaвeдливoй cтoимocти, кapдинaл Никoлac дe Кузa изoбpeл пepвый инcтpумeнт для oпpeдeлeния coдepжaния влaги. Он иcпoльзoвaл вecы, пoлoжив бoльшee кoличecтвo шepcти нa oдну чaшу, a нa дpугую кaмни, paвныe шepcти пo вecу. Пpи кaждoй пpoдaжe, oн клaл тaкoe кoличecтвo дoпoл¬нитeльныx кaмнeй нa чaшу вecoв, чтo paвнoвecиe coxpaнялocь. Зaтeм пo кoличecтву дoпoлнитeльныx кaмнeй oпpeдeлялocь кoличecтвo жидкocти в шepcти. Пocлe этoгo пoкупaтeли и пpoдaвцы мoгли нaчaть дoгoвapивaтьcя o цeнe нa шepcть. Нeмeцкий мaтeмaтик Иoгaнн Гeнpиx Лaмбepт (1728-1777) пpeдлoжил нaзывaть любoй пpибop, измepяющий влaжнocть гидpoмeтpoм (пoзднee oн был пe¬peимeнoвaн в гигpoмeтp). В 1774г. Лaмбepт изoбpeл мexaнизм, в кoтopoм иcпoльзoвaл нaтуpaльную кoжу в кaчec¬твe измepяющeгo элeмeнтa. Тaкжe Иoгaнн Лaмбepт был пepвым, ктo вывeл зaвиcимocть мeжду тeмпepaтуpoй и влaжнocтью (oтнocитeльнaя влaжнocть). Дecaуccуp (1740-1799) изoбpeл вoлocянoй гигpoмeтp в 1783 г. В этиx измepитeльныx пpибopax иcпoльзуeтcя чeлoвeчecкий вoлoc, пpичeм cчитaлocь, чтo cвeтлый вoлoc бoльшe пoдxoдит для этoгo. Пpиpoдный cocтaв чeлoвeчecкoгo вoлoca вeдeт к oшибкe в измepeнии тoлькo нa 2.5%, тaким oбpaзoм, пpoмышлeнныe вoлocяныe гигpoмeтpы имeют пoгpeшнocть в +/- 2.5%.

Пpи измepeнии oтнocитeльнoй влaжнocти измepяeтcя кoли¬чecтвo пapa в вoздуxe, чтo выpaжaeтcя в пpoцeнтax мaкcиму¬мa пapa, кoтopый мoжeт coдepжaтьcя в вoздуxe пpи тeкущeй тeмпepaтуpe. Здecь тeмпepaтуpa имeeт бoльшую вaжнocть, нaпpимep, ecли гигpoмeтp пoкaзывaeт 50% влaжнocти пpи тeмпepaтуpe 30 °С , a пoтoм тeмпepaтуpa пoнижaeтcя, тo oтнo¬cитeльнaя влaжнocть будeт увeличивaтьcя, тaким oбpaзoм чeм xoлoднee вoздуx, тeм мeньшe влaги oн мoжeт удepживaть.

1.2 Виды гигрометров и принцип работы

Влажность воздуха можно найти различными способами. Существуют известные животные и растительные ткани, обладающие свойством сжиматься или расширяться в зависимости от степени влажности. К таким так называемым гигроскопическим веществам принадлежат, например, волосы, струны из кишок и клювы некоторых пород аистов. Существует много дешевых, но и достаточно неудовлетворительных «предсказателей погоды», которые основаны на свойствах гигроскопических веществ. Наилучшим из такого рода приборов является волосной гигрометр, изобретенный женевским профессором Соссюром (1740-1799). Гигроскопическую часть прибора составляет человеческий волос, закрепленный вверху и перекинутый вокруг оси внизу. При помощи маленького груза, действующего на ось, волос удерживается в натянутом положении. Стрелка, прикрепленная к той же оси, показывает соответственно степени влажности воздуха различные градусы на особой шкале. Эту шкалу получают помещая прибор сначала в совершенно сухом воздухе, а затем в совершенно насыщенном парами и разделяя расстояние между двумя соответственными положениями стрелки на 100 частей.

Простейший психрометр состоит из двух спиртовых термометров. Один термометр — сухой, а второй имеет устройство увлажнения. Спиртовая колба влажного термометра обёрнута батистовой лентой, конец которой находится в сосуде с водой. Вследствие испарения влаги увлажнённый термометр охлаждается. Для определения относительной влажности снимают показания с сухого и влажного термометров, а далее используют психрометрическую таблицу, входными величинами в которой являются показания сухого термометра и разница температур сухого и влажного термометров. Для точных измерений, в случае отклонения атмосферного давления от номинального, к результатам психрометрической таблицы добавляют поправку. Конструкция прибора может включать в себя также вентилятор для обдува воздуха около влажного термометра. Скорость обдува обычно составляет 0,5-1 м/с.

Таблица 2.1 — классификация гигрометров ВИТ

диапазон измерения °t сухого термометра, °С

Источник

Гигрометр

Гигрометр это устройство , используемое для измерения влажности в воздухе . В зависимости от типа, он измеряет либо относительную влажность в воздухе , или гидрометрическое степени, или его абсолютной влажности или других значений (например, точка росы ) , которые дают возможность рассчитать эти два предыдущих.

Измерение относительной влажности выражается в% с диапазоном измерения от 0 до 100%.

Измерение абсолютной влажности выражается в г _воды / м _{влажного воздуха} ; иногда он также выражается в граммах _воды / кг _{сухого воздуха} , единицах, которые, в строгом смысле, относятся к соотношению компонентов смеси .

Резюме

Исторический

В своем стремлении понять окружающий мир человек рано заинтересовался погодой и влажностью.

В середине XV — го века, богослов и философ Кузанский Николя де описывает принцип устройства , чтобы доказать, путем измерения изменения веса большой клубок шерсти, воздух содержит пар воды в различных количествах. Эрудит Альберти предложил, чуть позже, чтобы заменить шерсть с губкой.

В 1478 году Леонардо да Винчи изобразил гигрометр в углу страницы своей записной книжки, конкретизируя предложенную его предшественниками идею оценки влажности воздуха путем измерения изменения веса гигроскопичного вещества .

Не до начала XVII — го века в другую физическую величину, т.е. длиной используются для измерения влажности. Врач и изобретатель Санторио фактически сконструировал гигрометр, основанный на измерении удлинения натянутой веревки, в центре которой находится груз. Во второй половине того же века английский ученый Роберт Гук разработал гигрометр с градуированным циферблатом, используя в качестве оси бороду дикого овса, свободный конец которой выступает из центра циферблата и прикрепляется к нему. к соломенной игле; борода дикого овса скручивается естественным образом и реагирует на повышение или понижение влажности, соответственно, раскручиванием или завивкой; игла соломинки следует за ее вращательными движениями и, таким образом, отражает степень влажности. Его устройство описано в его книге Micrographia , опубликованной в 1665 году.

Именно благодаря математику и философу Жану-Анри Ламберу мы обязаны терминами «гигрометрия» и «гигрометр». В 1769 г. ( 2- е издание 1771 г.) он опубликовал трактат под названием «Испытание гигрометрии или измерения влажности» (переиздан в 2014 г. по инициативе BNF и разработан совместно с производителем научных инструментов Георгом Фридрихом Брандером). (в) , гигрометр, использующий веревку, скрученную кишкой, что является значительным улучшением модели Hooke.

В 1783 году Гораций Бенедикт де Соссюр , швейцарский физик и геолог, описал в своем «Essais sur l’hygrométrie» первый гигрометр, использующий человеческий волос для измерения влажности, который он разработал с помощью производителя научных инструментов Жака Поля в Женева; будет выпущено более 150 экземпляров.

В середине XVIII — го века, ученый Рихман отмечает , что измеренная температура уменьшается , когда влажный термометр; затем врач и химик Уильям Каллен показывает, что это снижение температуры происходит из-за испарения ; эти открытия лежат в основе развития, в начале XIX E века, из психрометра , и его использования для определения влажности воздуха, начиная от измерения его сухого и влажных температур.

В 1819 году Джон Фредерик Даниэлл с помощью производителя научных инструментов Джона Фредерика Ньюмана разработал устройство для измерения точки росы , а также температуры окружающей среды и, следовательно, для получения расчетным путем значения относительной влажности; это устройство является предком нашего современного конденсационного гигрометра . Сложный для создания (он не содержит воздуха, а только эфир в жидкой и парообразной форме) и использования (необходимо, чтобы он заработал, залить эфиром в верхнюю колбу), он был зарезервирован для научных целей.

Области применения

Влагомер воздуха является важным параметром в области метеорологии , кондиционирования воздуха , некоторых отраслей промышленности и проведения досуга. Таким образом, степень высыхания краски и различные химические реакции могут различаться в зависимости от влажности воздуха.

Основные модели

Металло-бумажный гигрометр

Это устройство состоит из тонкой металлической полоски, намотанной по спирали, один конец которой закреплен, а другой свободный, выстланный полоской бумаги, пропитанной солью, и иглы, угловое положение которой на циферблате меняется в зависимости от положения свободный конец спирали. Поскольку бумажное полотно впитывает влагу, узел металл-бумага реагирует на изменение влажности изменением формы спирали, что позволяет индикатору двигаться. Таким образом, принцип работы очень похож на принцип действия биметаллического термометра, за исключением того, что в данном случае деформацию вносит влажность, а не температура. Неточность важна, более 10%.

Этот чрезвычайно простой и неточный гигрометр очень прост в изготовлении и, следовательно, очень недорог, что объясняет, почему он используется в большинстве сигарных хьюмидоров .

Гигрометр для волос

Гигрометр для натуральных волос использует свойство предварительно обезжиренных волос , чтобы видеть, что их длина изменяется в зависимости от влажности воздуха. Это удлинение составляет порядка 2,5% при относительной влажности от 0 до 100%; он, однако, не пропорционален ему и заметно ниже при приближении к 100%; это объясняет, почему градуировка циферблата такого гигрометра не линейна.

Обратите внимание, что из соображений механической устойчивости используется пучок из нескольких волосков.

Деформация волос под действием влажности эластична, но происходит с некоторой задержкой, которая зависит от температуры, от напряжения, которому подвергаются волосы, и даже от самой относительной влажности. Следовательно, инерция гигрометра для волос довольно велика; обычно требуется от десяти до двадцати минут для стабилизации измерения при перемещении в атмосферу, относительная влажность которой сильно отличается от исходной атмосферы.

Некоторые производители предлагают так называемые «прецизионные» гигрометры для натуральных волос, для которых нейтрализовано влияние температуры. Они обеспечивают точность ± 3% в диапазоне относительной влажности от 20 до 100% при температуре от -30 до 65 ° C. Для поддержания этой точности эти гигрометры необходимо регулярно (не реже одного раза в 3 недели ) «регенерировать», т. Е. Помещать в очень влажную атмосферу не менее чем на полчаса . Если гигрометр используется на открытом воздухе, эта регенерация происходит автоматически, а часто и ежедневно, благодаря ночным условиям гигрометрии.

Как ни странно, кажется, что светлые волосы более чувствительны к изменениям влажности, чем каштановые.

Производители также предлагают гигрометры так называемого «синтетического волоса», в которых используются синтетические волокна, обработанные для придания им гигроскопических свойств. Эти волокна обладают тем преимуществом, что их не нужно «регенерировать», они обладают удлинением, пропорциональным относительной влажности (линейная градация), и их можно использовать в диапазоне низкой влажности при более высоких температурах, чем у натуральных волос. Эти гигрометры довольно зарезервирован для внутреннего использования , так как они не работают ниже 0 ° C .

Гигрометры для волос обычно имеют винт для регулировки .

Конденсационный гигрометр

Это устройство основано на измерении температуры точки росы и используется для измерения влажности воздуха или другой газовой смеси. Газ вводится с контролируемой скоростью . Затем эта жидкость входит в контакт с зеркалом, помещенным в устройство. Луч света отражается от зеркала и отправляется на оптический приемник.

После этого зеркало постепенно охлаждают до тех пор, пока на нем не образуется конденсат, что снижает мощность светового луча. Затем микроконтроллер записывает температуру окружающей среды ( сухую температуру ) и температуру зеркала ( влажную температуру ). По этим двум измерениям микроконтроллер может определять и отображать относительную влажность, используя психрометрическую диаграмму, хранящуюся в его постоянной памяти . Серво петля дает возможность контролировать температуру зеркала и поддерживать туман постоянной толщины. Погрешность составляет ± 0,3% для влажности от 0 до 100%.

Есть еще ручные модели, для которых оператор должен визуально проверить появление тумана на зеркале и отметить температуру.

Обратите внимание, что Всемирная метеорологическая организация также относит ячейку точки росы, в которой используется нагретый солевой раствор хлорида лития , к категории конденсационных гигрометров .

Электронный сенсорный гигрометр

Электронный сенсорный гигрометр использует возможность изготовления из гигроскопичного материала электронных компонентов (обычно конденсатора или сопротивления ), полное сопротивление которых изменяется в зависимости от поглощения или резорбции молекул воды.

Электронные датчики влажности доступны не только в виде основных компонентов, но и в виде небольших цифровых модулей вывода, которые включают, помимо основного компонента, электронику, отвечающую за измерения, аналого-цифровое преобразование и управление. цифрового интерфейса. Эти модули часто также включают датчик температуры. Они настраиваются индивидуально.

Существует широкий спектр недорогих электронных гигрометров, оснащенных датчиками массового производства, точность которых часто столь же относительна, как и влажность, которую они должны измерять; в большинстве случаев эти «потребительские» продукты также измеряют температуру. В термо-гигрометры профессионалов, в свою очередь, оснащены гораздо лучше датчиками качества.

Сегодня мы также можем найти небольшие коробки, содержащие электронный датчик влажности и температуры, аккумулятор или источник питания от аккумулятора, процессор и передатчик / приемник Bluetooth или WiFi , и позволяющие отправлять измерения в приложение, работающее на сотовом телефоне.

Емкостной датчик гигрометра

Емкостные датчики влажности состоят из подложки, обычно изготовленной из стекла, кремния или керамики, на которую между двумя проводящими электродами нанесена тонкая пленка гигроскопичного полимера или оксида металла (например, оксида алюминия ). Электрод напротив подложки делается пористым — иногда его называют «потрескавшимся» электродом, чтобы обеспечить прохождение окружающей влажности к диэлектрику и наоборот.

При нормальной комнатной температуре относительная диэлектрическая проницаемость водяного пара имеет значение, близкое к 80, что значительно больше, чем у диэлектрического материала датчика; следовательно, влагопоглощение приводит к увеличению относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика и, следовательно, к увеличению емкости. Это изменение почти пропорционально относительной влажности окружающей среды. Это явление обратимо, а гистерезис очень низкий. «Сухая» емкость такого датчика составляет порядка нескольких сотен пФ , а ее изменение емкости составляет порядка нескольких десятых пФ на приращение относительной влажности в один процент.

Емкостные датчики обычно обеспечивают точность ± 2% во всем диапазоне относительной влажности.

Для измерения влажности Météo-France использует электронные датчики с емкостными датчиками.

Гигрометр с резистивным датчиком

В 1938 году появился первый резистивный датчик, использующий свойства гигроскопической соли хлорида лития . Датчик этого типа, разработанный американцем Фрэнсисом У. Данмором, способен обнаруживать изменения относительной влажности 0,1%. Однако диапазон его измерения зависит от концентрации соли и ограничивается несколькими десятками%; поэтому для охвата диапазона от 0 до 100% необходимо использовать несколько датчиков, диапазоны измерения которых дополняют друг друга. Учитывая его высокую чувствительность и высокую точность, мы до сих пор иногда продолжаем использовать этот тип датчика для конкретных нужд.

Современные резистивные датчики используют резистивные свойства гигроскопичного полимера. Изменение сопротивления обычно представляется как обратная экспоненциальная функция влажности, чувствительная к температуре. Поэтому эти датчики требуют линеаризации, а также температурной компенсации, которые в большинстве случаев интегрированы. Менее дорогие, чем емкостные датчики, но менее точные, они широко используются в «потребительских» товарах.

Психрометр

Психрометр — это измерительный прибор, предназначенный для определения энергетических характеристик влажного воздуха .

Он состоит из двух термометров, которые одновременно и в одном месте измеряют температуру воздуха (известную как температура сухого термометра ) и его «влажную температуру». Для измерения « температуры влажного термометра » (или температуры влажного термометра ) технически необходимо, чтобы второй термометр был окружен фитилем, пропитанным жидкой водой, и чтобы влажный воздух, соприкасающийся с этим термометром, обтекал его. достаточная скорость. Таким образом, в установившемся режиме высыхание влажного фитиля вызывает изэнтальпическое падение температуры до насыщения воздуха в непосредственном контакте с термометром.

Два термометра должны хорошо вентилироваться, чтобы измерять характеристики воздушной массы, а не окружающей среды, которая может подвергнуться парниковому эффекту . Таким образом, психрометр можно разместить в вентилируемом укрытии от непогоды или закрепить на стропе, поворачиваемой на конце веревки, цепи или используя легкую раму, которую поворачивает наблюдатель.

Разница между этими двумя температурами, определяемая психрометром, позволяет получить доступ ко всем энергетическим данным влажного воздуха и, в частности, его относительной влажности . Использование счётов позволяет узнать относительную влажность. Разница температур может достигать нескольких градусов Цельсия .

Гравиметрический метод

Этот метод используется только в качестве стандарта и предназначен для калибровки высокоточных устройств. Он основан на поглощении осушающим агентом водяного пара, содержащегося в известном объеме воздуха. Осушитель взвешивается до и затем после операции, и разница позволяет установить массу водяного пара и, следовательно, абсолютную влажность .

Калибровка и регулировка

Для калибровки гигрометра обычно используется следующая физико-химическая характеристика: если в замкнутом объеме воздуха помещается водный раствор, насыщенный низколетучей солью, относительная влажность через определенное время стремится к фиксированному значению, что зависит от температуры и типа используемой соли. Существуют таблицы, в которых для различных солей указана зависимость относительной влажности от температуры. Основными солями, используемыми для калибровок, основанных на этом принципе, являются: хлорид натрия (φ — относительная влажность = ± 75%), хлорид лития (φ = ± 11%), хлорид магния (φ = ± 33%) и сульфат калия (φ = ± 97%).

Процедура отличается простотой. Все, что вам нужно сделать, это поместить гигрометр для калибровки в герметичный контейнер, а также в небольшую чашку с таким раствором и дождаться стабилизации измерения, что может занять несколько часов. Сравнивая это измерение со значением относительной влажности, соответствующим используемому физиологическому раствору, мы можем определить погрешность измерения гигрометра и, следовательно, выполнить его настройку, обычно поворотом винта, если это гигрометр для волос, или конфигурацией. меню, если это цифровой гигрометр.

Обратите внимание, что большинство гигрометров, когда они предлагают возможность регулировки, допускают только ограниченную настройку : вся кривая отклика гигрометра смещается на основе калибровочного измерения на одну точку, например, при относительной влажности 75%; поэтому вполне возможно, что ошибка измерения сохраняется или даже появляется для других точек, более или менее удаленных от исправленной точки. Однако некоторые прецизионные гигрометры допускают регулировку в нескольких точках.

Количество воды, используемой для приготовления раствора, должно быть достаточным для достижения калибровочной относительной влажности в соответствующем объеме, а количество соли должно быть достаточным для полного насыщения раствора, но не растворения полностью. Следует использовать дистиллированную воду, чтобы избежать присутствия солей, отличных от желаемой. Если, когда контейнер закрыт, захваченный воздух имеет относительную влажность выше, чем эталонная относительная влажность физиологического раствора, часть этой влажности будет улавливаться избытком соли до тех пор, пока не будет достигнута точка d. ‘Уравновешена. В противном случае небольшая часть раствора испарится до достижения этой точки равновесия, вызывая кристаллизацию соли, которая была растворена в этой части.

Эти калибровки соли имеют точность ± 1%.

К сведению, существуют наборы, предназначенные для любителей сигар, позволяющие калибровать гигрометры, которые они используют для контроля условий хранения своих драгоценных товаров. А если серьезно, то производители профессиональных гигрометров предлагают калибровочные блоки, связанные с ампулами с различными солевыми растворами.

Трудности измерения

Загрязнение окружающей среды , то конденсация и старение являются все факторы , которые влияют на точность результатов. Упомянутые выше устройства имеют очень медленное время отклика при переключении из насыщенной (100%) водной среды на среду с более низкой влажностью.

Источник