Laajasti käytetty väline ilman (ja muiden kaasujen) kosteuden mittaamiseen on kondensaatiokosteusmittari. Sen toimintaperiaate on mitata lämpötilaa, jota kutsutaan kastepisteeksi, jolloin kosteuden tiivistyminen ilmasta alkaa.
Mikä on ilmankosteus
Kosteusmittari mittaa ilman kosteuspitoisuuden, joka voidaan esittää absoluuttisena tai suhteellisena arvona. Ensimmäinen niistä antaa yksinkertaisesti vesihöyryn massan 1 kuutiometrissä. m ilmaa tietyssä lämpötilassa. Mutta toinen osoittaa, kuinka lähellä ilmassa oleva vesihöyry on kyllästystilaa, eli dynaamista tasapainoa nestefaasinsa kanssa - kun ei ole haihtumista eikä kondensaatiota. Se on yhtä suuri kuin mitatun ilman absoluuttisen kosteuden suhde sen absoluuttiseen kosteuteen kyllästystilassa. Kun ilman vesihöyry on kyllästynyt (jälleen tietyssä lämpötilassa), sen ilman suhteellinen kosteus on 100 %. Ilmassa, jossa on tyydyttymätöntä vesihöyryä, se on vastaavasti vähemmän.
Kuinka kondenssikosteusmittari toimii
Kaiken ilman kosteuden mittauslaitteen toimintaperiaate on pääsääntöisesti mitata jotain muuta suuretta, kuten lämpötilaa, painetta, massaa tai mekaanisia ja sähköisiä muutoksia kosteutta imevässä aineessa.. Asianmukaisella kalibroinnilla ja laskennalla nämä mitatut arvot voivat johtaa absoluuttisen tai suhteellisen kosteuden määrittämiseen. Erittäin tärkeä rooli tässä prosessissa on lämpötilalla, jossa höyrykyllästys tapahtuu, jota kutsutaan kastepisteeksi. Yleensä nykyaikaiset elektroniset ilmankosteuden mittauslaitteet mittaavat tämän lämpötilan tai erilaisten imukykyisten aineiden sähkökapasitanssin tai resistanssin muutoksia, jotka sitten muunnetaan (automaattisesti) kosteusindikaattoreiksi.
Kondensaatiokosteusmittari
Hänen työnsä perustuu nimenomaan ilmassa olevan vesihöyryn mittaamiseen kastepistemenetelmällä. Tämä menetelmä sisältää pinnan, tyypillisesti metallipeilin, jäähdyttämisen lämpötilaan, jossa peilin pinnalla oleva vesi on tasapainossa pinnan yläpuolella näytekaasussa olevan veden höyrynpaineen kanssa. Tässä lämpötilassa peilin pinnalla oleva veden massa ei kasva (jos pinta on liian kylmä) eikä pienene (jos pinta on liian lämmin), eli peilin yläpuolella oleva höyry on dynaamisessa tasapainossa veden kondensaatin kanssa. peili (höyry on kyllästetty).
Tämä peili on valmistettu materiaalista, jolla on hyvä lämmönjohtavuus (kuten hopea tai kupari) japinnoitettu inertillä metallilla, kuten iridiumilla, rubidiumilla, nikkelillä tai kullalla tummumisen ja hapettumisen estämiseksi. Peiliä jäähdytetään termosähköisellä jäähdyttimellä (Peltier-ilmiö), kunnes muodostuu kondenssivettä. Valonsäde, yleensä puolijohdelaajakaistaisesta valodiodista, suunnataan peilipintaan, ja valonilmaisin tarkkailee heijastuvaa valoa, jonka virtaus on maksimi, kun peiliin ei kondensoitu.
Lapsipeilin kosteusmittarin toimintatapa
Kun peilin peilipinnalle muodostuu kastepisaroita, heijastunut valo hajaantuu. Tässä tapauksessa sen valontunnistimeen tuleva virta pienenee, mikä johtaa muutokseen jälkimmäisen lähtösignaalissa. Tätä puolestaan ohjaa analoginen tai digitaalinen termosähköinen jäähdyttimen ohjausjärjestelmä, joka ylläpitää vakaata peilin lämpötilaa kastepisteessä. Oikein suunnitellulla järjestelmällä peili pidetään lämpötilassa, jossa kondensaationopeus on täsmälleen sama kuin kastekerroksen haihtumisnopeus. Peiliin asennettu tarkka miniatyyri platinavastuslämpömittari (PRT) mittaa lämpötilansa tässä kohdassa, joka muunnetaan automaattisesti kosteuslukemaksi.
Tarkastelevan mallin ilmankosteuden mittaamiseen tarkoitettu kosteusmittari sisältää myös tyhjiöpumpun analysoidun kaasuosan pumppaamiseksi ja lisäsuodatinelementtejä likaisissa olosuhteissa.
Osattujen kosteusmittareiden edut
Tällaisia yksinkertaiseen toimintaperiaatteeseen perustuvia laitteita, joilla on laaja mittausalue, korkea tarkkuus ja vakaat lukemat, käytetään laaj alti teollisuudessa ja tieteellisessä tutkimuksessa. Tyypillinen kastepistekosteusmittari, toisin kuin monet muut kosteusanturit, voidaan tehdä erittäin vakaaksi, käytännössä kulutusta kestäväksi, mikä minimoi uudelleenkalibroinnin tarpeen. Kastepistekosteushygrometri pystyy mittaamaan kastepisteen lämpötila-alueella 100 °C:sta vähintään -70 °C:seen. Tässä tapauksessa mittaustarkkuus on asteen kymmenesosat.
Monet tarkasteltavana olevan mallin kosteusmittarit on varustettu mikroprosessoriohjauksella, ja ne pystyvät yhdessä resistiivisen lämpötila-anturin kanssa laskemaan ja näyttämään ulkoisella ilmaisimella halutut kosteusparametrit kastepisteen lisäksi tai sen sijaan. Lisäksi nämä laitteet mahdollistavat tulosten siirron langattomalla tekniikalla. Luonnollisesti tällaisia laitteita käytetään laaj alti osana erilaisia teollisia järjestelmiä automaattiseen tiedonkeruuun ja asiaankuuluvien teknisten prosessien ohjaukseen.
Paljonko tällainen kosteusmittari maksaisi? Sen hinta määräytyy tietysti pääasiassa toteutettujen toimintojen joukosta riippuen laitteen elektronisen ohjausjärjestelmän saatavuudesta ja monimutkaisuudesta. Joten kiinteä kondensaatiokosteusmittari, joka näyttää digitaaliselta oskilloskoopilta, maksaa vähintään 4 000 dollaria. Erityisesti "edistyneet" mallit voivat maksaa yli 10 000 dollaria. MarketissaLöydät myös täysin toimivan kannettavan kosteusmittarin. Sen hinta on 1-2 tuhatta dollaria.
Kondensaatiokosteusmittareiden haitat
Vaikka tarkasteltua kosteusmittarijärjestelmää pidetään mittausprosessin tehokkaimpana, sen haittapuolena on mittausreitin osien väistämätön kontaminaatio käytön aikana.
Jäähdytyspeileillä varustetut kosteusmittarit lisäävät mittausvirheitä, koska peiliin on kertynyt liukenevia ja liukenemattomia epäpuhtauksia. Liukenemattomat hiukkaset vaikuttavat peilin optisiin ominaisuuksiin. Kohtalainen pölyisyys tai liukenemattomien hiukkasten ilmestyminen peiliin muodostaa keskittymiskeskuksia, joihin voi muodostua kastetta tai huurretta, mikä lisää laitteen vasteaikaa. Liukoiset epäpuhtaudet vaikuttavat tiivistyneen kosteuden höyrynpaineeseen peiliin, mikä siirtää kastepistettä. Nykyaikaiset mittauskosteusmittarit (ainakin niiden kehittyneemmät mallit) sisältävät "itsetestaus"-ominaisuuksia, joiden avulla laite voi havaita kontaminaatiot ja reagoida siihen tekemällä asianmukaisia säätöjä kosteuden laskenta-algoritmeihin.
Näistä ominaisuuksista huolimatta käytännössä kaikki kyseiset kosteusmittarit on tarkastettava ja puhdistettava säännöllisesti.
Jäätetyn peilin kosteusmittareiden huolto
Mitä käyttöohje suosittelee laitteen käyttäjälle tässä mielessä. Likalle herkkä kosteusmittari on oltavapuhdistettava määräajoin mittaustulosten stabiilisuuden varmistamiseksi, vaikka tämä saattaa nostaa sen ylläpitokustannuksia. Laitteen peilin tarkastus suoritetaan yleensä sisäänrakennetulla mikroskoopilla ja sen huolto tehdään manuaalisesti mittaustilan avaamisen jälkeen.
Jos peilipinnan puhdistus suoritetaan sen käyttöohjeessa vaaditulla taajuudella, niin tällä tavalla on mahdollista säilyttää mittaustarkkuus. Kätevä pääsy peilin pinnalle puhdistusta varten on yleensä järjestetty optisten komponenttien ja peilin välisellä saranalla. Nyt voit löytää markkinoilta minkä tahansa kuluttajan tarvitseman kondenssiveden kosteusmittarin. Alla olevassa kuvassa on esimerkki sen toteutuksesta.
Hygrometrien käyttö metrologiassa
Oikein suunniteltu ja huollettu jäähdytetty peilikosteusmittari tarjoaa kosteusmittauksia suuruusluokkaa suuremmalla tarkkuudella kuin muut suositut kosteusmittarit. Sen luontainen mittaustarkkuus, varsinkin kun se on varustettu platinavastuslämpömittarilla lämpötilan mittaamiseen, peilillä ja keskitehoisella mikroskoopilla peilin tarkkailuun, tekee siitä ihanteellisen metrologisiin mittauksiin. Mahdollisuudet tiedon välittämiseen langattomien digitaalisten viestintäkanavien kautta tarjoavat laajat mahdollisuudet tällaisten kosteusmittareiden käyttöön maailmanlaajuisissa säätiedon keräämis- ja käsittelyjärjestelmissä.
Käytä tehdaslaboratorioissa ja saastuneissa ympäristöissä
Tämä ilmankosteusmittari on ihanteellinen sen absoluuttisen arvon mittaamiseen tehdasilmastolaboratorioissa. Niitä käytetään usein viitteinä muiden instrumenttien tarkkuuden ohjaamiseen, kuten suhteellisen kosteusanturien, joita käytetään ympäristötestauskammioiden ohjaamiseen.
Näiden kosteusmittareiden valmistuksessa käytettyjen materiaalien stabiilisuus sekä kyky puhdistaa niitä toistuvasti tekevät laitteista sopivia erittäin pitkään käyttöikään ympäristöissä, joissa on eniten epäpuhtauksia ilman kalibroinnin menetystä. Tämä suorituskyvyn vakaus tekee niistä soveltuvia käytettäväksi kaasuvirroissa, joissa kaasunäytteissä olevat korkeat epäpuhtaudet ovat peruuttamattomasti haitallisia vähemmän stabiileille kosteusantureille. Esimerkiksi tämän tyyppistä kosteusmittaria käytetään laaj alti kastepisteen säätämiseen metallituotteiden pintojen lämpökarkaisun aikana ilmaympäristössä, jossa on erityisiä epäpuhtauksia. Tällaisissa tapauksissa on erityisen toivottavaa päästä käsiksi peiliin puhdistamista varten.
Kosteusherkkä tuotanto
Lääkeaineiden, kalvojen, pinnoitteiden ja muiden tuotteiden tuotannossa tarvittavia erikoispakkausprosesseja valvotaan usein jäähdytetyillä peilikosteusmittareilla. Tässäkin tapauksessa niiden valintaan vaikuttavat mittaustarkkuuden vakaus ja pitkä käyttöikä. Lisäksi koska nämä prosessit ovat yleensä vähemmän herkkiälaitekustannukset, näiden kosteusmittareiden korkea hinta ei ole ratkaiseva tekijä kosteudenvalvontajärjestelmän valinnassa.
Korkean lämpötilan kaasut ja niiden kastepisteet
Tämäntyyppinen kosteusmittari valitaan usein mittaamaan ympäristön lämpötilaa korkeampia kastepistelämpötiloja. Jäähdytettyjä peiliinstrumentteja käytettiin jo vuonna 1966 valvomaan Apollo-rakettien vetypolttokennoja, jotka toimivat 250 °C:ssa ja 700 psi:ssä. Nykypäivän lämpösähköisillä peilien jäähdytystekniikoilla on helppo mitata jopa 100 °C:n kastepisteet (ja korkeammat, jos paineet ovat ilmakehän paineen yläpuolella). Tällaisissa tapauksissa kaikkien kosteusmittarin mittauskammion pintojen, jotka ovat kosketuksissa kaasunäytteen kanssa, lämpötilan tulee olla korkeimman odotetun kastepisteen yläpuolella, muuten näille pinnoille muodostuu kondensaatiota ja mittaus on virheellinen.
Korkeiden lämpötilojen kaasujen kastepisteen mittaamiseen suunnitelluissa kosteusmittareissa on yleinen käytäntö käyttää termostaattiohjattuja sähkölämmittimiä mittauskammion seinämien pitämiseksi korkeimpien odotettujen kastepisteiden yläpuolella. Puolijohde-optiset komponentit, kuten LEDit ja ilmaisimet, pidetään nimelliskäyttölämpötilassaan (yleensä 85 °C), jotta estetään kosteusmittarin huononeminen ja vaurioituminen. Tämä voidaan saavuttaa eristämällä nämä komponentit lämpöisesti lämmitetystä mittauskammiosta.