Вимірювання вологості повітря та газових середовищ

Вимірювання вологості повітря та газових середовищ проводиться, в основному, психрометричними, сорбційними методами та за точкою роси.

Для вимірювання вологості газових середовищ найбільше використовуються

методи: сорбційний, точки роси та психрометричний.

3.3.1.Суть сорбційного методу полягає у використовування властивості деяких гігроскопічних речовин (із пористою структурою), поглинати (абсорбувати) вологу із газового середовища. І ця поглинута волога знаходиться у стані рівноваги з вологістю контрольованого за вологістю середовища. Кількість води, що адсорбується на поверхні такого ПВП, однозначно пов’язана із вологостю газового середовища, яка визначається по масі, кольору або інших параметрах вологу сорбуючих матеріалів.

Розрізняють наступні розпоширені різновиди сорбційного методу:

■ сорбційно-деформаційний – використовується залежність механічних

властивостей (розмірів) деяких сорбентів від значення вологості; в якості ПВП використовуються капронова нитка чи целофанова стрічка, які змінюють свою довжину;

■ сорбційно-масовий – грунтуєтьсяна властивості деяких сорбентів (селікогель, хлористий кальцій або літій, фосфорний ангідрид) поглинати вологу та збільшувати свою вагу; абсолютну вологість середовища визначають по зміні ваги сорбенту та кількості пропущеного через нього газу;

■ п’єзо – сорбційний – використовується залежність частоти власних коливань кварцового резонатора від маси сорбенту, що нанесений на поверхню кварцової пластини;

■ сорбційно-електролітичний – вологість визначають по зміні електропровідності плівки з нанесеним на неї сорбентом (хлористим літієм або фтористим барієм в суміші з сегнетовою або повареною сіллю);

■ сорбційно-кулонометричний - вологість визначають по кількості струму електролiзу вологи, яка не перервно поглинаеться з аналiзованого вологого газу гiгроскопiчною речови-ною (плівка з частинно гідратованим п’ятиокисом фосфору). На рис.1 показана схема кулонометричного вологоміра для вимiрювання вологостi газiв. ПВП вологоміра виконаний у виглядi iзоляцiйної трубки 1, всерединi якої розташованi платиновi електроди 2 i 3, що виконанi у виглядi двох

Рис.1. Кулонометричний вологомір

паралельних спiралей, якi підімкнені до джерела постiйного струму 5.

Електроди утворюють спiральний проміжок, який покритий тонкою плiвкою з фосфорного ангiдриду, який є високоефективним сорбентом i не розкладається пiд час електролiзу. Плiвка поглинає вологу iз. При цьому безперервно проходять два процеси: 1) -утворення фосфорної кислоти i 2) -електролiз iз регенерацiєю фосфорного ангiдриду:

1) Р₂О₅ + Н₂О → 2НРО₃ ;

2) 4НРО₃→2Н + О + 2Р₂О₅.

Струм І електролiзу, який вимiрюсться за спадом напруги на резисторi R за допомогою автоматичного компенсатора 4, пропорцiйний абсолютнiй вологостi газу:

І = (F ּ z ּ Q_v ּ а _v) / m (6)

де F — стала Фарадея; z — конструктивна стала; m — мелекулярна маса води; Q_v - об’ємнi витрати газу м ³ /с; а _v — абсолютна вологiсть, г/м ³.

■ сорбційно-термічні – грунтуються на вимірюванні кількості теплоти, що

виділяється при поглинанні вологи сорбентом.

В якості сорбентів використовують також пористе скло, кварц, оксидні алюмінієві плівки, плівки із йодистого срібла, кадмію чи свинцю, або спеціальні ПВП, що заповнені насиченим розчином хлористого літію.

3.3.2.Суть методу точки роси полягає у визначенні температури, за якої водяна пара, що є в контрольованому газі, за її охолодження досягає стану насичення, тобто починає конденсуватися. Існує однозначна залежність між вологістю газового середовища і температурою конденсації. Визначивши температуру конденсації, можна за відповідними таблицями знайти відносну вологість.

Початок конденсації фіксується або візуально (в лабораторних приладах) або за допомогою фотоелементів (в автоматичних вологомірах). Такі прилади ще називаються гігрометрами. Особливістю автоматичних гігрометрів є наявність нагрівально-охолоджувального пристрою та фотооптичної системи для стеження за зміною точки роси. Вимiрювання абсолютної вологостi газiв методом точки роси полягає у визначеннi температури, до якої необхiдно охолодити при сталому тисковi ненасичений газ, для того, щоб вiн став насиченим. У сучасних дзеркальних гiгрометрах точки роси (рис. 2) в потоцi аналiзованого газу розташовують металеве дзеркальце 1, яке охолоджується за допомогою напiвпровiдникового елемента Пельтьє (термопари 2). На дзеркальце вiд джерела свiтла через лiнзу спрямовується промiнь свiтла, який, вiдбившись вiд нього, через другу лiнзу потрапляє на фотоелемент. Викликаний у фотоелементi струм пiдсилюсться в ЕП і через регулятор R живить струмом І₀ елемент Пельтьє. Якщо на дзеркалi вiдсутня волога, то промiнь свiтла вiд дзеркала практично повнiстю вiдбивається і потрапляє на фотоелемент, викликаючи струм зворотного зв’язку i, вiдповiдно, охолодження дзеркала. Температура дзеркала буде зменшуватися доти, доки на дзеркалi не випаде роса. В цьому випадку на фотоелемент буде потрапляти ослаблений потiк свiтла, струм через елемент Пельтьє зменшується, а температура дзеркала

почне зростати внаслiдок нагрiвання дослiджуваним газом. Це призведе до

випаровування роси, збiльшення потоку відбитого від дзеркала світла та струму зворотного зв’язку i до охолодження дзеркала. Отже, температура дзеркала буде пiдтримуватися близькою до температури точки роси, яка вимірюється, наприклад, контактним термометром.

Час встановлення показiв такого гiгрометра становить декiлька секунд. Автоматичнi дзеркальнi гiгрометри точки роси є порiвняно дорогими, але їх можна використовувати i при дослiдженнi вологостi агресивних газiв. Похибка вимiрювання температури точки роси при її значеннях вище вiд О°С знаходиться в границях 0,5 °С, а при вiд’ємних значення температури точки роси може досягати декiлькох градусiв. До недолiкiв методу точки роси належить залежнiсть температури Рис.2. Автоматичний гігрометр точки роси вiд стану поверхнi дзеркала.