Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления

(ФГБОУ ВПО ВСГУТУ)

Кафедра "Автоматизация и электрооборудование промышленных предприятий" реферат.

Методы и приборы для измерения влаги.

Выполнил: студент 289 гр.

Цыренжапов Б.

Проверил: Зубрицкий Э.В.

Улан-Удэ 2012

Гигрометрический способ измерения влажности

Данный способ измерения влажности основан на изменении длины гигроскопических нитей (волос, или синтетических нитей). Использование приборов в основе которых лежит гигрометрический способ измерения ограничено, прежде всего, из-за класса точности, т.к точность таких измерений составляет около ±5% относительной влажности.

Психрометрический способ измерения влажности

Этот способ измерений основан на физическом эффекте охлаждения при процессах испарения. Один термометр считывает температуру окружающего воздуха, а другой - считывает температуру влажного термометра. Термометр (считывающий температуру окружающего воздуха) увлажнен хлопковой тканью и обдувается воздухом со скоростью от 2 до 3 м/с. Испарение охлаждает термометр, и при наступлении состояния равновесия, влажность подсчитывается по показаниям сухого и влажного термометра. Степень точности 1% относительной влажности достигается при использовании точных термометров, а также, при условии аккуратного обслуживания оборудования.

Зеркало точки росы

При этом способе измерений, используется поверхность с металлическим напылением, которая охлаждается до температуры, при которой из воздуха начинает выпадать росы. Измеренная температура в этой точке, соответствует температуре точки росы. Ориентируясь на температуру окружающего воздуха, можно рассчитать влажность. При таком способе измерений может быть достигнута точность 1% относительной влажности.

Рассмотренные способы: зеркало точки росы и психрометрический - являются достаточно точными, но в то же время являются дорогими и сложными в плане технического исполнения.

ТЕПЛОВЫЕ ВЛАГОМЕРЫ

Тепловые влагомеры газов основаны на использовании зависи­мостей между температурой чувствительного элемента 'измеритель­ного преобразователя влажности и содержанием водяного пара в анализируемой среде, т. е. выходной сигнал гигрометра зависит от тепловых явлений, протекающих в этой среде. В пищевой промыш­ленности широко применяются психрометрические и конденсацион­ные (по точке росы) влагомеры, обеспечивающие точность измере­ния до ±2%.

Психрометрические влагомеры

• Психрометрический метод является наиболее распространен­ным, основан он на использовании зависимости между упругостью водяного пэра в газовой среде и показаниями сухого и влажного термометров, помещенных в эту среду.

Таким образом, для измерения психрометрического эффекта в анализируемую среду помещаются два Одинаковых термометра, у одного из которых — влажного — тепловосприпимающая часть Тзсе чрёмя должна быть влажной, что обеспечивается соприкосновением «го с гигроскрпичсс-ким телом (фи­тилем)-, всасывающим воду из спе­циального сосуда.

При испарении влаги с поверх­ности влажного термометра тем­пература его понижается. В ре­зультате между сухим и влажным термометрами возникает разность температур (г_с—г_в), которая на­зывается психрометрической раз­ностью.

Психрометрический коэффициепт Л определяется эмпирически и зависит от многих, факторов, обусловливающих, тепло- и массообмен влажного чувствительного элемента психрометра с окружаю­щей средой, в той числе от его размеров и формы, вида и состоя- .

ния смачивающего фитиля, теплопроводности защитной оболочки и др. Из внешних условий, определяющих работу психрометра, наиболшее значение имеет скорость воздуха или газа, омывающего его чувствительный элемент. С ростом скорости усиливается испа­рение и уменьшается искажающее влияние притока теплоты от ра­диации и теплопроводности. В связи с этим в чувствительных элементах современных психрометров предусмотрены устройства для искусственного обдува со скоростью воздуха не ниже 3—4 м/с.

Простейший психрометр состоит из двух одинаковых жидкост­ных стеклянных палочных термометров, расположенных рядом. Баллончик с рабочей Жидкостью одного из термометров тюкдывается тканью, конец которой опускается в резервуар с водой. «Таким образом, баллончик этого термометра всегда находится во влаж­ном состоянии. На основании показаний обоих термометров по со­ответствующим таблицам определяется влажность воздуха или газа.

'''Психрометрический метод положен в основу построения ряда автоматических промышленных приборов, предназначенных для непрерывного ^измерения влажности воздуха и газов. Наиболее рас­пространенными приборами этой группы являются электрические психрометры. Принципиально они аналогичны психрометрам, в ко­торых используются два стеклянных термометра, но отличаются от

Рис. XV.!. Принципиальная электри­ческая схема автоматического психрометра с термопреобразователями со­противления для определения температуры в них .применяются термоэлектрические преобразователи температуры, термопреобразователи сопротивления или полупроводниковые термосопротивления^. Существует много схем электрических психрометров, различающихся по типу чувствительного элемента, способу включения, изме­рительной схеме, конструктивным особенностям "системы смачива­ния влажного термометра и др. На рис. ХУЛ представлена одна из принципиальных электрических схем измерения психрометрической разности температур. Измерительная часть ее состоит из двух мос­тов переменного тока / и //, имеющих два общих плеча $1 и КЗ, а также плечо К2 (мост./)' и плечо К4 (мост II). В соответствующие плечи включаются сухой и влажный термометры Я₀ и ^в- В диаго­наль моста, // включен резистор К5.~

Разность потенциалов между 'точками а и & прямо пропорцио­нальна температуре сухого термометра К_с,' а между точками а а с — влажного К_в- Йри- изменении влажности падение напряжения между точками с=и и (движок компенсационного переменного ре­зистора), соответствующее разности температур сухого и влажно­го термометров, подается на электронный усилитель 1, где усили­вается и управляет движением реверсивного двигателя 2, который производит перестановку двнжка компенсационного переменного резистора до тех пор, пока не наступит новое разновесное состоя­ние моста. Одновременно реверсивный двигатель производит пере­становку стрелки измерительного прибора 3. с. Конденсационный метод измерения влажности газов, или метод точки росы, основан на использовании следующей зависимости: '

где Е, —упругость насыщенного пара при температуре точки росы т, Па; и — * упругость насыщенного пара при температуре I, ПаЛ^

Таким образом, зная температуру точки росы т я. температуру исследуемого"- газа /, можно определить его относительную влажность. Метод точки росы обладает существенным достоинством, так как позволяет измерять влажность практически при любых давлениях газов (до 10—15 МПа и выше). Измерение влажности по этому методу сводится, по существу, к измерению температуры." Момент-насыщения в современных конденсационных влагоме­рах, или влагомерах точки росы, определяется визуально или с по­мощью фотоэлектрических элементов по изменению интенсивности. отраженного от поверхности конденсации светового потока в мо­мент выпадения линзообразных зародышей жидкой" фазы — капель росы. •^""одном из типов автоматического влагомера (рис^ХУ.2) изме-

. ренете точки росы производится следующим образом. Плоская не сорбирующая влагу площадка конденсации 2 освещается от осве­тителя / и при этом постоянно охлаждается с помощью элемента

268б холодильника 7. Пока площадка конденсации сухая, световой поток отражается от нее и попадает на фотосопротивление 3, Ког­да температура площадки конденсации при охлаждении достигнет температуры конденсации воды и покроется пленкой конденсата, световой поток рассеется, что вызовет появление на входе усилите­ля 4 сигнала разбаланса. Сигнал через исполнительное устройство 5 и релейный блок 6 включит холодильник 7 на уменьшение подачи хладагента па охлаждающий элемент'. . Слой конденсата на пло­щадке конденсации 2 испарится, све­товой поток перестанет рассеиваться, и на фотосопротивление снова будет падать световой поток, т. е. цикл, описан­ный выше, будет повторяться и т. д. Таким образом, температура площадки, конденсации поддерживается на уров­не появления конденсата, которая и является точкой росы в газовой среде. Температура точки росы измеряется с помощью термочувствительного уст­ройства-, например термоэлектричсского преобразователя температуры 9 и измерительного прибора 10. .

Для обнаружения момента конден­сации влаги на площадке конденсации используются различные методы: опти­ческий, кондуктометрический, диэлькометрический и др. Охлаждение площадки конденсации осуществля­ется хладагентом, как изложено выше; с помощью вихревых трубок Репко—Хилша; применением термоэлектрического эффекта Пельтьеидр,

Точность измерения температуры точки росы +0,2°С при дна? пазоне изменения температуры точки росы 0—17° Ё.]

Зависимость между давлением насыщения и температурой изу­чена достаточно подробно, .поэтому информация о влагосодержании, полученная с ее помощью, не нуждается в корректировке и может быть выражена в любых единицах влажности. Однако в работе су­ществующих конденсационных гигрометров наблюдаются отклоне­ния от этой зависимости, обусловленные наличием градиента тем­пературы между исследуемым газом и охлаждающей поверхностью,

В настоящее время разработаны полупроводниковые измери­тельные преобразователи точки росы, чувствительный элемент ко­торых представляет собой, кремниевую пластинку, в центре кото­рой размещен «л—р—п»-транзистор для измерения температуры пластинки путем измерения напряжения от базы к эмиттеру. .Тран­зистор окружен алюминиевыми, проводниками, нанесенными на слой окиси кремний толщиной I мкм и служащими конденсаторами емкостью около 20 пФ. Пластинка смонтирована на специальном полупроводниковом охлаждающем устройстве. Точка росы измеря­ется в тот момент, когда при понижения температуры пластинки

на ней конденсируется влага из окружающей газовой среды и ем­кость конденсатора повышается до 40—80 пФ. •