Yoğuşma higrometresi. Nem higrometresi

Havanın (ve diğer gazların) nemin ölçümü için yaygın olarak kullanılan bir alet , yoğunlaşma higrometresidür. Eyleminin prensibi , çiy noktası olarak adlandırılan ve havadaki nem yoğunlaşmasının başladığı sıcaklığın ölçülmesinden oluşur.

Hava nemi nedir?

Higrometre, havadaki nem içeriğini ölçer ve mutlak veya göreli büyüklük ile temsil edilebilir. Bunlardan ilki, 1 cu için sadece bir miktar su buharı verir. M belirli bir sıcaklıkta hava. Ancak ikincisi, ne buharlaşma ne de yoğuşma olmadığında, havadaki su buharının doyma durumuna ne kadar yakın olduğunu, diğer bir deyişle sıvı fazı ile dinamik dengesini gösterir. Ölçülen mutlak hava nem oranının doygunluk halindeki mutlak nem oranına eşittir. Havadaki su buharı doyurulduğu zaman (yine belirli bir sıcaklıkta), bu tür havanın bağıl nemi% 100'dür. Doymamış su buharı havada, buna göre daha azdır.

Yoğuşma higrometresi nasıl çalışır?

Hava nemliliğini belirleyen herhangi bir cihazın çalışma prensibi, genellikle, nemi emen madde içindeki sıcaklık, basınç, kütle veya mekanik ve elektriksel değişiklikler gibi diğer bazı değerleri ölçmektir. Uygun kalibrasyon ve hesaplama yoluyla, bu ölçülen değerler mutlak veya bağıl nemin belirlenmesine yol açabilir. Bu işlemde çok önemli bir rol çiy noktası olarak adlandırılan buhar doygunluğunun oluştuğu sıcaklığa bağlıdır. Kural olarak, havanın nemliliğini belirlemek için kullanılan modern elektronik cihazlar, bu sıcaklığı veya elektrik kapasitesindeki veya çeşitli nem emici maddelerin direncindeki değişiklikleri ölçer ve nem indekslerine otomatik olarak yeniden hesaplanır.

Yoğuşma higrometresi: cihaz

Çalışması, çiy noktası yöntemi ile havadaki su buharı içeriğinin ölçülmesine dayanır. Bu yöntem, genellikle metal bir ayna olan yüzeyin, aynanın yüzeyindeki suyun, yüzey üzerindeki gaz numunesinde su buharı basıncı ile dengede bulunduğu bir sıcaklığa soğutmayı içerir. Bu sıcaklıkta, aynanın yüzeyindeki su kütlesi artmaz (çok soğuk bir yüzeyde) veya aynada (çok sıcak bir yüzeyde) azalır; diğer bir deyişle aynanın üzerindeki buhar, ayna üzerindeki su yoğunlaşmasıyla dinamik denge içindedir (buhar doymuştur).

Böyle bir ayna, iyi ısı iletkenliğine sahip bir malzemeden (gümüş veya bakır gibi) yapılır ve renk bozulması ve oksitlenmeyi önlemek için iridyum, rubidyum, nikel veya altın gibi bir atıl metal tabakası ile kaplanır. Ayna, kondens oluşmadan önce bir termoelektrik soğutucu (Peltier efekti) ile soğutulur. Genellikle bir katı hal geniş bantlı ışık yayan diyottan gelen bir ışık ışını, ayna yüzeyine yönlendirilir ve fotodetektör, aynası üzerinde yoğunlaşma olmadan akısı maksimum olan yansıyan ışığı izler.

Soğutmalı bir ayna ile bir higrometrenin çalıştırma yöntemi

Aynanın ayna yüzeyinde çiy damlası oluştuğunda, yansıyan ışık dağılır. Bu durumda, foto detektörüne giren akışı azalır ve bu da, ikincisinin çıkış sinyalinde bir değişikliğe neden olur. Bu da, çiğlenme noktasında kararlı bir ayna sıcaklığını muhafaza eden bir analog veya dijital termoelektrik soğutucu kontrol sistemi tarafından kontrol edilir. Düzgün tasarlanmış bir sistemle, aynanın yoğunlaşma hızının tam olarak çiy-tabakasının buharlaşma hızına eşit olduğu bir sıcaklıkta muhafaza edilir. Aynaya monte edilen minyatür platin direnç termometresi (PRT), otomatik olarak nem okumasına dönüştürülen bu noktadaki sıcaklığını ölçer.

Söz konusu yapının hava nem oranını ölçmek için kullanılan higrometre, analiz edilen gaz bölümünü ve kirli koşullardaki ek filtrasyon elemanları pompalamak için bir vakum pompası da içerir.

Göz önündeki higrometrelerin avantajları

Basit bir çalışma prensibine dayanan, endikasyonların yüksek doğruluğu ve istikrarı ile geniş ölçüm yelpazesine sahip olan bu araçlar, endüstri ve bilimsel araştırmalarda yaygın şekilde kullanılmaktadır. Tipik bir yoğunlaşma higrometresi, diğer pek çok nem sensörünün aksine, çok dengeli hale getirilebilir, hemen hemen aşınmadan etkilenmez ve bu da yeniden kalibre etme ihtiyacını en aza indirir. Çiğlenme noktasındaki nem higrometresi, 100 ° C'den minimuma -70 ° C sıcaklık aralığında ölçüm yapabilir Aynı zamanda ölçüm doğruluğu derecenin onda biri kadardır.

Söz konusu tasarımın bir çok higrometresi, mikroişlemci kontrolü ile donatılmıştır ve dirençli bir sıcaklık sensörü ile birlikte, çiğlenme noktası yerine veya yerine herhangi bir istenen nem parametresini hesaplayıp harici göstergeye verebilmektedir. Buna ek olarak, bu cihazlar kablosuz teknolojileri kullanarak sonuçların aktarılmasına izin verir. Doğal olarak, bu tür cihazlar, çeşitli üretim sistemlerinde, otomatik veri toplama ve ilgili üretim süreçlerinin yönetimi için yaygın olarak kullanılmaktadır.

Böyle bir higrometre ne kadara mal olur? Elbette bunun fiyatı, cihazın elektronik kontrol sisteminin kullanılabilirliği ve karmaşıklığına bağlı olarak, temel olarak bir dizi gerçekleştirilmiş işlevle belirlenir. Böylece, dijital bir osiloskobun görünümünde benzer sabit bir yoğunlaşma higrometresi, en az 4.000 USD'ye mal olur. Özellikle "gelişmiş" modeller 10 000 dolardan fazla maliyete sahip olabilir. Piyasada tamamen işlevsel bir taşınabilir higrometre bulabilirsiniz. Fiyatı 1 ila 2 bin dolar arasında değişiyor.

Yoğuşma higrometrelerinin dezavantajları

Higrometre sayımı sistemi, ölçüm sürecinde en etkili olarak kabul edilirken, dezavantajı, çalışma sırasında ölçme yolunun ayrıntılarının kaçınılmaz olarak kontamine olmasıdır.

Soğutulmuş aynalarla donatılmış higrometreler, ayna üzerinde biriken çözünür ve çözünmeyen kirleticiler nedeniyle yanlış ölçümler yapma eğilimindedir. Çözünmeyen parçacıklar aynanın optik özelliklerini etkiler. Yumuşak toz veya ayna üzerinde çözünmeyen parçacıkların görünümü, çiy veya donun oluşabileceği konsantrasyon merkezlerinin varlığını sağlar ve böylece cihazın tepki süresini artırır. Çözünür kirlilikler, yoğuşan nemden aynaya kadar buhar basıncını etkiler ve bu da çiy noktasını değiştirir. Modern ölçme higrometreleri (en azından daha karmaşık modelleri), cihazın nem hesaplama algoritmalarına uygun düzeltmeler getirerek kontaminasyonu algılayıp reaksiyona sokmasını sağlayan bir "kendi kendini test" fonksiyonu içerir.

Bu özelliklerin bulunup bulunmadığına bakılmaksızın, söz konusu higrometrelerin neredeyse hepsi periyodik muayene ve temizliğe ihtiyaç duyar.

Soğutmalı bir ayna ile higrometrelerin bakımı

Cihazın kullanıcısı bu anlamda onun önerdiği talimattır. Kirliliğe karşı hassas olan higrometre, ölçüm sonuçlarının istikrarını sağlamak için periyodik olarak temizlenmelidir, ancak bakım maliyetini artırabilir. Aygıtın ayna muayenesi genellikle gömülü bir mikroskop kullanılarak gerçekleştirilir ve bakım, ölçüm bölmesinin açılmasından sonra manuel olarak yapılır.

Ayna yüzeyinin temizlenmesi, işletme talimatında belirtilen frekansla gerçekleştirilirse, ölçüm doğruluğunu korumak mümkündür. Temizleme için aynanın yüzeyine rahatça erişmek genellikle optik bileşenler ile ayna arasında bir menteşeyle sağlanmaktadır. Piyasada, artık ihtiyacınız olan herhangi bir yoğunlaşma higrometresi bulabilirsiniz. Aşağıdaki fotoğraf performansının bir örneğini göstermektedir.

Higrometrelerin metrolojide uygulamaları

Soğutulmuş bir ayna ile düzgün tasarlanmış ve işletilen bir higrometre, diğer popüler nem ölçüm cihazlarından birkaç misli daha yüksek hassasiyetle nem ölçümleri sağlar. Özellikle sıcaklığı ölçmek için platin termometre, ayna ve aynanın durumunu izlemek için bir orta güç mikroskopu ile donatılmış ölçümlerin doğal doğruluğu metrolojik ölçümler için idealdir. Kablosuz dijital iletişim kanallarıyla bilgi iletme imkânları, bu tür higrometrelerin global meteorolojik bilgi toplama ve işleme sistemlerinde kullanılmasına yönelik geniş olanaklar sunar.

Fabrika laboratuvarlarında ve kontamine ortamlarda kullanın

Hava neminin belirlenmesine yönelik bu aletler, fabrika iklim laboratuvarlarında mutlak değerini ölçmek için idealdir. Genellikle iklim testi için odaları kontrol etmek için kullanılan bağıl nem sensörleri gibi diğer cihazların doğruluğunu kontrol etmek için referans standartlar olarak kullanılırlar.

Bu higrometrelerin yapımında kullanılan malzemelerin özelliklerinin istikrarı ve bunların çoklu temizleme imkânı, aletleri kalibre etme kaybı olmaksızın birçok kirleticinin bulunduğu ortamlarda çok uzun süreli hizmet için uygun hale getirir. Bu özelliklerin kararlılığı, gaz numunelerindeki yüksek seviyedeki kirletici maddelerin daha az kararlılık gösteren nem sensörleri üzerinde geri dönüşümsüz zararlı etkilere sahip olduğu gaz akışlarında kullanılmaya uygundur. Örneğin, bu tip higrometre, özel karışımlarla havadaki metal ürünlerin yüzeylerinin ısıl sertleştirilmesi sırasında çiğlenme noktasını kontrol etmek için yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu gibi durumlarda, temizleme aynasına kolaylıkla erişmek özellikle istenir.

Neme duyarlı üretim

Farmasötiklerin, filmlerin, kaplamaların ve diğer ürünlerin imalatında gerekli olan özel ambalajlama işlemleri genellikle soğutulmuş bir aynalı higrometreler ile kontrol edilir. Yine bu durumda tercihleri ölçüm doğruluğunun istikrarı ve uzun hizmet ömrü tarafından etkilenir. Buna ek olarak, bu işlemler genellikle alet maliyetlerine daha az duyarlı olduğundan, bu higrometrelerin yüksek maliyeti bir nem izleme şemasının seçilmesinde belirleyici bir faktör değildir.

Yüksek sıcaklıklı gazlar ve çiğlenme noktaları

Bu tipteki higrometreler çoğunlukla ortam sıcaklığının üzerinde çiy noktası sıcaklıklarını ölçmek için seçilir. Soğutmalı aynalı aletler 1966 yılında Apollo füzelerinin hidrojen yakıt hücrelerini 250 ° C sıcaklık ve 700 psi basınç altında izlemek için kullanıldı. Günümüzün termoelektrik teknolojisi ile, 100 ° C'ye (ve bunun üstünde, atmosferik üstündeki basınç altında) kadar olan çiğlenme noktası aynaları kolayca ölçülür. Bu gibi durumlarda, numune gazı ile temas halinde olan higrometre ölçüm bölmesinin tüm yüzeyleri beklenen en yüksek çiğlenme sıcaklığının üzerinde olmalıdır, aksi takdirde bu yüzeylerde yoğuşma oluşacak ve ölçüm hatalı olacaktır.

Yüksek sıcaklıktaki gazların çiğlenme noktasını ölçmek için tasarlanan higrometrelerde, ölçme odasının duvarlarının sıcaklığının beklenen en yüksek çiğlenme noktalarının üstünde tutulması için bir termostatlı elektrikli ısıtıcıların kullanılması yaygın bir uygulamadır. Işık yayan diyotlar ve dedektörler gibi katı hal optik bileşenleri, higrometrenin bozulmasını ve bozulmasını önlemek için nominal işletme sıcaklığında (genellikle 85 ° C) korunur. Bu, bu bileşenlerin ısıtılmış ölçüm bölmesinden termal yalıtımıyla elde edilebilir.