Русская Википедия:Психрометр

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Шаблон:Сдвоенное изображение Психро́метр (Шаблон:Lang-grc — холодный), или гигрометр психрометри́ческий — содержащее сухой и смоченный термометры устройство для косвенного измерения влажности газов, прежде всего воздуха, по понижению температуры смоченного твёрдого тела — датчика температуры; влажность газа вычисляют посредством психрометрической формулы по разности температур сухого и смоченного термометровШаблон:Sfn.

Принцип действия

Испарение воды приводит к её охлаждению, тем большему, чем меньше влажность воздуха, контактирующего с водой. По разнице температур воздуха (называемой в психрометрии температурой сухого термометра) и поверхностного слоя воды (называемой температурой влажного термометра, или температурой смоченного термометраШаблон:Sfn, или температурой мокрого термометраШаблон:Sfn) можно определить влажность воздуха. При этом приходится учитывать то обстоятельство, что испарившаяся влага остаётся в окрестностях датчика температуры (например, колбы влажного жидкостного термометра), локально увеличивая там влажность воздуха. Для устранения этого эффекта при измерении влажности применяют аспирацию, обдувая термометры анализируемым газом (воздухом)Шаблон:Sfn.

Относительная влажность воздуха <math> \varphi </math>, %, отражает степень насыщения воздуха парами воды и равна по определениюШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:Sfn

<math> \varphi \equiv 100 \frac {d}{d_s}</math>,

где <math> d </math> — абсолютная влажность воздуха (парциальная плотность водяного пара во влажном воздухеШаблон:SfnШаблон:Sfn, массовая концентрация водяных паров в воздухеШаблон:SfnШаблон:Sfn) при температуре сухого термометра <math> t </math>; <math> d_s </math> — наибольшая достижимая абсолютная влажность воздуха, то есть плотность насыщенного водяного пара при температуре <math> t </math>Шаблон:Sfn.

Рассматривая водяной пар как идеальный газ, отношение плотностей можно заменить отношением давленийШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:Sfn и получить часто используемую приближённую формулу, с практической точки зрения эквивалентную предыдущейШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:Sfn:

<math> \varphi = 100 \frac {P}{P_s}</math>,

в которой <math> P </math> — парциальное давление паров воды в воздухе при температуре <math> t </math>; <math> P_s </math> — давление насыщенного водяного пара при этой температуре. Значение относительной влажности может изменяться от 0 для сухого воздуха до 100 % для насыщенного влагой воздуха.

Для вычисления абсолютной влажности воздуха используют формулу РеньоШаблон:Sfn

<math> d = d_w - \alpha \cdot B \left ( t - t_w \right ) </math>,

из которой следует выражение для относительной влажности воздуха с температурой <math> t </math>:

<math> \varphi = 100 \left ( \frac {d_w}{d_s} - \alpha \cdot B \frac {t - t_w}{d_s} \right ) </math>.

Здесь <math> t </math> и <math> t_w </math> — температуры соответственно сухого и влажного термометров, °С; <math> d_s </math> — плотность насыщенного водяного пара при температуре сухого термометра, г/м³; <math> d_w </math> — плотность насыщенного водяного пара при температуре влажного термометра, г/м³; <math> B </math> — атмосферное давление, мм рт. ст.; <math> \alpha </math> — психрометрический коэффициент, равный 0,00128 для неподвижного воздуха, 0,0011 для подвижного воздуха и 0,00074 для свободной атмосферыШаблон:Sfn. Зависимость психрометрического коэффициента <math> \alpha </math> от скорости движения воздуха <math> v </math>, м/c, даёт формула ЗворыкинаШаблон:Sfn:

<math> \alpha = 10^{-6} \left ( 593.1 + \frac {135.1}{\sqrt v} + \frac {48}{v} \right ) </math>.

Поскольку температура датчика влажного термометра меньше температуры окружающего воздуха, то возле него имеет место небольшое локальное движение воздуха (<math> v \ne 0 </math>) и психрометрический коэффициент не обращается в бесконечность, как это следует из формулы Зворыкина для <math> v = 0 </math>, а равен указанной выше конечной величинеШаблон:Sfn.

Численное значение психрометрического коэффициента зависит от выбора единиц измерения давления, поэтому в данной статье единообразия ради пришлось повсеместно применить внесистемную единицу измерения давления — мм рт. ст., использованную в тех источниках, откуда заимствованы значения <math> \alpha </math>.

Значения психрометрических коэффициентов для различных скоростей движения воздуха приведены ниже.

Психрометрические коэффициенты для различных скоростей движения воздуха
Скорость движения воздуха, м/с Значение психрометрического коэффициента[1] / полученное по формуле ЗворыкинаШаблон:Sfn Особенности микроклимата в помещении / вне помещения
0,13 0,00130 / 0,00134 вентиляция отсутствует / штиль
0,16 0,00120 / 0,00123 — / —
0,20 0,00110 / 0,00114 естественная вентиляция без сквозняков / —
0,30 0,00100 / 0,00100 — / —
0,40 0,00090 / 0,00093 едва заметное движение воздуха / кажущееся отсутствие ветра
0,50 — / 0,00088 — / —
0,60 — / 0,00085 — / —
0,80 0,00080 / 0,00080 — / небольшой ветер
1,00 — / 0,00077 — / —
2,00 — / 0,00071 — / —
2,30 0,00070 / 0,00070 — / умеренный ветер
3,00 0,00069 / 0,00069 — / —
4,00 0,00067 / 0,00067 — / сильный ветер
5,00 — / 0,00066 — / —

Для аспирационных психрометров при вычислении относительной влажности воздуха может быть использована формула ШпрунгаШаблон:Sfn, получаемая из формулы Реньо подстановкой в неё значения психрометрического коэффициента, соответствующего скорости движения воздуха 5 м/с. Из формулы Шпрунга следует выражение для вычисления относительной влажности воздуха при указанной скорости его движения:

<math> \varphi = 100 \left ( \frac {d_w}{d_s} - 0,000662 \cdot B \frac {t - t_w}{d_s} \right ) </math>.

Значения <math> d_s </math> и <math> d_w </math> берут из справочной литературы[2][3] (в справочных данных часто указывают не плотность водяного пара, а обратную ей величину — удельный объёмШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:Sfn насыщенного водяного пара), вычисляют с помощью онлайн-калькуляторов[4][5] или, полагая водяной пар идеальным газом, находят посредством уравнения состояния идеального газа. В последнем случае используют соотношение, связывающее плотность насыщенного водяного пара, г/м³, с его парциальным давлением, мм рт. ст., и температурой, °СШаблон:Sfn:

<math> d_w = \frac {288.97 \cdot P_w}{273.15 + t_w} </math>,
<math> d_s = \frac {288.97 \cdot P_s}{273.15 + t} </math>,

а парциальное давление, мм рт. ст., для выраженных в °С температур воздуха вычисляют по модифицированному уравнению Бака, заимствованному из статьи Относительная влажность и отличающемуся от оригинального результата Бака[6], приведённого в статье Relative humidity:

<math> P_w = 4.5845 \exp \left ( \frac { t_w \left ( 18.678 - \frac {t_w}{234.5} \right ) }{257.14 + t_w} \right ) </math>,
<math> P_s = 4.5845 \exp \left ( \frac { t \left ( 18.678 - \frac {t}{234.5} \right ) }{257.14 + t} \right ) </math>.

При необходимости по значениям относительной влажности можно найти абсолютную влажность воздуха[7][4], а также температуру точки росы посредством онлайн-калькулятора[8] или по формулам и таблице, приведённым в статье Точка росы.

Устройство

Простейший статический психрометр АвгустаШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:Sfn состоит из двух одинаковых спиртовых термометров, расположенных на расстоянии 4—5 смШаблон:SfnШаблон:Sfn друг от друга. Один термометр — обычный для измерения температуры воздуха (сухой термометр), а второй имеет устройство увлажнения: спиртовая колба влажного (мокрого) термометра обёрнута 1—2 слоями тканевой (батист, шифон, марляШаблон:Sfn) ленты, один конец которой находится в резервуаре с водойШаблон:Sfn. Воду желательно использовать дистиллированную или, в крайнем случае, кипячёную, чтобы замедлить отложение солей, ведущее к забиванию капилляров ленты и её быстрому пересыханию. На способность ткани к смачиванию колбы термометра влияет также запыленность воздуха; ткань заменяют по мере того, как она теряет гигроскопичностьШаблон:SfnШаблон:Sfn. За счёт капиллярного эффекта ткань непрерывно увлажняет колбу термометра; вследствие испарения влаги увлажнённый термометр охлаждается. Снимают показания сухого и влажного термометров и находят относительную влажность воздуха либо по психрометрической таблице[9], либо по номограмме — психрометрическому графику (психрометрической диаграмме)[10][11], либо с помощью онлайн-калькулятора[12]. При относительной влажности, равной 100 %, вода вообще не будет испаряться и показания обоих термометров будут одинаковыШаблон:Sfn. При точных измерениях в случае отклонения атмосферного давления от номинального либо учитывают поправку к полученным по психрометрической таблице результатамШаблон:Sfn, либо выполняют расчёт по формуле Реньо. Конструкция психрометра может включать в себя вентилятор для обдува воздухом обоих термометров. Скорость обдува обычно составляет 0,5—2,0 м/с; для психрометров, устанавливаемых в воздуховодах, скорость обдува может достигать 8 м/сШаблон:Sfn. К каждому психрометру прилагается психрометрическая таблица и/или графикШаблон:Sfn, учитывающие особенности конкретной серии приборов и призванные выдавать возможно более достоверные результаты замеров относительной влажности.

Виды психрометров

Современные небытовые психрометры можно разделить на три категории: станционные, аспирационные и дистанционные. В станционных психрометрах термометры закреплены на специальном штативе в метеорологической будке. Основной недостаток станционных психрометров — зависимость показаний увлажнённого термометра от скорости воздушного потока в будке. Основной станционный психрометр — психрометр Августа[13].

В аспирационном психрометре (например, психрометре АссманаШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:Sfn[13]) одинаковые ртутные термометры расположены в специальной никелированной оправе, защищающей их от повреждений и теплового излучения окружающих предметов, где обдуваются потоком исследуемого воздуха с постоянной скоростью около 2 м/с за счёт просасывания (аспирации) воздуха посредством механического или электрического вентилятора. Перед работой тканевую ленту влажного термометра смачивают дистиллированной водой из специальной пипетки с резиновой грушей; при продолжительных измерениях увлажнение периодически повторяютШаблон:Sfn. Снимают показания сухого и влажного термометров и находят относительную влажность либо по психрометрической таблице[14], либо по психрометрическому графику[15][16] или номограмме[17]. Всемирная метеорологическая организация для вычисления относительной влажности воздуха по результатам замеров, выполненных с помощью психрометра Ассмана, рекомендует использовать следующую формулу[18], учитывающую влияние атмосферного давления:

<math> \varphi = \frac {100}{P_s} \left [ P_w - 0.000653 \cdot \left ( 1+0.000944 \cdot t_w \right ) \cdot B \cdot \left ( t - t_w \right ) \right ] </math>.

Выбор единиц измерения входящих в это выражение давлений <math> P_s </math> (давление насыщенного водяного пара при температуре сухого термометра <math> t </math>), <math> P_w </math> (давление насыщенного водяного пара при температуре влажного термометра <math> t_w </math>) и <math> B </math> (атмосферное давление) произволен; важно лишь, чтобы все три перечисленные выше величины были выражены в одних и тех же единицах.

При положительной температуре воздуха аспирационный психрометр — наиболее надёжный прибор для измерения температуры и влажности воздуха. В дистанционных психрометрах используют обычно термометры сопротивления как наиболее точные и стабильные.

Галерея

См. также

Примечания

Шаблон:Примечания

Литература

Ссылки

Шаблон:Метеорологическое оборудование

Шаблон:Перевести

Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное

  1. ↑ Губернский Ю. Д., Орлова Н. С. Психрометр // Большая медицинская энциклопедия в 30 томах, 3-е изд., 1983, т. 21.
  2. ↑ Плотность насыщенного водяного пара при различных температурах.
  3. ↑ Давление и плотность насыщенного водяного пара.
  4. ↑ 4,0 4,1 Абсолютная влажность воздуха и относительная влажность воздуха. Шаблон:Wayback Для насыщенного пара полагают <math> \varphi = 100 </math> %.
  5. ↑ Калькулятор: Таблица свойств насыщенного пара по температуре. Шаблон:Wayback Давление в mmHg abs, удельный объём в м³/кг.
  6. ↑ Шаблон:Cite web
  7. ↑ Перевод относительной влажности в абсолютную.
  8. ↑ Шаблон:Cite web
  9. ↑ Психрометрическая таблица.
  10. ↑ Психрометрическая диаграмма для статического психрометра Августа и барометрического давления 745 мм рт. ст.
  11. ↑ Психрометрическая номограмма для спокойного воздуха.
  12. ↑ Определение влажности воздуха психрометрическим методом. Шаблон:Wayback Онлайн-калькулятор.
  13. ↑ 13,0 13,1 Шаблон:Cite web
  14. ↑ Определение относительной влажности воздуха по показаниям психрометра Ассмана.
  15. ↑ График для определения относительной влажности воздуха с помощью психрометра Ассмана (вертикальная линия — температура сухого термометра, косая линия — температура влажного термометра).
  16. ↑ Психрометрическая номограмма для скорости воздуха 5 м/с.
  17. ↑ Номограмма для определения относительной влажности воздуха по показаниям психрометра Ассмана.
  18. ↑ Шаблон:Cite web
Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Русская_Википедия:Психрометр&oldid=10658719