что значит сухой термометр и влажный термометр
Что такое температура мокрого (влажного) термометра?
Температура мокрого термометра имеет решающее значение для конструкции и размеров градирни. Градирня охлаждает воду путем испарения до температур, которые ниже температуры окружающей среды и приближаются к температуре мокрого термометра. Но что же такое температура мокрого термометра и как она рассчитывается?
Как измеряется температура мокрого термометра?
Температура мокрого термометра может быть измерена с помощью обычного ртутного или спиртового термометра, колба которого обернута влажной тканью или марлей. Марля соединяется хлопковой нитью с емкостью с водой за счет чего поддерживается мокрой. Термометр размещается в воздушном потоке, вода испаряется, а измеряемая температура снижается. Вода продолжает испаряться, до тех пор, пока воздух не станет насыщенным, т.е. относительная влажность вырастет до 100%. Система приходит в равновесие, а достигнутая температура и есть температура мокрого термометра. Сухой воздух позволяет испарить больше воды, а значит температура мокрого термометра будет ниже. Чем больше разница между температурой сухого мокрого термометров, тем суше воздух и тем больше воды может испариться.
Какая разница между температурой мокрого термометра и точки росы?
Как рассчитывается температура мокрого термометра?
Таким образом, мы можем заключить, что существует связь между температурой сухого и мокрого термометра, точкой росы и влажностью. Это отношение может быть показано с помощью i-d диаграммы влажного воздуха.
Чтобы определить температуру мокрого термометра, мы должны найти пересечение между горизонтальной линией температуры сухого термометра и кривой относительной влажности. Оттуда необходимо провести линию параллельно с наклонными линиями постоянной энтальпии. На пересечении с кривой 100% относительной влажности и будет точка температуры мокрого термометра.
Точка росы определяется путем проведения вертикальной линии от пересечения горизонтальной линии температуры сухого термометра и кривой относительной влажности. На пересечении с кривой 100% относительной влажности Вы получите температуру точки росы.
Пример: при температуре окружающей среды 30 ° C и относительной влажности 40% температура мокрого термометра составляет 20 ° C, а точка росы 15 ° C.
Как применяется температура мокрого термометра при расчете градирен?
Охлаждение воды в градирне очень в маленькой степени осуществляется за счет охлаждения воды воздухом. В основном охлаждение достигается за счет испарения части оборотной воды. Тепло (энергия), необходимое для испарения, отбирается от охлаждаемой воды (адиабатическое испарение). Пары воды насыщают воздух, проходящий через градирню, и увеличивает относительную влажность воздуха. Испарение позволяет воде охлаждаться до температур ниже температуры окружающей среды и приближаться к температуре мокрого термометра. Поэтому эта температура крайне важна при проектировании градирни.
Размер градирни зависит, с одной стороны, от тепловой мощности (функция разности температур и расхода), а также от разницы температур между выходящей охлажденной водой и температурой мокрого термометра – приближение. Чем меньше приближение, тем больше градирня при той же мощности. Таким образом, при температуре мокрого термометра 22°С и графике работы градирни 36/26°С (приближение 4°С) градирня мощностью 500 кВт будет больше градирни 500 кВт с приближением 6°С (график работы 38/28°С).
Психрометрия: метод определения уровня влажности воздуха
Главная страница » Психрометрия: метод определения уровня влажности воздуха
Термин «психрометрия» достаточно редко используется в бытовой сфере. Однако инструментарий, где используется эта технология, не является редкостью и для быта, не говоря уже о специальном применении. Термин «психрометрия» напрямую связан с пониманием и применением инструмента – психрометра, с целью определения влажности воздуха, исходя из показаний двух отдельных термометров. Одно показание снимают по шкале термометра, чувствительная часть колбы которого покрыта влажным материалом (например, мокрой ватой). Другое показание снимается по шкале стандартного «сухого» термометра, то есть без помещения чувствительной части колбы во влажную среду.
Психрометрическая диаграмма для расчёта данных
Данные психрометрии рассчитываются по психрометрической диаграмме, которая включает следующие свойства влажного воздуха:
Психрометрия «сухого» термометра под измерение влажности
Показания «сухого» термометра — это температурный признак «ощутимого тепла», которым вызывается изменение температуры наращиванием или снижением тепла без изменения состояния вещества. Между тем, скрытое тепло вызывает изменение состояния, но не приводит к изменению температуры. Изменения состояния:
Однако требуется одинаковое количество тепла для каждого изменения состояния. Так, если некое значение количества тепла изымается для замораживания одного литра воды, такое же количество тепла требуется для таяния одного килограмма льда.
Тот же принцип применяется к эффектам кипячения и конденсации. Собственно, это правило действует для всех веществ. На психрометрическом графике сухая колба термометра отмечена вертикальными линиями, направленными от оси «X» в нижней части графика.
Психрометрия «мокрого» термометра под измерение влажности
Результат на шкале «мокрого» термометра — температура, используемая для измерения содержания влаги в окружающем воздухе. Чем суше окружающий воздух, тем больше воды будет испаряться из обёртки колбы, тем активнее снижаются показания термометра.
Устройство профессионального назначения — высокочувствительный психрометр, позволяет выполнять измерения влажности с высокой точностью в различных условиях
Если относительная влажность воздуха составляет 100%, окружающий воздух полностью насыщен, соответственно температура «сухого» и «влажного» градусников равны.
Наклонные аналогично линиям энтальпии, линии «мокрого» инструмента на психрометрической диаграмме начинаются там, где линии «сухого» инструмента пересекают линию насыщения и отклоняются вниз и вправо.
Психрометрия или как определяется относительная влажность?
Термин «относительная влажность» следует рассматривать как отношение давления водяного образца воздуха к давлению водяного пара полностью насыщенного воздуха при одинаковой температуре.
Достижение относительной влажности воздуха на уровне 30-35% для условий обогрева и 45-60% для условий охлаждения, даёт оптимальные условия с точки зрения комфорта внутри помещения.
RH = количество влаги, удерживаемое воздухом / количество влаги полного насыщения
Линия, соответствующая 100% относительной влажности, является линией полного насыщения. Линии относительной влажности при условиях ниже насыщения опускаются ниже и справа от линии полного насыщения.
Что такое температура точки росы (ТТР) для психрометрии?
Температура точки росы — показатель, определяющий точку охлаждения воздуха, прежде чем начинается процесс конденсации. Момент отвода тепла окружающей атмосферы сопровождается ростом относительной влажности воздуха вплоть до значения 100% (полное насыщение).
Температура для этого момента определяется как точка росы. При полном насыщении параметры:
Если тёплым воздухом, всё еще содержащим влагу, обдувается некая поверхность, температура которой ниже ТТР воздуха, влага в составе воздухе конденсируется, что отмечается образованием плёнки (капель) жидкости на поверхности.
Для бытовой сферы разработаны и активно выпускаются различные по исполнению цифровые психрометры — удобные в применении устройства контроля влажности воздуха
Понимание взаимодействия между точкой росы и температурой поверхности важно для определения и предотвращения проблем, которые могут быть связаны с конденсацией, происходящей в системах вентиляции и кондиционирования.
Температура точки росы показана на линии насыщения. Далее определяют ТТР атмосферного воздуха, контактирующего с поверхностью. Если температура поверхности равна или ниже ТТР, на поверхности будет образовываться конденсат.
Что такое коэффициент влажности метода психрометрия?
Под коэффициентом влажности (удельная влажность) понимается фактическая масса водяного пара, содержащаяся в некотором объёме сухого воздуха.
Коэффициент влажности = масса влаги / масса сухого воздуха
Линии коэффициента влажности на психрометрической диаграмме начинаются с вертикальной оси с правой стороны и проходят горизонтально поперёк.
Что такое энтальпия по методу психрометрия?
Энтальпия относится к общей теплоте вещества, обычно выраженной британским исчисляемым стандартом тепловых единиц БТЕ (BTU). Если воздух влажный, энтальпия показывает общее тепло смеси воздуха с водяным паром и отображается в БТЕ на фунт или в кДж (1 БТЕ = 1,055 кДж).
Механические конструкции психрометров, а также конструкции электро-механические продолжают активно применяться в профессиональной области, где выполняются измерения
Сухой воздух при 0ºF имеет общую энтальпию 0 БТЕ / фунт. Значения энтальпии находятся на психрометрической диаграмме по шкале выше и слева от линии насыщения. Линии с постоянной энтальпией наклонены вниз и вправо и, как правило, параллельны линиям «влажного» термометра.
Что такое удельный объём и как рассчитать этот параметр?
Удельный объем является величиной, обратной плотности. Плотность выражается в единицах массы на единицу объёма. Удельная плотность выражается в кубических футах смеси «воздух-вода-пар» на фунт сухого воздуха.
D = M/V
SpV = V/M
где: D = плотность, M = масса, V = объём
Линии определенного объёма на психрометрической диаграмме наклонены вверх и влево от начала по отношению к горизонтальной оси. Таблица ниже содержит конкретные поправочные коэффициенты объёма на высоте:
| Значение высоты, м | Коэффициент коррекции объёма |
| 0 | 1.00 |
| 500 | 1,05 |
| 1000 | 1,11 |
| 1500 | 1,17 |
| 2000 | 1,24 |
| 2500 | 1,31 |
Понимание того, как плотность воздуха, для которой постоянная равна 1,08 на уровне моря, относится к массе и объёму, помогает понять многие из вышеуказанных свойств, которые рассчитываются в зависимости от воздушных масс, плотностей и объёмов. Это также помогает понять влияние высоты на свойства воздуха.
Стандартные психрометрические карты рассчитываются на уровне моря, но часто предоставляются с корректировками для определённой высоты в местах, где часто встречаются проекты в условиях увеличенной высоты. Для формулы расчёта тепловой нагрузки, отношение плотности воздуха на высоте следует умножить на константу плотности воздуха 1,08.
БТЕ/ч (кДж/ч) = 1.08 (ADR) * CFM * ΔT
где: ADR – коэффициент плотности воздуха; CFM – кубический фут/мин.; ΔT – разница температур
Удельный объём стандартного воздуха на определенной высоте рассчитывается путём умножения на поправочные коэффициенты объёма, представленные в таблице:
давление, мм рт.ст.
Изменения плотности воздуха изменяют физические и термодинамические свойства соотношений воздух / вода в смеси. Плотность воздуха, при этом, уменьшается примерно на 3,6% каждые 1000 футов выше 2000 футов над уровнем моря.
Явное и скрытое тепло плюс коэффициенты
Как отмечалось выше, явный нагрев – это событие вызывающее повышение температуры, тогда как скрытый нагрев вызывает только изменение состояния. Термины «скрытый» и «явный» также используются в отношении мощности нагрева и охлаждения.
Общая ёмкость — это ёмкость, необходимая для понижения температуры без воздействия на влажность воздуха, а также скрытая ёмкость, которая включает способность удалять влагу из воздуха. По мере увеличения скрытого нагрева, содержание влаги увеличивается.
Например, вода, прогретая до Т = 100ºC, будет поддерживать эту температуру даже при условии дополнительной подачи тепла. Температура не увеличится, но вода испарится.
Что касается охлаждения: продолжающийся исход скрытой теплоты из воды в точке замерзания приведёт к уменьшению содержания влаги. Соответственно, грядут изменения состояния от жидкого к твёрдому. Однако этот фактор не приведёт к дальнейшему снижению чувствительной температуры.
Коэффициент ощутимого тепла — это отношение ощущаемого тепла к общему количеству тепла. Используя психрометрическую диаграмму, допустимо определить нужный параметр.
Например, энтальпию для возвратного воздуха, поступающего в охлаждающий змеевик при 24ºC и относительной влажности 50%. Значение энтальпии составит 28,7, судя из пути построения точки состояния, определяемой двумя параметрами температуры и влажности.
Наконец, для определения фактического теплового коэффициента необходимо разделить чувствительное тепло 5,4 на общее тепло 7,6, что даст коэффициент теплоты, равный 0,71. Факторы ощутимого тепла, как правило, выше, чем 0,5, поскольку процессы охлаждения обычно удаляют больше ощутимое, чем скрытое тепло.
Чувствительные процессы, как правило, показаны на горизонтальной траектории психрометрической карты, в отличие от латентных процессов. Таковые отображаются на вертикальных путях. Большинство процессов, которые включают оба вида тепла, приводят к угловым или диагональным путям.
КРАТКИЙ БРИФИНГ
Разница сухого и влажного термометра
Психрометр
Психрометром называют прибор, который применяется для измерения влажности воздуха.
Чаще всего психрометры используют для определения показателей относительной влажности воздуха. Такие показатели важны во многих сферах производства, например, там, где используется весовое оборудование, чтобы определить точность показателей или доказать необходимость использования весов влагозащищенных.
Наиболее простым из всех психрометром является психрометр Августа. Этот прибор состоит из двух термометров, которые укреплены на штативе, а также с небольшого резервуара для воды. На один из термометров надевается специальный колпачок из тонкой материи (батиста). Конец материи опускается в резервуар с водой. Этот термометр получил название влажного. Второй термометр остается свободным и называется сухим. Влажный термометр, когда ткань смочена, будет показывать более низкую температуру, чем сухой. Это происходит из-за того, что затрачивается некоторое количество тепла на испарение воды с влажного термометра. Следует учитывать, что чем меньше в окружающем воздухе водяных паров, тем интенсивнее испаряется с влажного термометра и тем большей, в результате, будет разница температур между показаниями двух термометров.
Абсолютную и относительную влажность определяют по специальным формулам, но существуют готовые психометрические таблицы, которые значительно упрощают все расчеты и вычисления. В психометрических таблицах находят величину относительной влажности по отсчетам показателей влажного и сухого термометров.
Для измерения влажности психрометр Августа подвешивают на необходимом месте, смачивают тканевый колпачок и через 10 минут можно производить отсчеты показателей. Однако существует и серьезный недостаток: на показатели данного типа психрометра влияет движение воздуха. Этот недостаток был устранен в психрометрах аспирационного типа.
Аспирационный психрометр Асмана
В психрометре Асмана влажность определяется так же, как и в психрометре Августа: на основе разницы температур, которые показывает влажный и сухой термометры. Но существует и кардинальное отличие – психрометр Асмана в пространстве, которое окружает термометры, имеет постоянную скорость движения воздуха.
Оба термометра в таком психрометре погружены в металлические трубки нижними концами. Эти трубки снизу открыты, а сверху соединяются в одну цилиндрическую трубку. Но это еще не все, трубка содержит в себе еще и внутреннюю трубку, в которой есть ртутный резервуар термометра. Конец соединенной трубки соединен с небольшим вентилятором, который приводится в движение от заводной пружины и создает постоянное движение воздуха.
Вычисление относительной и абсолютной влажности можно произвести с помощью формул или воспользовавшись специальной психометрической таблицей.
Измерение влажности с помощью психрометра Асмана проводится через 3-5 минут после того, как специальной пипеткой будет смочен влажный термометр и специальным ключом заведен вентилятор. Этот тип психрометров является наиболее точным и удобным прибором для измерения влажности.
Вообще все современные психрометры делятся на три категории:
Для описания состояния влажного воздуха используют три температурных параметра:
— температуру по сухому термометру,
Рассмотрим, чем они различаются.
Температура по сухому термометру
Температура по сухому термометру (/(Т) — эта та температура воздуха, которую непосредственно измеряют с помощью термометра.
В быту для этого используют ртутный или спиртовой термометр (градусник). В технике для этих целей применяют термопары или датчики температуры.
То есть температура по сухому термометру — это научное название обычной температуры воздуха.
Температура точки росы
Если влажный воздух охлаждать при неизменном влагосодержании, процесс может протекать до тех пор, пока температура воздуха не понизится до температуры насыщения, т.к. при дальнейшем охлаждении воздуха из него начнет выпадать влага.
Температура, соответствующая состоянию насыщения влажного воздуха при заданном значении влагосодержания, называется температурой точки росы [1.4].
Температура точки росы (/,,) является предельной температурой, до которой можно охлаждать влажный воздух при постоянном влагосодержании без выпадения конденсата.
При дальнейшем охлаждении воздуха при положительных температурах из него начнет выпадать влага (конденсат) в виде капель (росы). Именно из-за этого параметр и получил такое название.
Если на какой-то поверхности образуются капельки конденсата, то это означает, что температура этой поверхности ниже температуры точки росы окружающего воздуха.
Запотевший стакан с прохладительным напитком, покрытые ледяным узором окна, роса на траве и листьях деревьев — все эти явления связаны с температурой точки росы воздуха.
Температура точки росы (точка росы) может быть определена экспериментально путем измерения температуры охлаждаемой зеркальной металлической пластины, омываемой воздухом, в момент начала появления росы на зеркальной поверхности.
На рис. 1.9 приведена номограмма для определения температуры точки росы по относительной влажности воздуха и температуре воздуха по сухому термометру (при нормальном давлении).
Рис. 1.9. Номограмма для определения температуры точки росы
Температуру точки росы воздуха необходимо знать для правильного проектирования процессов обработки воздуха, прежде всего его охлаждения.
Если воздух контактирует с поверхностью, имеющей температуру ниже, чем температура воздуха по сухому термометру, но выше, чем температура точки росы воздуха, происходит охлаждение воздуха без осушения, т.е. температура воздуха уменьшается, а влагосодержание остается неизменным (рис. 1.10).
Помещая в поток воздуха поверхность, имеющую температуру ниже, чем температура точки росы воздуха, мы вызываем конденсацию влаги на этой поверхности.
Воздух, проходящий вдоль поверхности, при этом не только охлаждается, но и осушается, т.е. температура и влагосодержание воздуха уменьшаются (рис. 1.11).
Именно процесс охлаждения с осушением реализуется в поверхностных воздухоохладителях, где температура теплообменной поверхности воздухоохладителя поддерживается ниже температуры точки росы входящего воздуха.
Тем самым в воздухоохладителе создаются условия для выпадения конденсата из воздуха, и воздух, проходя через воздухоохладитель, не только охлаждается, но и осушается, уменьшая свое влагосодержание.
Рис. 1.11. Охлаждение воздуха с осушением
Универсальный цифровой термометр.
Автор – Михаил aka Bar_boss.
https://electromost.com
Опубликовано 29.12.2010.
Предлагаемое Вашему вниманию устройство разрабатывалось в качестве домашнего термометра для одновременного контроля температуры в помещении и на улице. Кроме измерения температурных параметров, на дисплей выводится информация о текущем времени и дате.
В качестве датчиков контроля температуры, применены широко распространенные DS18B20. Один датчик устанавливается внутри помещения, другой – снаружи. Принципиальная схема представляет собой микроконтроллер, который управляет 4-х строчным символьным ЖКИ – индикатором и часами реального времени DS1307. Часы реального времени включены по типовой схеме – стабилизация частоты осуществляется кварцевым резонатором 32768 Гц, в качестве резервного источника питания применён литиевый элемент напряжением 3В. Управление от микроконтроллера проводится по шине I2C, реализация данного интерфейса в микроконтроллере – программная. Питание устройство получает от внешнего источника 7-14В через стабилизатор LM7805. С этого же стабилизатора напряжение подаётся на датчики температуры DS18B20. Управление подсветкой индикатора производится кнопкой S4. По умолчанию (после включения устройства) подсветка включена.
Внимание! Проверяйте назначение выводов 1 (общий) и 2 (+5В) используемого ЖКИ. У некоторых производителей индикаторов они могут располагаться наоборот! Неправильное подключение источника питания может вывести ЖКИ из строя!
В следующей версии прошивки была добавлена функция измерения влажности в помещении. Переключение в режим влажности осуществляется при помощи кнопки S3. Вводимые в схему новые элементы выделены красным цветом. В микроконтроллер для работы с данной функцией необходимо залить версию прошивки 1.1.
В большинстве случаев для измерения влажности применяют емкостные датчики, например, HIH-4000. Однако в основу измерения влажности в данном устройстве положен несколько иной принцип – психрометрический метод.
Данный метод основан на измерении разности двух температур. Прибор, который работает на этом принципе, называется психрометр и состоят из двух термометров. Один термометр «сухой», другой – «влажный». Для того, что бы второй термометр был влажным, он оборачивается в хлопчатобумажную ткань, которая опускается в воду и является постоянно влажной за счёт капиллярного эффекта. Испаряясь, вода охлаждает влажный термометр. В результате этого получается разница между показаниями «сухого» и «влажного» термометров. Исходя из разницы температур «влажного» и «сухого термометров», и температуры «сухого» термометра – т.е. температуры в помещении, по специальным таблицам, которые называются психометрическими (табл.1) определяют относительную влажность воздуха.
В основе нашего самодельного датчика остаётся тот же принцип психрометра – измерить температуру «сухого» и «влажного» датчиков и на основании их показаний извлечь из таблицы нужное значение. Такую обработку можно выполнить на микроконтроллере, что собственно мы и будем делать, модернизировав универсальный термометр, снабдив его функцией измерения влажности – психрометром.
Итак, первая «часть» психрометра у нас уже есть – как Вы видите, в термометре применяются датчики температуры DS18B20, один из которых измеряет температуру внутри помещения. Он как раз и будет «сухим» термометром. Второй (влажный) термометр, необходимо добавить в схему. Он подключается к выводу 5 микроконтроллера. Этот датчик необходимо обернуть тканью, которая постоянно должна быть во влажном состоянии. Для обеспечения надёжной влагозащиты, необходимо на каждый вывод датчика, а затем на его корпус, одеть термоусаживающую трубку.
В микроконтроллере запрограммированы значения, занесенные в таблицу 1. – диапазон температур сухого термометра 15:.30 градусов и разность показаний между сухим и влажным термометром 0:9 градусов. При желании, корректировкой таблицы, прошитой в микроконтроллере, этот диапазон рабочих температур градусов можно сдвинуть в ту или иную сторону.
При выходе за пределы 15:.30 градусов и при разности температур свыше 9 градусов, на дисплей выводится сообщение об ошибке. Так же показывается ошибка, если температура «влажного» датчика становится больше температуры «сухого» датчика.
В режиме психрометра, на дисплей постоянно выводится значения «сухого» и «влажного» датчиков и в случае, если температура выйдет за указанные пределы и будет выведено сообщение об ошибке, всё равно исходя из этих значений по расширенной психометрической таблице можно вычислить значение влажности. Если, разумеется, она лежит в области определения таблицы. А вообще планируется расширить таблицу значений влажности в микроконтроллере на диапазон 1:30 градусов.
Может получиться ситуация, когда показания «сухого» и «влажного» датчиков одинаковы. А это возможно в двух случаях – когда влажность воздуха 100% или отсутствует вода в емкости «влажного» датчика. Поэтому, при показаниях влажности 100% нужно проверить, что «влажный» датчик действительно смочен водой.
Конструктивное исполнение психрометрического датчика может быть любым. Главное условие, что бы «сухой» и «влажный» датчики находились в одной температурной зоне и в тоже время нужно избежать влияния влаги на «сухой» датчик. Некоторые варианты конструктивной реализации датчиков, построенных на психрометрическом методе, можно посмотреть на сайте автора.
Несмотря на то, что использование подобного датчика не очень удобно (нужно следить за наличием воды), тем не менее, его вполне можно использовать при отсутствии емкостных датчиков влажности для построения домашней метеостанции.
Проект универсального термометра на этом не завершён, сейчас ведётся его дальнейшая доработка по расширению функционала.