Что такое психрометр и как им пользоваться: 3 типа устройства, их достоинства и недостатки

Влажность воздуха — важный параметр для создания благоприятной микроклиматической среды как дома, так и на производстве.

Что такое психрометр

Психрометры — это приборы, предназначенные для измерения влажности воздуха в быту, на промышленных предприятиях и на метеорологических станциях. Данное устройство устанавливают в производственных помещениях, офисах и квартирах для контроля уровня влажности. К примеру, для создания оптимального микроклимата в доме влажность воздуха необходимо поддерживать в интервале от 30% до 60%. Слишком сухой или наоборот насыщенный парами воздух отрицательно сказывается на здоровье, состоянии мебели и декоративных элементах интерьера.
Что же касается промышленной сферы, то уровень влажности для узкоспециализированных помещений, таких как склады, лаборатории, цеха, инкубаторы и многое другое, определяется индивидуально с учетом тех или иных требований по хранению и производству продукции.
Психрометр (англ.: «Psychrometer») также применяют и работники метеорологической службы для составления прогнозов погоды. Ведь влажность воздуха напрямую зависит от движения воздушных масс и изменения температуры.

Чем отличаются между собой гигрометр и психрометр

Психрометр и гигрометр являются приборами одинакового назначения. По своей сути psychrometer — это всего лишь одна из разновидностей гигрометра, измерительного прибора для определения уровня влажности газообразных веществ. Разница же между ними заключается в их устройстве. Работа гигрометров основывается на изменении физико-химических свойств разных материалов при насыщении воздуха. Наибольшую популярность получили весовые, кондуктометрические, конденсационные, электронные, керамический и волосный модели. Гигрометры более мобильны и универсальны, они просты как в применении, так и в эксплуатации. Помимо нахождения влажности газов, некоторые виды способны определить данный показатель и у твердых тел.

Психрометрический гигрометр отличает надежность измерений. Часто его используют не только в качестве устройства для исследования влажности среды, но и как аппарат для определения точность других приборов.

Про работу гигрометров мы рассказывали в этой статье.

Принцип работы психрометра

Понять, как работает психрометр можно на самом простом его виде, а именно на приборе Августа. Итак, он состоит из двух одинаковых термометров, спиртовых или ртутных. Они закрепляются на штативе на расстоянии 4-6 см на одинаковой высоте.

Первый прибор для измерения температуры воздуха представляет собой обычный термометр, который используется в быту и промышленности. Его показания, соответственно, равны температуре помещения при той влажности, которую и необходимо найти.

Второй градусник называется влажным или мокрым термометром. Спиртовую колбу (ртутный шарик) прибора накрывают тканью, которая способна долгое время удерживать влагу. Это может быть батист, шифон или марля. Одним концом ленту оборачивают вокруг колбы, а второй помещают в небольшой резервуар с водой. Для точности измерения рекомендуется брать дистиллированную или обычную кипяченую воду, так как в ней содержание солей, которые могут повлиять на искажение показаний, значительно ниже.

Принцип действия психрометра классического заключается в нахождении двух величин: температур сухого и влажного термометров. Показания влажного термометра находятся в прямой зависимости от интенсивности испарения. Чем она выше, тем меньше будет значение мокрого градусника. Это происходит из-за того, что молекулы воды, испаряясь, уносят с собой часть энергии, остужая пространство вокруг спиртовой колбы.

Как пользоваться гигрометром психрометрическим

Установка психрометра осуществляется в зависимости от его вида. Это может быть штативный, настенный или ручной аппарат. Общим для большинства устройств является подготовка влажного термометра, заключающаяся в смачивании марли и заполнении водой емкостной колбы. После проделанных процедур аппарат оставляют в состоянии покоя на 7-10 минут, затем снимают показания с обеих градусных шкал. Для получения более точных значений психрометрический гигрометр можно оставить на полчаса-час.

Принцип работы психрометра заключается в фиксации разности температур сухого и влажного термометров для нахождения влажности воздуха по полученным значениям. В комплекте с большинством психрометров идет специальная таблица или график, по которым можно определить влажность воздуха в процентном эквиваленте по найденным величинам.

Как рассчитывается относительная влажность психрометров

Относительная влажность помещения чаще всего рассчитывается следующими способами: табличным, графическим и аналитическим.

Способ 1 по психрометрическим таблицам

Психрометрическая таблица Ассмана позволяет найти влажность воздуха всего по двум показателям: значению сухого термометра и разницы между температурами двух градусников. По вертикальной оси отложены показания сухого термометра. Они могут быть выражены как в градусах Цельсия, так и в Кельвинах. А на горизонтальной находятся коэффициенты разности измерительных приборов. При получении значения в виде десятичной дроби, ее округляют до целого числа. По месту пересечения двух табличных параметров и находят влажность воздуха.
Влажность воздуха находится в прямой пропорциональной зависимости от разницы термометров. Чем больше эта разность, тем суше воздух. При нулевом коэффициенте данного показателя, напротив, насыщенность воздуха парами будет высокой. При точных измерениях она достигнет 100%. Это значит, что комната насыщена парами настолько, что новые молекулы воды с марлевой ленты просто не могут принять участие в его дальнейшем насыщении.

Стоит отметить, что большинство производителей выпускают приборы, в комплектации которых присутствует таблица, учитывающая технические характеристики и вид конкретного прибора. Это делается не только с целью облегчить нахождение влажности в помещении, но и для повышения точности устройства.

Способ 2 графический способ

Психрометрический график или номограмма также дает возможность найти влажность воздуха, не прибегая к сложным вычислениям. Принцип работы с графиком похож на табличный метод. Однако вместо коэффициента разности используются показания мокрого термометра. Еще одно отличие состоит в том, что температура на номограмме откладывается по горизонтальной оси.

Значение влажности находится по пересечению линий двух показателей с термометров. Коэффициент в процентах размещен в центре графика по вертикальной линии.

Способ 3 аналитический способ

Аналитический способ нахождения влажности заключается в применении формулы:

Влажность воздуха = Р/Р(о) * 100%, где:

• P — абсолютная влажность паровоздушной смеси;
• Р(о) — плотность насыщенного пара при той же температуре, единица измерения г/м^3.

Факторы влияющие на погрешность измерения психрометров

На измерения психометрическим методом влажности влияет ряд следующих факторов:

• Загрязненность воздушных масс и используемой для физического опыта воды. Наличие в воздухе разнообразных примесей, а также присутствие в воде частичек пыли и солей приводит к образованию погрешности в расчетах. При этом, чем выше их концентрация, тем больше будет отклонение в результате;
• Присутствие постоянно аспирации. Использования прибора Августа, который не предусматривает дополнительный обдув, в отличие от устройства Ассмана, приводит к получению измерений с погрешностью. Чтобы ее избежать, необходимо самостоятельно использовать аспирационный элемент, повышающий точность показаний;
• Смоченость и чистота ткани. Параметр влияет на скорость испарения молекул воды. При нормальном состоянии батистовой ленты процесс испарения происходит с естественной скоростью для заданной температуры. Однако загрязнение ткани или ее недостаточная влажность приводят к искажению показателей на мокром термометре.

Разновидности психрометров

Существуют три основные группы приборов: стационарные, аспирационные и дистанционные. Каждый из них имеет свой характерный внешний вид и устройство. При этом их объединяет общий принцип работы, заключающийся в измерении температур сухим и мокрым термометрами.

Стационарный психрометр Августа

Стационарный психрометр — это тот самый классический психрометр (англ.: «psychrometer»), отличающийся простотой в эксплуатации и несложной конструкцией, принцип действия которого заключается в нахождении разницы между сухим и мокрым термометром. Изобретен он был в далеком 1828 году немецким физиком Эрне Августом. За почти два века внешний вид прибора остался практически неизменным, при этом устройство не потеряло своей значимости и актуальности во многих физических дисциплинах.
В его устройство входят два термометра, метеорологическая будка и, в большинстве случаев, психрометрическая таблица для определения влажности.
Недостатком стационарного станционного психрометра является зависимость показаний влажного термометра от воздушных потоков в будке.

Аспирационный психрометр Ассмана

Внешний вид и состав аспирационного психрометра можно понять на приборе Ассмана. Данная модель имеет более сложную конструкцию, чем стационарное устройство, но полученные при помощи него результаты точнее. Психрометр Ассмана состоит из двух термометров, помещенных в специальный никелевый корпус и обдувочного механизма (механического или электронного). Колба влажного термометра также обернута батистом, который смачивают при помощи пипетки по мере необходимости.

Никелевый корпус предназначен для защиты градусников от механического и ультрафиолетового воздействия. Работать психрометр начинает после запуска вентиляционного устройства, которое всасывает исследуемый воздух со скоростью 2 м/с. Для снятия показаний достаточно 5-10 минут работы прибора. Влажность воздуха находят по таблице Ассмана или графическим методом.

Дистанционный

Принцип работы дистанционного психрометра, несмотря на автоматизированность, аналогичен психрометрическому гигрометру Августа и Ассмана. Такие устройства предназначены для предприятий, требующих высокую точность измерений. При этом процесс получения данных с дистанционных приборов компьютеризирован. Это значит, что контролеру не придется списывать показания напрямую с психрометра, каждый раз подходя к нему. Информация с устройства автоматически приходит на ПК в отдел, занимающийся контролем микроклимата.
Дистанционные устройства делятся на два вида: манометрические и электрические. Первые в своей конструкции содержат манометрические термометры, что и определяет их название. Вторые основаны на термометрах сопротивления, термопарах и термисторах. Электрические психрометры приходят на смену механическим.

Психрометры ВИТ

Психрометр серии ВИТ используется для определения температуры воздуха и его влажности в промышленных цехах, складских помещениях, офисах, столовых, библиотеках и квартирах. Сфера применения данных психрометрических гигрометров обширна, и объясняется это простотой обслуживания приборов, их точностью и надежностью.

Конструкция психрометра ВИТ аналогична устройству Августа, также как и принцип его действия. Два термометра закреплены на пластмассовом основании. Колба мокрого термометра обернута тканью, один конец которой помещен в специальную питательную емкость с водой. Водный резервуар и концы обоих градусников находятся с внутренней стороны основания.
Для удобства ВИТ выпускаются с таблицей, расположенной на металлической пластине вместе с двумя термометрами.

Модели ВИТ-1 и ВИТ-2 различаются сферой применения. ВИТ-1 предназначен для определения влажности в температурном диапазоне от 5 до 25°С. Если температурный интервал в исследуемом помещении выше представленных показаний, то с задачей справится ВИТ-2. Его диапазон от 20 до 40°С.

Психрометрический метод в промышленности

Широкое применение психрометрический метод нашел в промышленности: психрометром определяют влажность при сушке древесины, выращивании грибов, на складах, овощехранилищах, в библиотеках, столовых, при изготовлении сложных приборов, компоненты которых требуют соблюдения определенных норм, касающихся паросодержания среды.

Вид и устройство психрометрического аппарата может отличаться в зависимости от типа помещения и сферы применения. Многие промышленные предприятия отказываются от использования стационарных и аспирационных приборов из-за их хрупкости. Все большую популярность завоевывают электронные модели.

Техническое обслуживание прибора

Техническое обслуживание приборов Августа и Ассмана состоит в проверки целостности их компонентов. Механические повреждения психрометра с ртутными градусниками создает опасность для здоровья. Поэтому необходим постоянный контроль за состоянием термометров.

Вторым, немаловажным фактором, является контроль чистоты и смоченности батистовой ткани. Резервуар с водой представляет собой небольшую колбу, испарение воды из которой происходит достаточно быстро.

Достоинства и недостатки

К достоинствам психрометра можно отнести его точность и простоту в эксплуатации. Психрометр Ассмана по своим характеристикам превосходит устройство Августа благодаря механической вентиляции, встроенной в прибор. Однако последний привлекает покупателей невысокой ценой и эффективностью. Именно его чаще можно увидеть на стенах производственных помещений и офисов.

Что же касается отрицательных сторон, то это, конечно, хрупкость измерительного устройства. А также искажение данных при отсутствии дополнительной аспирации воздуха.

Оборудование для контроля микроклимата

Помимо гигрометров на производстве для контроля микроклимата используют специализированные приборы, такие как датчики, гигростаты и измерители влажности. Данные устройства бывают как узконаправленными, предназначенными для применения на определенных промышленных предприятиях, так существуют и приборы с широким спектром возможностей. Выделяются виды по диапазону температур и охвату площади.

Что касается гигростата, то данное устройство не только отслеживает влажность воздушных масс, но и может автоматизировано управлять увлажнителем. К примеру, гигростат отключает работающий увлажнитель, если воздух в помещении насыщен водяными парами. Обычно данное устройство используется в кондиционировании и вентиляции.

Техника безопасности в работе с гигрометром психрометром

Работа с измерительным прибором требует повышенной осторожности и аккуратности, так как он содержит стеклянные спиртовые или ртутные термометры. Нельзя нарушать целостность психрометра. При механическом повреждении ртутного устройства его надо немедленно утилизировать в центре, занимающемся опасными отходами.