pobieranie: pomiary_wilgotnosci_powietrza_01
Pobierz dokument docPrzeglądaj wersję html pliku:
Politechnika Szczecińska
KATEDRA TECHNIKI CIEPLNEJ
LABORATORIA Z PODSTAW TECHNIKI CIEPLEJ
SPRAWOZDANIE
Ćwiczenie Nr: Temat: Pomiary wilgotności powietrza
Data wyk. ćw.
Data złożenia sp. Ocena Nazwisko i Imię
Prowadzący ćwiczenie
Podpis Rok akad. Semestr Grupa lab.
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zasadą działania przyrządów
do pomiaru wilgotności oraz wyznaczanie za pomocą tych przyrządów
wilgotności powietrza.
Definicje i wielkości
Powietrze atmosferyczne zawsze jest wilgotne, gdyż zawiera pewną
ilość pary wodnej. Maksymalna wilgotność powietrza, czyli ilość
wilgoci w postaci niewidocznej pary wodnej, jaką może zawierać 1m3
powietrza atmosferycznego, zależy od jego temperatury i ciśnienia.
Powietrze o najwyższym stanie zawilgocenia nosi nazwę powietrza
nasyconego (parą wodną), a przekroczenie tej maksymalnej wilgotności
prowadzi do wytrącenia się nadmiaru wilgoci w postaci mgły lub
deszczu.
Zawartość pary wodnej w 1m3 badanego powietrza nosi nazwę wilgoci
bezwzględnej i jest jednoznaczna z ciężarem właściwym pary wodnej w
rozpatrywanych warunkach, tj. :
Gpw
(pw= ----------
Vp
(pw – ciężar właściwy pary wodnej [kG/m3]
Gpw – ciężar pary wodnej [kG]
Vp – objętość powietrza wilgotnego [m3]
W odróżnieniu od wilgotności bezwzględnej wilgotnością względną
powietrza nazwano stosunek ciężaru pary wodnej zawartej w 1m3
mieszaniny do ciężaru pary wodnej znajdującej się w 1m3 powietrza
nasyconego w tej samej temperaturze.
(pw – ciężar właściwy pary wodnej znajdującej się w wilgotnym
powietrzu o temperaturze bezwzględnej T [kG/m3]
(`` - ciężar właściwy suchej nasyconej pary wodnej w tej samej
temperaturze bezwzględnej T [kG/m3]
Entalpię powietrza wilgotnego h o zawartości wilgoci x [kg/kg] nazywa
się entalpię mieszaniny 1 kg powietrza suchego i x kg pary wodnej.
Przyjmując, że dla takiej mieszaniny powietrza suchego oraz całej
zawartości wilgoci w postaci cieczy w temperaturze 0(C entalpia równa
się zero.
m p
x = -------
m
x – stopień wilgotności
mp – masa pary wodnej
mg – ilość powietrza suchego
Prawo Daltona – całkowite ciśnienie (równe ciśnieniu
atmosferycznemu) mieszaniny powietrza suchego ps i pary wodnej pw jaką
stanowi powietrze wilgotne, jest sumą ciśnień cząstkowych obu
składników, a zatem także:
hb=hps+hpw
hb – ciśnienie baryczne
hps – ciśnienie powietrza suchego
hpw – ciśnienie pary wodnej
Obok wysokości ciśnienia cząstkowego pary wodnej zawartej w powietrzu
wilgotnym można określić przez podanie tzw. punktu rosienia tj.
temperatury [(C], w której rozpatrywane powietrze osiąga stan
nasycenia parą wodną. Dalsze obniżanie temperatury badanego powietrza
wilgotnego prowadzi do skroplenia się nadmiaru pary wodnej i utworzenie
rosy.
Jeżeli powietrze atmosferyczne nie jest nasycone, to wówczas w 1m3
znajduje się mniej pary wodnej niż ilość odpowiadająca ciężarowi
właściwemu (`` , a więc para ta jest w stanie przegrzania.
Zawartość wilgoci w powietrzu wyznacza się przez pomiar jego
wilgotności względnej lub bezwzględnej. Przyrządami pomiarowymi
służącymi do wyznaczania wilgotności względnej są psychrometry i
higrometry.
3. przyrządy do pomiaru wilgotności powietrza:
Higrometry dzielimy na:
absorpcyjne
kondensacyjne
oparte na działaniu higroskopowym
włosowe
oparte na zasadzie przewodnictwa cieplego
elektryczne
z czujnikiem elektrolitycznym
z czujnikiem sorpcyjnym
z ogrzewanymi czujnikami
Stanowisko pomiarowe (schematy pomiarowe)
Na stanowisku pomiarowym znajdowały się następujące przyrządy
miernicze:
psychrometr Assmanna
psychrometr Augusta
higrometry włosowe
Psychrometr Assmanna
W psychrometrze Assmanna zbiorniczki rtęci termometrów suchego i
mokrego zostały umieszczone w dwóch gałęziach wlotowych rury, przez
którą przepływa badane powietrze, zasysane wentylatorem napędzanym
sprężyną. Prędkość przepływu powietrza przekracza graniczną
wartość 2m/s. Każda z gałęzi wlotowych, w których umieszczono
zbiorniczki rtęci termometrów ma postać dwóch koncentrycznych tulei
metalowych dokładnie wypolerowanych z zewnątrz dla zabezpieczenia
przed szkodliwym wpływem promieniowania na wyniki pomiarów. Ustalanie
się wskazań termometrów następuje po ok. 2-5 min.
Dane techniczne psychrometru Assmanna :
zakres pomiaru temp. od -30(C do 50(C
działka elementarna 0,2(C
zakres odczytu wilgotności względnej powietrza od 10% do 100%
dokładność odczytu 1%
prędkość przepływu powietrza od 1,5m/s do 2m/s
Psychrometr Augusta
Psychrometr Augusta składa się z dwóch jednakowych termometrów
rtęciowych z podziałką co 0,2(C, umocowanych na wspólnym statywie.
Jeden z nich zwany suchym ma odkryty zbiorniczek rtęci i wskazuje temp.
badanego powietrza. Zbiorniczek drugiego termometru zwany mokrym jest
owinięty tkaniną higroskopijną, stale zwilżoną za pośrednictwem
knota bawełnianego, zanurzonego częściowo w wodzie destylowanej.
Jeżeli badane powietrze atmosferyczne nie jest nasycone wilgocią, to
woda zwilżająca tkaninę będzie parowała, pobierając energię w
postaci ciepła od termometru. W rezultacie termometr ten wskaże temp.
tm niższą od temp. ts wskazanej przez obok umieszczony termometr
suchy. W stanie równowagi cieplnej zbiorniczka termometru mokrego
ilość ciepła pobieranego z otoczenia będzie równa ilości ciepła
zużywanego na odparowanie wody z tkaniny pokrywającej zbiorniczek.
Jeżeli w czasie trwania pomiaru nie ma nawet lekkiego wiatru, to dla
uzyskania właściwej temp. tm można wywołać go sztucznie, np.
wachlowaniem ręką lub też poruszaniem całego psychrometru.
Higrometry włosowe
Wykorzystano tu własności włosów ludzkich, zwierzęcych oraz
niektórych włókien syntetycznych, polegające na zmianie ich
długości pod wpływem zmian wilgotności powietrza. Za względu na
prostotę budowy i działania, higrometry włosowe są powszechnie
stosowane. Dokładność pomiaru zawiera się w granicach (3% przy
zakresie pomiarowym od 30% do 100% wilgotności względnej. Do wad
higrometrów włosowych należą: występowanie zjawiska histerezy,
konieczność starannego odtłuszczenia włosów, zakres stosowania
tylko w temp. do 50(C, konieczność okresowej regeneracji.
Budowa:
Włos jest jednym końcem zamocowany w przesuwnym uchwycie a drugim
połączony za pośrednictwem przekładni dźwigniowej z osią
wskazówki przyrządu Sprężyna zwracająca ustroju pomiarowego
utrzymuje włos stale w stanie lekkiego naprężenia. Wzrost
wilgotności względnej powietrza powoduje wydłużenie włosa i
wychylenie wskazówki przyrządu.
Rozróżniamy jeszcze higrometry grawitacyjne i kondensacyjne.
5. Wyniki pomiarów i tabele
( = {[psm-A(ts-tm)*pb]/pss}*100%
psm – ciśnienie nasycenia pary wodnej w temperaturze termometru
mokrego tm
pss – ciśnienie nasycenia pary wodnej w temperaturze termometru
suchego ts
pb – ciśnienie barometryczne w chwili pomiaru
Współczynnik A nazywa się współczynnikiem psychrometrycznym albo
stałą psychrometryczną
A = (65+6,75/v)*10-5
Psychrometr Augusta 1:
Lp. ts [st. C] tm [st. C]
1.
2.
3.
4.
5.
6. 23,5
23,5
24
24
24
24 18
18
18
18
18,5
18,7
średnia 23,83 18,2
pb = 989 mbar = 989 hPa = 98900 Pa
tS,śr = 23,83 [st. C] = 296,98 [K]
tm,śr = 18,2 [st. C] = 291,35 [K]
pss = 4,2 [kpa] (odczytane z wykresu)
psm = 3,2 [kpa] (odczytane z wykresu)
v = 0,5 [m/s]
A = (65+6,75/v)*10-5 = 0,000785 [1/st. C]
( = {[psm-A(ts-tm)*pb]/pss}*100% =
= [3200-0,000785(296,98-291,35)*98900]/4200=0,6578
Psychrometr Augusta 2:
Lp. ts [st. C] tm [st. C]
1.
2.
3.
4.
5.
6. 23,5
24
24
24
24
24 21
21,5
22
22
22
21,5
średnia 23,91 21,66
pb = 989 mbar = 989 hPa = 98900 Pa
tS,śr = 23,91 [st. C] = 297,06 [K]
tm,śr = 21,66 [st. C] = 294,81 [K]
pss = 4,7 [kpa] (odczytane z wykresu)
psm = 3,3 [kpa] (odczytane z wykresu)
v = 0,5 [m/s]
A = (65+6,75/v)*10-5 = 0,000785 [1/st. C]
( = {[psm-A(ts-tm)*pb]/pss}*100% =
= [3300-0,000785(297,06-294,81)*98900]/4700=0,665
6.Wnioski
Z powyższych obliczeń i badań wynika, że niedokładności w
odczytach na wykresie oraz fakt, że ze względu na niedokładność
wymiany cieplnej termometr mokry wskazuje zawsze temp. wyższą od temp.
zupełnego nasycenia powietrza, powoduje, że tak znaleziona
wilgotność względna obarczona jest pewnym błędem. Podczas badania
wilgotności musimy również uwzględnić temp. otoczenia i ciśnienie,
gdyż od tych dwóch czynników zależy w dużej mierze zgodność
pomiarów. Aby pomiar wilgotności powietrza został wykonany dokładnie
w otoczeniu, w którym dokonuje się pomiaru nie powinno przebywać zbyt
wiele osób, ponieważ może to być związane z podwyższeniem
temperatury.
pomiary_wilgotnosci_powietrza_01
Politechnika Szczecińska
KATEDRA TECHNIKI CIEPLNEJ
LABORATORIA Z PODSTAW TECHNIKI CIEPLEJ
SPRAWOZDANIE
Ćwiczenie Nr: Temat: Pomiary wilgotności powietrza
Data wyk. ćw.
Data złożenia sp. Ocena Nazwisko i Imię
Prowadzący ćwiczenie
Podpis Rok akad. Semestr Grupa lab.
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zasadą działania przyrządów
do pomiaru wilgotności oraz wyznaczanie za pomocą tych przyrządów
wilgotności powietrza.
Definicje i wielkości
Powietrze atmosferyczne zawsze jest wilgotne, gdyż zawiera pewną
ilość pary wodnej. Maksymalna wilgotność powietrza, czyli ilość
wilgoci w postaci niewidocznej pary wodnej, jaką może zawierać 1m3
powietrza atmosferycznego, zależy od jego temperatury i ciśnienia.
Powietrze o najwyższym stanie zawilgocenia nosi nazwę powietrza
nasyconego (parą wodną), a przekroczenie tej maksymalnej wilgotności
prowadzi do wytrącenia się nadmiaru wilgoci w postaci mgły lub
deszczu.
Zawartość pary wodnej w 1m3 badanego powietrza nosi nazwę wilgoci
bezwzględnej i jest jednoznaczna z ciężarem właściwym pary wodnej w
rozpatrywanych warunkach, tj. :
Gpw
(pw= ----------
Vp
(pw – ciężar właściwy pary wodnej [kG/m3]
Gpw – ciężar pary wodnej [kG]
Vp – objętość powietrza wilgotnego [m3]
W odróżnieniu od wilgotności bezwzględnej wilgotnością względną
powietrza nazwano stosunek ciężaru pary wodnej zawartej w 1m3
mieszaniny do ciężaru pary wodnej znajdującej się w 1m3 powietrza
nasyconego w tej samej temperaturze.
(pw – ciężar właściwy pary wodnej znajdującej się w wilgotnym
powietrzu o temperaturze bezwzględnej T [kG/m3]
(`` - ciężar właściwy suchej nasyconej pary wodnej w tej samej
temperaturze bezwzględnej T [kG/m3]
Entalpię powietrza wilgotnego h o zawartości wilgoci x [kg/kg] nazywa
się entalpię mieszaniny 1 kg powietrza suchego i x kg pary wodnej.
Przyjmując, że dla takiej mieszaniny powietrza suchego oraz całej
zawartości wilgoci w postaci cieczy w temperaturze 0(C entalpia równa
się zero.
m p
x = -------
m
x – stopień wilgotności
mp – masa pary wodnej
mg – ilość powietrza suchego
Prawo Daltona – całkowite ciśnienie (równe ciśnieniu
atmosferycznemu) mieszaniny powietrza suchego ps i pary wodnej pw jaką
stanowi powietrze wilgotne, jest sumą ciśnień cząstkowych obu
składników, a zatem także:
hb=hps+hpw
hb – ciśnienie baryczne
hps – ciśnienie powietrza suchego
hpw – ciśnienie pary wodnej
Obok wysokości ciśnienia cząstkowego pary wodnej zawartej w powietrzu
wilgotnym można określić przez podanie tzw. punktu rosienia tj.
temperatury [(C], w której rozpatrywane powietrze osiąga stan
nasycenia parą wodną. Dalsze obniżanie temperatury badanego powietrza
wilgotnego prowadzi do skroplenia się nadmiaru pary wodnej i utworzenie
rosy.
Jeżeli powietrze atmosferyczne nie jest nasycone, to wówczas w 1m3
znajduje się mniej pary wodnej niż ilość odpowiadająca ciężarowi
właściwemu (`` , a więc para ta jest w stanie przegrzania.
Zawartość wilgoci w powietrzu wyznacza się przez pomiar jego
wilgotności względnej lub bezwzględnej. Przyrządami pomiarowymi
służącymi do wyznaczania wilgotności względnej są psychrometry i
higrometry.
3. przyrządy do pomiaru wilgotności powietrza:
Higrometry dzielimy na:
absorpcyjne
kondensacyjne
oparte na działaniu higroskopowym
włosowe
oparte na zasadzie przewodnictwa cieplego
elektryczne
z czujnikiem elektrolitycznym
z czujnikiem sorpcyjnym
z ogrzewanymi czujnikami
Stanowisko pomiarowe (schematy pomiarowe)
Na stanowisku pomiarowym znajdowały się następujące przyrządy
miernicze:
psychrometr Assmanna
psychrometr Augusta
higrometry włosowe
Psychrometr Assmanna
W psychrometrze Assmanna zbiorniczki rtęci termometrów suchego i
mokrego zostały umieszczone w dwóch gałęziach wlotowych rury, przez
którą przepływa badane powietrze, zasysane wentylatorem napędzanym
sprężyną. Prędkość przepływu powietrza przekracza graniczną
wartość 2m/s. Każda z gałęzi wlotowych, w których umieszczono
zbiorniczki rtęci termometrów ma postać dwóch koncentrycznych tulei
metalowych dokładnie wypolerowanych z zewnątrz dla zabezpieczenia
przed szkodliwym wpływem promieniowania na wyniki pomiarów. Ustalanie
się wskazań termometrów następuje po ok. 2-5 min.
Dane techniczne psychrometru Assmanna :
zakres pomiaru temp. od -30(C do 50(C
działka elementarna 0,2(C
zakres odczytu wilgotności względnej powietrza od 10% do 100%
dokładność odczytu 1%
prędkość przepływu powietrza od 1,5m/s do 2m/s
Psychrometr Augusta
Psychrometr Augusta składa się z dwóch jednakowych termometrów
rtęciowych z podziałką co 0,2(C, umocowanych na wspólnym statywie.
Jeden z nich zwany suchym ma odkryty zbiorniczek rtęci i wskazuje temp.
badanego powietrza. Zbiorniczek drugiego termometru zwany mokrym jest
owinięty tkaniną higroskopijną, stale zwilżoną za pośrednictwem
knota bawełnianego, zanurzonego częściowo w wodzie destylowanej.
Jeżeli badane powietrze atmosferyczne nie jest nasycone wilgocią, to
woda zwilżająca tkaninę będzie parowała, pobierając energię w
postaci ciepła od termometru. W rezultacie termometr ten wskaże temp.
tm niższą od temp. ts wskazanej przez obok umieszczony termometr
suchy. W stanie równowagi cieplnej zbiorniczka termometru mokrego
ilość ciepła pobieranego z otoczenia będzie równa ilości ciepła
zużywanego na odparowanie wody z tkaniny pokrywającej zbiorniczek.
Jeżeli w czasie trwania pomiaru nie ma nawet lekkiego wiatru, to dla
uzyskania właściwej temp. tm można wywołać go sztucznie, np.
wachlowaniem ręką lub też poruszaniem całego psychrometru.
Higrometry włosowe
Wykorzystano tu własności włosów ludzkich, zwierzęcych oraz
niektórych włókien syntetycznych, polegające na zmianie ich
długości pod wpływem zmian wilgotności powietrza. Za względu na
prostotę budowy i działania, higrometry włosowe są powszechnie
stosowane. Dokładność pomiaru zawiera się w granicach (3% przy
zakresie pomiarowym od 30% do 100% wilgotności względnej. Do wad
higrometrów włosowych należą: występowanie zjawiska histerezy,
konieczność starannego odtłuszczenia włosów, zakres stosowania
tylko w temp. do 50(C, konieczność okresowej regeneracji.
Budowa:
Włos jest jednym końcem zamocowany w przesuwnym uchwycie a drugim
połączony za pośrednictwem przekładni dźwigniowej z osią
wskazówki przyrządu Sprężyna zwracająca ustroju pomiarowego
utrzymuje włos stale w stanie lekkiego naprężenia. Wzrost
wilgotności względnej powietrza powoduje wydłużenie włosa i
wychylenie wskazówki przyrządu.
Rozróżniamy jeszcze higrometry grawitacyjne i kondensacyjne.
5. Wyniki pomiarów i tabele
( = {[psm-A(ts-tm)*pb]/pss}*100%
psm – ciśnienie nasycenia pary wodnej w temperaturze termometru
mokrego tm
pss – ciśnienie nasycenia pary wodnej w temperaturze termometru
suchego ts
pb – ciśnienie barometryczne w chwili pomiaru
Współczynnik A nazywa się współczynnikiem psychrometrycznym albo
stałą psychrometryczną
A = (65+6,75/v)*10-5
Psychrometr Augusta 1:
Lp. ts [st. C] tm [st. C]
1.
2.
3.
4.
5.
6. 23,5
23,5
24
24
24
24 18
18
18
18
18,5
18,7
średnia 23,83 18,2
pb = 989 mbar = 989 hPa = 98900 Pa
tS,śr = 23,83 [st. C] = 296,98 [K]
tm,śr = 18,2 [st. C] = 291,35 [K]
pss = 4,2 [kpa] (odczytane z wykresu)
psm = 3,2 [kpa] (odczytane z wykresu)
v = 0,5 [m/s]
A = (65+6,75/v)*10-5 = 0,000785 [1/st. C]
( = {[psm-A(ts-tm)*pb]/pss}*100% =
= [3200-0,000785(296,98-291,35)*98900]/4200=0,6578
Psychrometr Augusta 2:
Lp. ts [st. C] tm [st. C]
1.
2.
3.
4.
5.
6. 23,5
24
24
24
24
24 21
21,5
22
22
22
21,5
średnia 23,91 21,66
pb = 989 mbar = 989 hPa = 98900 Pa
tS,śr = 23,91 [st. C] = 297,06 [K]
tm,śr = 21,66 [st. C] = 294,81 [K]
pss = 4,7 [kpa] (odczytane z wykresu)
psm = 3,3 [kpa] (odczytane z wykresu)
v = 0,5 [m/s]
A = (65+6,75/v)*10-5 = 0,000785 [1/st. C]
( = {[psm-A(ts-tm)*pb]/pss}*100% =
= [3300-0,000785(297,06-294,81)*98900]/4700=0,665
6.Wnioski
Z powyższych obliczeń i badań wynika, że niedokładności w
odczytach na wykresie oraz fakt, że ze względu na niedokładność
wymiany cieplnej termometr mokry wskazuje zawsze temp. wyższą od temp.
zupełnego nasycenia powietrza, powoduje, że tak znaleziona
wilgotność względna obarczona jest pewnym błędem. Podczas badania
wilgotności musimy również uwzględnić temp. otoczenia i ciśnienie,
gdyż od tych dwóch czynników zależy w dużej mierze zgodność
pomiarów. Aby pomiar wilgotności powietrza został wykonany dokładnie
w otoczeniu, w którym dokonuje się pomiaru nie powinno przebywać zbyt
wiele osób, ponieważ może to być związane z podwyższeniem
temperatury.
