Цель работы: ознакомиться с основными приборами, используемыми для измерения влажности воздуха; получить практические навыки по определению влажности воздушной среды.
Оборудование и материалы: аспирационный психрометр Ассмана, волосной гигрограф, психрометрические таблицы для определения влажности воздуха, дистиллированная вода, ртутный барометр.
Пояснения к работе
В атмосферном воздухе всегда имеется водяной пар, содержание которого изменяется по объёму от 0 до 4%.
Содержание водного пара в атмосферном воздухе называют влажностью воздуха.
Существуют следующие величины, характеризующие влажность воздуха:
1. Абсолютная влажность воздуха f – масса водяного пара в граммах, содержащаяся в 1м3 воздуха.
2. Парциальное давление водяного пара (энергетический уровень молекул водяного пара) e – давление, которое имел бы водяной пар, находящийся в газовой смеси, если бы он один занимал объём, равный объёму смеси при той же температуре (н/м2, кг/м2, гПа).
3. Относительная влажность φ, %, – отношение парциального давления водяного пара е к давлению насыщенного пара Е:
4. Соотношение между абсолютной влажностью f и парциальным давлением е выражается формулой
.
5. Дефицит насыщения d – разность между давлением насыщенного водяного пара Е и его парциальным давлением е:
d = E - е.
6. Точка росы – температура, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным, т.е. относительная влажность равна 100 %.
Основным методом для измерения влажности воздуха, принятым на сети метеостанций, является психрометрический. Определение влажности воздуха этим методом проводят на основе психрометрического эффекта, состоящего в том, что увлажнённый термометр показывает более низкую температуру по сравнению с сухим.
Для непрерывного длительного контроля и записи относительной влажности воздуха применяют самопишущий прибор – волосной гигрограф. Принцип действия гигрографа основан на свойстве обезжиренного человеческого волоса изменять длину при изменении влажности.
Аспирационный психрометр Ассмана (рис. 10) более точен.
Прибор состоит из двух одинаковых ртутных термометров, помещённых в специальную оправу. Верхний конец защитной трубки соединён с аспиратором, просасывающим наружный воздух из термометра. Аспиратор имеет пружинный механизм, который заводят специальным ключом, предварительно смочив батист на носике мокрого термометра. Сняв показания по сухому и мокрому термометрам, находят психрометрическую разность (t c – t м) для каждого из трёх замеров.
Значение парциального давления водяного пара и показаний термометров связаны между собой зависимостью
е = E – А ∙В (t c - t м),
где е − парциальное давление водяного пара, Па; Е – давление насыщенного водяного пара при температуре насыщения по мокрому термометру, Па; А – эмпирический коэффициент, завися-
Рис. 10. Аспирационный психрометр Ассмана:
а − внешний вид; б −разрез; в − принадлежности; 1 − винт; 2 − аспиратор; 3 − смоченный термометр; 4 − трубка; 5, 8 − планочная защита; 6 − защит-
ные трубки; 7 −тройник; 9 − сухой термометр; 10 − трубка; 11 − смоченный термометр; 12 −тройник; 13− батист; 14 − внутренняя трубка смоченного
термометра; 15 − внутренняя трубка сухого термометра; 16 − сухой термометр; 17 − крюк; 18− ветровая защита; 19– зажим; 20 − резиновая груша
щий от скорости воздуха, обдувающего термометр; В – барометрическое давление при температуре по сухому термометру, Па.
Принимают: А = 0,00130 1/град; В = 100641,5 Па.
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с устройством психрометра и зарисовать его схему.
2. Укрепить психрометр на штативе, набрать в пипетку дистиллированную воду и ввести пипетку в трубочку, где находится резервуар термометра, обёрнутый батистом, смочив батист.
3. Завести ключом вентилятор и через 4 мин (зимой через 30 мин.) сделать отсчёты. При наблюдении быстро снимают и записывают десятые доли градусов, и только после этого целые градусы.
4. Снять отсчёт по барометру.
5. По психрометрической таблице (табл. 6) определяют значения Е для температуры по мокрому термометру.
6. Определяют значения парциального давления водяного пара е, Па, для трёх замеров:
е = Е – А В (tc - t м).
Определяют среднее значение парциального давления е ср:
еср 
.
7. Значения относительной влажности вычисляют по формуле
φ= 
.
Таблица 6
Давление насыщенного водяного пара Е, Па, при В =0,1 МПа
| Температура по мокрому термометру t м, ºС | Давление Е, Па | Температура по мокрому термометру tм, ºС | Давление Е, Па | Температура по мокрому термометру t м, ºС | Давление Е, Па |
| 12,5 | 1449,0 | 20,0 | 2364,1 | 27,5 | 3670,9 |
| 13,0 | 1497,1 | 20,5 | 2410,7 | 28,0 | 3778,3 |
| 13,5 | 1546,8 | 21,0 | 2486,1 | 28,5 | 3890,1 |
| 14,0 | 1597,9 | 21,5 | 2563,5 | 29,0 | 4005,0 |
| 14,5 | 1655,5 | 22,0 | 2542,9 | 29,5 | 4122,8 |
| 15,0 | 1704,8 | 22,5 | 2724,7 | 30,0 | 4244,5 |
| 15,5 | 1760,2 | 23,0 | 2808,4 | 30,5 | 4355,3 |
| 16,0 | 1817,4 | 23,5 | 2894,0 | 31,0 | 4491,5 |
| 16,5 | 1876,3 | 24,0 | 2982,9 | 31,5 | 4521,2 |
| 17,0 | 1986,9 | 24,5 | 3073,9 | 32,0 | 4753,9 |
| 17,5 | 1999,1 | 25,0 | 3166,7 | 32,5 | 4890,0 |
| 18,0 | 2063,1 | 25,5 | 3262,0 | 33,0 | 5029,3 |
| 18,5 | 2128,9 | 26,0 | 3360,4 | 33,5 | 5172,2 |
| 19,0 | 2196,4 | 26,5 | 3481,0 | 34,0 | 5185,1 |
| 19,5 | 2256,0 | 27,0 | 3564,3 | 34,5 | 5453,5 |
8. Полученные данные сравнивают с табличными (табл. 7).
Таблица 7
Определение относительной влажности воздуха φ, %,
по психрометру Ассмана для температур от -10 до +20 ºС
| Психроме- трическая разность tc - tм, ºС | Влажность, %, при температуре сухого термометра, ºС | |||||||||||||||
| -10 | -8 | -6 | -4 | -2 | +2 | +4 | +6 | +8 | +10 | +12 | +14 | +16 | +18 | +20 | ||
| 0,0 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |||||||
| 0,2 | ||||||||||||||||
| 0,4 | ||||||||||||||||
| 0,6 | ||||||||||||||||
| 0,8 | ||||||||||||||||
| 1,0 | ||||||||||||||||
| 1,2 | ||||||||||||||||
| 1,4 | ||||||||||||||||
| 1,6 | ||||||||||||||||
| 1,8 | ||||||||||||||||
| 2,0 | ||||||||||||||||
| 2,2 | ||||||||||||||||
| 2,4 | ||||||||||||||||
| 2,6 | ||||||||||||||||
| 2,8 | ||||||||||||||||
| 3,0 | ||||||||||||||||
| 3,2 | - | |||||||||||||||
| 3,4 | - | |||||||||||||||
| 3,6 | - | - | ||||||||||||||
| 3,8 | - | - | ||||||||||||||
| 4,0 | - | - | ||||||||||||||
| 4,2 | - | - | - | |||||||||||||
| 4,4 | - | - | - | |||||||||||||
| 4,6 | - | - | - | |||||||||||||
| 4,8 | - | - | - | |||||||||||||
| 5,0 | - | - | - | |||||||||||||
| 6,0 | - | - | - | - | - | - | ||||||||||
| 7,0 | - | - | - | - | - | - | - |
9. Определяют среднее значение относительной влажности φср, %:
φср 
.
Результаты наблюдений заносят в табл. 8.
Таблица 8
Результаты вычислений
| № пп | Темпера-тура по сухому термоме-тру t с, °С | Темпера-тура по мокро- му термо- метру t м, °С | Психро- метриче-ская разность t с - t м, ºС | Давление насыщенного пара Е, Па, при t м | Парциальное давление водяного пара е, Па | Относительная влажность φ, % | ||
| по данным отдельных замеров | сред-нее | по данным отдельных замеров | сред няя | |||||
Задание
1. Определить разность температур по психрометру Ассмана.
2. Определить влажность воздуха.
3. Сделать выводы по работе.
Лабораторная работа № 5
