Что такое гигрометр и как он работает?

гигрометр

Гигрометр — это прибор погоды, используемый для измерения влажности в атмосфере. Существует два основных типа гигрометров: сухой и влажный ламповый психрометр и механический гигрометр.

Что такое влажность?
Влажность — это количество водяного пара в атмосфере, вызванное конденсацией и испарением. Его можно измерить как абсолютную влажность (количество водяного пара в единице объема воздуха) или как относительную влажность (отношение влаги в атмосфере к максимальной влажности, которую может удерживать атмосфера).

Это то, что дает вам это ужасное липкое чувство в жаркий день и может вызвать тепловой удар. Мы чувствуем себя наиболее комфортно с относительной влажностью от 30% до 60%.

Как работают гигрометры?
Мокрые и сухие психрометры — самый простой и общий способ измерения влажности.
Этот тип гигрометра использует два основных ртутных термометра: один с влажным наконечником, другой с сухим наконечником. Испарение воды на наконечнике влажного градусника, или как еще называют наконечник градусника — колбе, приводит к снижению его показаний температуры, по сравнению с показаниями сухого термометра.

Относительная влажность рассчитывается путем сравнения показаний с использованием таблицы расчета, которая сравнивает температуру окружающей среды (температуру, определяемую сухим градусником) с разностью температур между двумя термометрами.

Механический гигрометр использует несколько более комплексную систему, основанную на принципе действия одного из первых гигрометров, разработанных в 1783 году Орасом Бенедиктом де Соссюром. В этой системе используется органический материал (обычно человеческий волос), который расширяется и сжимается в результате окружающей влажности (это также объясняет, почему в жаркий и влажный день волосы выглядят не очень то! :)).

Органический материал удерживается под небольшим натяжением пружиной, которая связана с манометром для иглы, который указывает уровень влажности в зависимости от того, как волос двигается.


Как влияет на нас влажность?
Влажность важна для нашего комфорта и нашего здоровья.
Влажность связана с сонливостью, невнимательностью, раздражительностью. Влажность также влияет на тепловой удар и тепловое истощение.

Помимо воздействия на людей, слишком много или слишком мало влажности может повлиять на ваше имущество. Слишком низкая влажность может высушить и повредить мебель. Напротив, высокая влажность может вызывать образование влаги, конденсацию, набухание и плесень.


Получение наилучших результатов от гигрометра
Гигрометры должны калиброваться не реже одного раза в год, чтобы обеспечить максимально точные результаты.
Даже точность лучшего, самого дорогого и точного гигрометра, вероятно, со временем снизится.

Для калибровки поместите свой гигрометр в герметичный контейнер рядом с чашкой соленой воды и поместите его в комнату, где температура остается относительно постоянной в течение дня (например, не над камином или возле входной двери), а затем оставьте ее на 10 часов. По истечении 10 часов гигрометр должен отображать относительный уровень влажности 75% (стандарт), если нет, вам нужно настроить его отображение (перекалибровать).

История метеорологических приборов

По определению погода представляет собой «состояние атмосферы в данный момент времени и место в отношении переменных, таких как температура, влажность, скорость ветра и атмосферное давление».
Измерение погоды
Ранее было изобретено множество умных механических устройств для измерения и регистрации любого возможного метеорологического параметра (метеорологического): омброскопа или регистратора осадков, механического анемометра или указателя скорости ветра, дистанционной измерительной лопатки, магнитофона.


Анемометр
Скорость ветра измеряется чашечным анемометром, инструментом с тремя или четырьмя небольшими полыми металлическими полушариями, установленными так, чтобы они захватывали ветер и вращались вокруг вертикального стержня.
Электрическое устройство регистрирует обороты чашек и вычисляет скорость ветра. Слово анемометр исходит от греческого слова для ветра, «анемо» («anemos»).

В 1986 году родился первый ветровой компьютер «Wicom».

Барометр
Барометр —  инструмент для измерения атмосферного давления. Барометр был изобретен Евангелистом Торричелли в 1643 году.

Гигрометр
Гигрометр — это прибор, используемый для измерения влажности или влажности воздуха или любого газа.


Дождемер
Дождемер измеряет, сколько осадков выпало.

Термометр
Термометры измеряют температуру, используя материалы, которые каким-то образом меняются при нагревании или охлаждении. Первые термометры назывались термоскопами, и в то время как несколько изобретателей одновременно изобрели версию термоскопа, первым изобретателем был признан итальянский изобретатель Санторио, который сделал цифровую шкалу на инструменте.
В 1724 году Габриэль Фаренгейт изобрел первый ртутный термометр.

Как Вычислить Плотность Воздуха?

Если нужно рассчитать плотность сухого воздуха, можно применить закон идеального газа.

Этот закон выражает плотность как функцию температуры и давления. Как и все газовые законы, это приближение, где речь идет о реальных газах, но очень хороша при низких (обычных) давлениях и температурах.

Плотность воздуха

Важно! Повышение температуры и давления приводит к ошибке вычисления.

Уравнение:

ρ = p/RT

где:

  ρ — плотность воздуха в кг/м3 (килограмм на метр кубический);
    
p — абсолютное давление в Па (паскаль);
  
T — абсолютная температура в K (кельвин);
   
R — удельная газовая постоянная для сухого воздуха в Дж/(кг · K) и составляет 287,058 Дж / (кг · К) (джоуль на килограмм кельвин)

Что значит плотность воздуха в STP, в NPT ?

В англоязычных материалах, каталогах, сертификатах многие сталкиваются в аббревиатурой STP , at STP, at NPT.

Что это такое?

Чтобы ответить на вопрос, нужно понять, что такое плотность и как определяется STP.

Плотность воздуха — это масса на единицу объема атмосферных газов.  Плотность воздуха зависит от его температуры и давления. Обычно значение, заданное для плотности воздуха, дается в  STP или стандартной температуре и давлению (аббревиатура на английском — standard temperature and pressure). STP — это одна атмосфера давления при температуре 0 °C. Поскольку это будет температура замерзания на уровне моря, в большинстве случаев сухой воздух менее плотный, чем указанное значение. Однако в воздухе обычно содержится много водяного пара, что сделает его более плотным, чем указанное значение.


Величина плотности воздуха
Плотность сухого воздуха составляет 1,19 грамма на литр при 0 °С при среднем барометрическом давлении на уровне моря 760 миллиметров ртутного столба (или 101 325 Па, или 0,1 МПа).

На уровне моря и при 15 ° C плотность воздуха составляет 1,225 кг/м3. Это уже значение ISA или международной стандартной атмосферы (аббревиатура на английском — International Standard Atmosphere). В других единицах это 1225,0 г/м3.

Стандарт IUPAC температуры и давления (0 °C и 100 кПа) использует плотность сухого воздуха 1,2775 кг/м3. При 20 °C и 101,325 кПа плотность сухого воздуха составляет 1,2041 кг/м3.

Изменение плотности воздуха с высотой

Влияние высоты на плотность

Все что нужно знать это то что плотность воздуха уменьшается по мере увеличения высоты. Например, воздух менее плотный в горах. Плотность воздуха уменьшается при увеличении температуры, при этом объем газа может меняться. Например, ожидается, что в жаркий летний день воздух будет менее плотным, чем холодный зимний день, при этом другие факторы останутся прежними.

STP против NTP

Хотя STP — это стандартная температура и давление, при замерзании происходит не так много измеряемых процессов. Для обычных температур другой общей величиной является NTP (аббревиатура на английском — normal temperature and pressure), что означает нормальную температуру и давление. NTP определяется как воздух при давлении 20 °C и давлении 1 атм (101,325 кН/м2 или 101,325 кПа). Средняя плотность воздуха при NTP составляет 1,204 кг/м3.

Гидравлический удар

Гидравлический удар, или «гидроудар», или «гидравлический молот» — представляет собой скачок (или волну) давления, вызванную тем, что жидкость (или газ) в движении вынуждена останавливаться, затормаживаться или менять свое направление внезапно, изменять свой импульс движения.

Гидравлический удар обычно возникает, когда клапан внезапно закрывается на конце трубопроводной системы, и в трубе распространяется волна давления. Эта волна давления может вызвать серьезные проблемы: от шума и вибрации до разрушения трубы.

Можно (и нужно) уменьшать влияние импульсов гидравлического удара в трубопроводных системах с помощью гидроаккумуляторов, расширительных баков, продувочных клапанов и других способов. Более грубые расчеты этого явления могут быть сделаны либо с использованием уравнения Жуковского, более точные — с использованием т. н. метода характеристик.
На рисунке слева труба сплюснутая, в результате резкого снижения давления в ней.
На рисунке справа — разрыв трубопровода вследствие резкого повышения в нем давления жидкости.
Примерная картина развития гидроудара вследствие перекрытия потока жидкость (закрытия крана) на рисунке снизу.

Возникнет гидроудар или нет зависит от скорости перекрытия крана, если резко — гидроудар будет, это будет фиксироваться по наличию шума в трубопроводе. Для избегания появления гидроудара скорость перекрытия крана должна быть меленее. Так же это появление этого явления зависит от физических параметров жидкости, проходящей по трубопроводу. Например, для жидких сред — вязкость, для газов критичным параметром является его сжимаемость.

Гидравлический удар

 

Гидравлический удар — изменение давления в трубопроводе, вызванное изменением скорости. От места причины изменения скорости (от задвижки) изменение давления (ударная волна) со скоростью распространяется потрубопроводу и отражается обратно от концов трубы (задвижки, магистрали, от начала истекающей струи и т. п.). Величина изменения давления обусловливается величиной потерянной скорости и не зависит от транзитного    расхода. Таким образом, если время закрытия задвижки будет меньше периода трубопровода. где L — длина трубопровода то удар будет полным, т.е. сила удара будет обусловливаться потерей всей скорости, в противном случае повышение давления будет меньше и определится той частью скорости, которая будет потеряна за время, равное периоду трубопровода. Уменьшение величины гидравлического удара может быть получено либо соответственным увеличением времени закрытия 2L либо уменьшением периода. Задвижки Т трубопровода путем установки воздушных колпаков надлежащих размеров, которые отражают и не пропускают мимо себя ударную волну. 

Из-за того, что сохранение воздуха волну, в воздушных колпаках затруднительно, предпочитают первый способ. Весьма опасны приявлении гидравлического удара тупики, в которых повышение давления удваивается. При отражении ударной волны тупика обратно отмагистрали в неблагоприятных условиях давление может возрасти до больших размеров. Опасен переход ударной волны с трубы большого диаметра на трубу малого диаметра. 

Показывающие манометры с электрическим сигналом

В манометрах этого типа  приведенных в таблице используются электрические измерительные системы, выдающие сигнал релейного типа ( в приборах сигнализирующих) или сигнал, пропорциональный измеряемому давлению (в приборах с электрическим выходным сигналом).

Показывающие и сигнализирующие манометры, мановакуумметры и вакуумметры предназначены для измерения давления и сигнализации о достигнутых максимальном и минимальном значениях параметра.Они изготавливаются в соответствии с ГОСТ 13717. Величины предельных значений параметра устанавливаются с помощью головки, выведенной на наружную сторону стекла. В приборах типов ЭКМ-1У, ЭКМ-2У, ЭКМВ-IУ, ЭКВ-1У, ВЭ-16Рб используется контактный механизм, управляемый непосредственно от стрелки манометра. Максимальное рабочее напряжение постоянного или переменного тока на контактах составляет 220 В, разрывная мощность контактного устройства — 10 Вт. В приборах типов МП4-III, МВП4-III, ВП4-III, МП4-IV, МВП4-IV, ВП4-IV используется встроенное сигнальное устройство, питающееся от электросети с напряжением 220 В и частотой переменного тока 50 Гц. Допустимая нагрузка сигнального устройства при напряжении постоянного тока 250 В составляет 75Вт, при напряжения З0 В — 60 Вт, при напряжении переменного тока 220 В — 40 Вт.

Показывающие манометры, вакуумметры и мановакуумметры с электрическим выходным сигналом типа МП4-VI, МВП4-VI и ВП4-VI предназначены для измерения давления с одновременной выдачей сигнала, пропорционального измеряемому давлению. Питание измерительной схемы осуществляется от сети переменного тока с напряженнем 220 В и частотой 50 Гц. Выходной сигнал посто«нного тока изменяется в диапазоне 0 — 5 мА. Coпротивление вторичного прибора не должно превышать 2500 Ом. Приборы выпускаются в обычном экспортном и тропическом исполнении.

Показывающие манометры. Какие они бывают?

Манометр

Манометр

Показывающие пружинные манометры, мановакууметры и вакуумметры предназначены для измерения избыточного давления газов и жидкостей не воздействующих на медные сплавы и сталь, в условиях плавного изменения давления и отсутствия вибоации (за исключением особо оговоренных случаев).

Для уплотнения соединений, работающих в неагрессивных средах, используются прокладки из кожи, свинца, отожженной красной меди (красномедные прокладки), фибры.

Приборы со шкалой диаметром 100 мм и более должны эксплуатироваться в вертикальном положении.

Образцовые манометры и вакуумметры типов МО и ВО предназначены для поверки манометров, мановакууметром и вакууметров, изготавливаются в обыкновенном (умеренного климата) и тропическом исполнениях. Допустимая скорость изменения давления в секунду — не более 10процентов от верхнего предела измерения. Требования к образцовым манометрам изложены в ГОСТ 6521.

Конструктивные схемы манометров

Конструктивные схемы показывающих манометрических приборов

Лабораторные манометры, мановакууметры и вакууметры типов МЛ, МВЛ, ВЛ предназначены для измерений в лабораторных условиях, а также для поверки манометрических приборов класса точности 2,5 и ниже.  Приборы выпускаются обыкновенном, экспортном и тропическом исполнении.

Типы присоединительных штуцеров для манометрических приборов

Типы присоединительных штуцеров для манометрических приборов

Виброустойчивые манометры, мановакуумметры и вакуумметры типов МВ3-1ВУ, МПЧ-1ВУ, МВП-1ВУ, ВП3-1ВУ предназначены для измерения давления в неагрессивных средах и газообразном кислороде (кроме типа МПЧ-1ВУ). Они вмонтированы в пылебрызгозащищенный корпус. Перечисленные типы виброустойчивых манометров, мановакуумметров и вакуумметров выпускаются в обычном и тропическом исполнении. Допускается нх эксплуатация при вибрации с ускорением до 5 м/с2 в диапазоне частот 5 … 15 Гц и с ускорением до 15 м/с3 в дяапазоне частот 15 … 80 Гц.

Коррозионностойкие виброустойчивые мановакуумметры типа МВП4-11 используются для измерения давления в агрессивных, газообразных и жидких средах (растворов солей, щелочей, кислот). Исполнение корпуса  —  пылебрызгозащищенное. Приборы допускают вибрацию с частотой 5 — 80 Гц и ускорением до 15 м/с2.

Дифференциальные манометры предназначены для одновременного измерения давления в двух различных системах. В приборе одна нз стрелок выполнена в виде диска с градуировкой, что позволяет вести отсчет разности давлений. Манометры МДП4-С и МДП4-СМ-Т применяются в установках, работающих на аммиаке, фреоне-12 и фреоне-22. Манометр МДП4-СМ-Т выпускается в морском и тропическом исполнении.

Показывающие манометры в корпусе диаметром 40 мм (см. таблицу) предназначены для непрерывного измерения давления в стационарных промышленных установках, их выпускают в обыкновенном и тропическом исполнениях. Манометры эксплуатируются в условиях, исключающих тряску и вибрацию, за исключением типов ММ-4OC1 и ММ-4ОС2. Манометр ММ-40С1 допускает вибрацию с ускорением 4g при частоте колебаний f = 20…80 Гц, а также пульсирующую нагрузку 10000 циклов изменения давления с частотой 3 — 30 циклов в минуту. Манометр ММ-4ОС2 допускает вибрацию с ускорением 1,1 g при f=20…80 Гц, а также тряску в течение 6 ч с ускорением до 10 g npu частоте 80 — 120 ударов в минуту.

Общие технические требования на показывающие манометры, вакуумметры и мановакуумметры приведены в ГОСТ 2405, основные параметры н размеры — в ГОСТ 8625. На рисунках даны конструктивные схемы манометров с условными обозначениями А, Б, а, б и т. п., и размеры присоединительных штуцеров.

Свойства жидкостей и газов.

Весовая плотность

Сжимаемость

Поверхностное натяжение

Весовая плотность ϒ (единица измерения – кг/м3). При равномерном распределении массы ϒ =G/V. При неравномерном распределении массы используют то же уравнение, но берут достаточно большие значения G и V.

Массовая плотность – это величина ϒ/g, то есть с учетом g – ускорение свободного падения 9,81м/с2.

Величину весовой плотности жидкостей измеряют с помощью соответственно градуированных ареометров, глубина погружения которых ее показывает. Шкалы ареометров выражаются в градусах (Боме, Брикса или Бека в зависимости от системы прибора). Перевод градусов в весовую плотность осуществляется с помощью соотношений (см. табл.).

 

Перевод градусов разных шкал весовой плотности

Перевод градусов разных шкал весовой плотности

Ареометры тарируются при определенных температурах, и точные замеры нуждаются в поправках, указываемых в паспорте прибора.

Если при смешении жидкости не меняют своего суммарного объема (например нефтепродукты), то весовая плотность смеси определяется как ϒсм=1/Vcм (∑Vi ϒi), где Vcм – объем смеси, Vi – объем компонента. Весовая плотность воды и ртути см. таблицу.

Весовая плотность различных сортов керосина (в том числе и импортных) колеблется в пределах 790 … 826 кг/м3 при 15,6 °С. Газолины меняют весовую плотность при той же температуре от 680 до 748. Влияние температуры на весовую плотность масел учитывается формулой Менделеева: ϒt= ϒ15/(1+β(t°-15)), где ϒ15 – весовая плотность при 15°С, β – коэффициент, зависящий от ϒ15 (0,0007).

Весовая плотность ряда газов.

Весовая плотность ряда газов.

Сжимаемость.

Собственно говоря жидкости в расчетах принимаются насжимаемыми, в силу малого влияния давления на весовую плотность. Для газов, находящихся под воздействием изменяющихся давлений и температур, величина весовой плотности определяется из уравнения:

(p/ϒ)=RT, где R – газовая постоянная, изменяющаяся в зависимости от вида газа (см. справочники). При движении газа со скоростями, далекими от звуковых, следует расчет вести так же, как и для несжимаемой жидкости.

Поверхностное натяжение.

На границах жидких объемов действуют молекулярные силы, стремящиеся уменьшить внешнюю поверхность и подвергающие объем воздействию значительных сил. Величина силы Т поверхностного натяжения :

для воды при 18 °С Т=7,54х10-3;

этилового спирта при 20°С Т=2,28х10-3;

эфира при 20°С Т=1,673х10-3;

ртути при 15°С Т=44,5х10-3.

На границах между газообразными и жидкими телами свободная поверхность в зависим

ости от соотношения сил модекулярного притяжения создает выпуклый или вогнутый мениск. Так, в стеклянных трубках диаметра d поверхность поднимается на высоту:

h=k/d,

где для воды k=0,03; алкоголя k=0,01; толуола k=0,013; ртути k=-0,01.

При замене трубки двумя параллельными пластинами с расстоянием между ними d величина k уменьшается вдвое.

 

 

 

 

 

Что такое давление насыщенного пара?

 

Для начала необходимо понято что такое испаряемость. Испарение происходит при любой температуре, интенсифицируясь по мере ее повышения, однако до температуры вспышки нефтепродуктов объем испарившейся жидкости невелик. При достижении этой температуры концентрация паров жидкости в воздухе над ее поверхностью становится достаточной для образования воспламеняющейся смеси. Интенсивное испарение начинается при температуре свыше величины температуры вспышки вследствие выкипания компонентов масла. Если испарение происходит в свободном пространстве, почти все молекулы, перешедшие при испарении в паровую фазу, удаляются от поверхности жидкости и обратно не возвращаются. Если жидкость находится в замкнутом пространстве, после достижения в нем определенной концентрации паров устанавливается равновесие между процессами испарения и конденсации, и давление пара становиться постоянным.

Это то давление и называется — давление насыщенного пара.