Вимірювання вологості повітря

Вологість повітря – це вміст у ньому води в газоподібному стані. Вона має важливе значення для життя рослин, оскільки впливає на інтенсивність випаровування з грунту і рослин та на зміни водного балансу в клітинах рослинних тканин.

В атмосфері завжди є певна кількість водяної пари. Абсолютно сухою вона не буває через те, що весь час поповнюється за рахунок випаровування з водних басейнів, ґрунту і рослинності.

Для кількісного виразу вмісту водяної пари в повітрі застосовують такі характеристики (величини):

1. Абсолютна вологість (а) – це кількість водяної пари (у грамах), яка міститься в одному кубічному метрі повітря (г/м³).

2. Пружність водяної пари (е) – це тиск водяної пари (в міліметрах, в мілібарах або гектопаскалях), яка перебуває в повітрі.

Між “ а ” і “ е ” існує співвідношення:

, (1) , (2)

В (1) “ е ” виражене в мм.рт.ст, а у (2) – в гПа або мбар.

Коли спостереження здійснюють за допомогою психрометрів (станційного або аспіраційного), то пружність водяної пари можна обчислити за формулою:

е=Е'-Ар(t-t') (мбар), (3)

де Е' – пружність насичуючої водяної пари при температурі змоченого термометра, гПа або мбар. Знаходимо Е' по t' і додатку 4;

t і t' – температура сухого і змоченого термометрів, ºС;

р – атмосферний тиск, гПа, (мбар) (р = 1000 мбар або гПа);

А – коефіцієнт, рівний для станційного психрометра 0,0008, а для аспіраційного – 0,00066 (у закритих приміщеннях 0,0008).

3. Відносна вологість (¦)- відношення пружності водяної пари (е), яка є в повітрі, до максимально можливої пружності (Е) при даній температурі визначена у відсотках. Вона обчислюється за формулою:

,(%). (4)

Максимальну пружність водяної пари в повітрі (Е) знаходимо за додатком 4 і показаннями сухого термометра (t).

4. Дефіцит вологості або нестача насичення (d) – це різниця між максимальною і фактичною пружністю водяної пари при даній температурі:

d=E-e (гПа, мбар ). (5)

5. Точка роси (t_d) – це температура, при якій водяна пара, що є в повітрі, при незмінному загальному атмосферному тиску досягає повного насичення. Як і всяка температура, вона вимірюється в градусах. Визначається точка роси (t_d) за пружністю водяної пари (е) з використанням додатку 5.

Прилади для вимірювання вологості повітря

Психрометр станційний – складається із “сухого” і “змоченого” термометрів і використовується в умовах стаціонарних спостережень. Встановлені термометри вертикально на штативі у психрометричній будці (див. лаб. роботу №3). Резервуар правого термометра обгорнутий батистом, кінець якого опущено в скляночку з дистильованою водою. Станційним психрометром користуються при будь яких додатних температурах та при від’ємних до –10°С.

Влітку у жарку і суху погоду, за 10-15 хвилин до вимірювання, стаканчик з відкритою кришкою піднімають і занурюють у нього резервуар змоченого термометра, після чого його знову закривають і ставлять на попереднє місце. Взимку батист обрізують на 0,2 – 0,3 см нижче термометра і змочують його водою кімнатної температури за 30хв до визначення вологості, щоб відтанула льодова кірка.

Відлік з обох термометрів треба проводити швидко, фіксуючи спочатку десяті частки, а потім цілі градуси.

Психрометр аспіраційний (МВ-4М) (рис.12) – складається із “сухого”(1) і “змоченого”(2) термометрів і використовується в експедиційних умовах. Термометри встановлено в металеву оправу (3) для захисту від пошкоджень. Середня частина оправи - пустотіла трубка (4), яка внизу роздвоюється на двостінні (зовнішня і внутрішня) циліндричні трубки. На верхню частину оправи нагвинчено аспіраційну головку з вентилятором (5), який приводиться в дію за допомогою пружини, що накручується ключем (6).

Рис.12. Психрометр аспіраційний.

Вентилятор втягує зовнішнє повітря з постійною швидкістю 2 м/с в трубки, де знаходяться резервуари термометрів. Обтікаючи їх, повітря проходить через трубку оправи і щілинні отвори аспіраційної головки, виходячи за межі психрометра.

Аналогічними за призначенням та технічними характеристиками є електричний аспіраційний психрометр М-34.

Гігрометр волосяний або плівковий (рис.13) – використовується для визначення відносної вологості.

Приймальною частиною гігрометрів є знежирена людська волосина (1), або плівка кишечнику тварин. Зміна довжини волосини або площі плівки при зміні вологості повітря передається на стрілку (2), положення якої в кожний момент часу можна відлічувати на шкалі (3), прикріпленій до металевої рамки проти кінця стрілки.

Взимку при температурі повітря нижчій за мінус 10°С, гігрометри є практично єдиними приладами для вимірювання вологості повітря.

Гігрограф М-21 (волосяний або плівковий) – для безперервного запису відносної вологості повітря в межах від 30-100% при температурі від мінус 35 до плюс 45°С. Гігрографи є добові з тривалістю одного обертання барабана у 26 год. і тижневі з тривалістю одного обертання барабану у 176 год. Приймальною частиною волосяного гігрографа (рис.14) є пучок (35-40шт.) волосся (1). За допомогою спеціального передавального механізму зміна довжини пучка волосся при зміні вологості передається перові (2).

Рис.13. Гігрометр волосяний	Рис.14. Гігрограф волосяний (механізм)

Стаціонарний психрометр та волосяний гігрометр встановлюються у психрометричній будці, а гігрограф – в окремій будці для самописців.

Завдання для виконання в лабораторії

Завдання: Виміряти вологість повітря.

Прилади та устаткування: аспіраційний психрометр, склянка з водою, гумова груша із скляним наконечником.

Порядок виконання

1. Вивчити будову аспіраційного психрометра та правила спостереження і відліків.

2. Вийняти психрометр з футляра, оглянути його і за допомогою гумової груші змочити термометр, який обмотаний батистом. Психрометр тримають у вертикальному положенні резервуарами термометрів униз.

3. Накрутити пружину вентилятора (зробити 8 півобертів ключем), потім покласти прилад горизонтально на столі.

4. Через 4 хв зняти показання, а через 1 хв після цього зняти ще два таких показання підряд.

5. Обчислити середні величини (з 3-х показань термометрів) і внести поправки до них, користуючись додатком 3.

6. Обчислити всі характеристики вологості повітря (е, а, f, d, t_d). Розрахунок проводять так: спочатку за додатком 5 знаходимо максимальну пружність водяної пари (Е, Е') при температурі, яку відповідно показують сухий і змочений термометри (t, t'). Потім обчислюємо пружність водяної пари (е) за формулою (3). Далі за формулами (2), (4), (5) вираховуємо a, f, d. Щоб обчислити точку роси (t_d) в додатку 5 треба знайти, яка температура буде відповідати тій пружності водяної пари (е), яку ми дістанемо при розрахунках.

7. Результати вимірювань і обчислень записати в таблицю за наступною формою:

№ відліку

Показання термометрів

Характеристики вологості

“сухого” (t)

“змоченого” (t')

відлік

поправка

виправлена величина

відлік

поправка

виправлена величина

е, мбар

а, г/м3

f, %

d, мбар

td, ºС

Середнє

Завдання для самостійної роботи

1. У лісі, під час заходу сонця виміряно за допомогою аспіраційного психрометра температури по сухому(t) і змоченому (t') термометрах. Визначити характеристики вологості повітря (е, а, ¦, d, t_d) при таких значеннях виміряних елементів:

Умова	В а р і а н т
t, 0C	18,5	14,6	11,2	20,4	19,9	15,6	21,4	17,7	10,5	22,0
t', 0C	14,9	11,5	8,8	15,6	14,5	12,2	17,7	15,3	7,5	16,4
р, гПа	1000 гПа для всіх варіантів

2. Визначити характеристики вологості повітря (e, a, d, t_d), використавши показання гігрометра і строкового термометра:

Умова	В а р і а н т
¦, 0C
t, 0C	16,6	21,2	18,5	25,6	19,8	27,1	17,4	19,4	26,5	22,3

3. Визначити характеристики вологості повітря (a, e, f, d), використавши показання росографа (t_d) і строкового термометра (t):

Умова	В а р і а н т
td, 0C	4,5	6,9	10,1	12,4	3,3	7,5	8,9	11,3	14,2	5,9
t1, 0C	21,6	14,7	15,9	22,3	20,6	19,2	14,3	21,8	25,3	18,6

Питання для самоконтролю

1. Що розуміють під терміном “вологість повітря”?

2. Якими показниками характеризується вологість повітря? Одиниці їх вимірювання.

3. Що таке абсолютна і відносна вологість повітря?

4. Якими методами визначають характеристики вологості повітря?

5. Які прилади використовують для вимірювання вологості повітря? Правила користування ними.

Лабораторна робота №5