ჰაერის (და სხვა გაზების) ტენიანობის საზომი ფართოდ გამოყენებული ინსტრუმენტი არის კონდენსაციის ჰიგირომეტრი. მისი მოქმედების პრინციპია ტემპერატურის გაზომვა, რომელსაც ეწოდება ნამის წერტილი, საიდანაც იწყება ჰაერიდან ტენიანობის კონდენსაცია.
რა არის ჰაერის ტენიანობა
ჰიგირომეტრი ზომავს ჰაერის ტენიანობას, რომელიც შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც აბსოლუტური ან ფარდობითი მნიშვნელობა. პირველი მათგანი იძლევა უბრალოდ წყლის ორთქლის მასას 1 კუბურ მეტრში. მ ჰაერი მოცემულ ტემპერატურაზე. მაგრამ მეორე გვიჩვენებს, თუ რამდენად ახლოს არის ჰაერში წყლის ორთქლი გაჯერების მდგომარეობასთან, ანუ დინამიურ წონასწორობასთან მის თხევად ფაზასთან - როდესაც არ არის არც აორთქლება და არც კონდენსაცია. ის უდრის ჰაერის გაზომილი აბსოლუტური ტენიანობის თანაფარდობას გაჯერების მდგომარეობაში მის აბსოლუტურ ტენიანობასთან. როდესაც ჰაერში წყლის ორთქლი გაჯერებულია (ისევ მოცემულ ტემპერატურაზე), ამ ჰაერის ფარდობითი ტენიანობა 100%-ია. უჯერი წყლის ორთქლის მქონე ჰაერში, შესაბამისად, ნაკლებია.
როგორ მუშაობს კონდენსაციის ჰიგირომეტრი
ნებისმიერი მოწყობილობის მუშაობის პრინციპი ჰაერის ტენიანობის დასადგენად, როგორც წესი, არის სხვა სიდიდის გაზომვა, როგორიცაა ტემპერატურა, წნევა, მასა ან მექანიკური და ელექტრული ცვლილებები ნივთიერების, რომელიც შთანთქავს ტენიანობას.. შესაბამისი დაკალიბრებითა და გაანგარიშებით, ამ გაზომილმა მნიშვნელობებმა შეიძლება გამოიწვიოს აბსოლუტური ან ფარდობითი ტენიანობის განსაზღვრა. ამ პროცესში ძალიან მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ტემპერატურა, რომლის დროსაც ხდება ორთქლის გაჯერება, რომელსაც ეწოდება ნამის წერტილი. როგორც წესი, ჰაერის ტენიანობის განმსაზღვრელი თანამედროვე ელექტრონული მოწყობილობები ზომავენ ამ ტემპერატურას ან სხვადასხვა შთამნთქმელი ნივთიერების ელექტრული ტევადობის ან წინააღმდეგობის ცვლილებას, რომლებიც შემდეგ გარდაიქმნება (ავტომატურად) ტენიანობის ინდიკატორებად..
კონდენსაციის ჰიგირომეტრი მოწყობილობა
მისი ნამუშევარი ეფუძნება ზუსტად ჰაერში წყლის ორთქლის გაზომვას ნამის წერტილის მეთოდით. ეს მეთოდი გულისხმობს ზედაპირის გაციებას, როგორც წესი, ლითონის სარკეს, ტემპერატურამდე, რომლის დროსაც სარკის ზედაპირზე არსებული წყალი წონასწორობაშია წყლის ორთქლის წნევასთან, ნიმუშის გაზში ზედაპირის ზემოთ. ამ ტემპერატურაზე წყლის მასა სარკის ზედაპირზე არც იზრდება (თუ ზედაპირი ძალიან ცივია) და არც მცირდება (თუ ზედაპირი ძალიან თბილია), ანუ სარკის ზემოთ ორთქლი დინამიურ წონასწორობაშია წყლის კონდენსატთან. სარკე (ორთქლი გაჯერებულია).
ეს სარკე დამზადებულია კარგი თბოგამტარობის მასალისგან (როგორიცაა ვერცხლი ან სპილენძი) დამოოქროვილი ინერტული მეტალით, როგორიცაა ირიდიუმი, რუბიდიუმი, ნიკელი ან ოქრო, რათა თავიდან აიცილოს დაბინძურება და დაჟანგვა. სარკე გაგრილდება თერმოელექტრული გამაგრილებით (პელტიეს ეფექტი) კონდენსატის წარმოქმნამდე. სინათლის სხივი, როგორც წესი, მყარი მდგომარეობის ფართოზოლოვანი სინათლის გამოსხივების დიოდიდან, მიმართულია სარკის ზედაპირზე და ფოტოდეტექტორი აკონტროლებს ასახულ შუქს, რომლის დინება მაქსიმალურია, როდესაც სარკეზე არ არის კონდენსაცია.
ბავშვის სარკის ჰიგირომეტრის მუშაობის მეთოდი
როდესაც სარკის სარკის ზედაპირზე ნამის წვეთები წარმოიქმნება, არეკლილი სინათლე იფანტება. ამ შემთხვევაში, ფოტოდეტექტორში შემავალი მისი ნაკადი მცირდება, რაც იწვევს ამ უკანასკნელის გამომავალი სიგნალის ცვლილებას. ეს, თავის მხრივ, კონტროლდება ანალოგური ან ციფრული თერმოელექტრული გამაგრილებლის კონტროლის სისტემით, რომელიც ინარჩუნებს სარკის სტაბილურ ტემპერატურას ნამის წერტილში. სწორად შემუშავებული სისტემით სარკე ინახება ტემპერატურაზე, სადაც კონდენსაციის სიჩქარე ზუსტად უდრის ნამის ფენის აორთქლების სიჩქარეს. სარკეში დამონტაჟებული ზუსტი მინიატურული პლატინის წინააღმდეგობის თერმომეტრი (PRT) ზომავს მის ტემპერატურას იმ წერტილში, რომელიც ავტომატურად გარდაიქმნება ტენიანობის მაჩვენებლად.
განხილული დიზაინის ჰაერის ტენიანობის საზომი ჰიგირომეტრი ასევე მოიცავს ვაკუუმურ ტუმბოს გაზის გაანალიზებულ ნაწილში დასატუმბავად და დამატებით ფილტრაციის ელემენტებს ჭუჭყიან პირობებში.
განხილული ჰიგირომეტრების უპირატესობები
ასეთი ინსტრუმენტები, მოქმედების მარტივ პრინციპზე დაფუძნებული, გაზომვის ფართო დიაპაზონით, მაღალი სიზუსტით და სტაბილური წაკითხვით, ფართოდ გამოიყენება ინდუსტრიაში და სამეცნიერო კვლევებში. ტიპიური ნამის წერტილის ჰიგირომეტრი, ტენიანობის მრავალი სხვა სენსორისგან განსხვავებით, შეიძლება იყოს ძალიან სტაბილური, პრაქტიკულად აცვიათ მდგრადი, რაც ამცირებს ხელახალი კალიბრაციის საჭიროებას. ნამის წერტილის ტენიანობის ჰიგირომეტრს შეუძლია გაზომოს ნამის წერტილი ტემპერატურის დიაპაზონში 100 °C-დან მინიმუმ -70 °C-მდე. ამ შემთხვევაში, გაზომვის სიზუსტე არის მეათედი ხარისხის.
განხილული დიზაინის ბევრი ჰიგირომეტრი აღჭურვილია მიკროპროცესორული კონტროლით და რეზისტენტული ტემპერატურის სენსორთან ერთად, შეუძლია გამოთვალოს და აჩვენოს გარე ინდიკატორზე ნებისმიერი სასურველი ტენიანობის პარამეტრი ნამის წერტილის გარდა ან ნაცვლად. გარდა ამისა, ეს მოწყობილობები იძლევა შედეგების გადაცემის საშუალებას უკაბელო ტექნოლოგიის გამოყენებით. ბუნებრივია, ასეთი მოწყობილობები ფართოდ გამოიყენება, როგორც სხვადასხვა სამრეწველო სისტემების ნაწილი მონაცემთა ავტომატური შეგროვებისა და შესაბამისი ტექნიკური პროცესების კონტროლისთვის.
რა ღირს ასეთი ჰიგირომეტრი? მისი ფასი, რა თქმა უნდა, განისაზღვრება ძირითადად განხორციელებული ფუნქციების სიმრავლით, რაც დამოკიდებულია მოწყობილობის ელექტრონული კონტროლის სისტემის ხელმისაწვდომობასა და სირთულეზე. ასე რომ, სტაციონარული კონდენსაციის ჰიგირომეტრი, რომელიც ჰგავს ციფრულ ოსცილოსკოპს, ღირს მინიმუმ $4000. განსაკუთრებით „მოწინავე“მოდელების ღირებულება შეიძლება 10000 დოლარზე მეტი იყოს. ბაზარზეასევე შეგიძლიათ იპოვოთ სრულად ფუნქციონალური პორტატული ჰიგირომეტრი. მისი ფასი 1-დან 2 ათას დოლარამდეა.
კონდენსაციის ჰიგირომეტრების უარყოფითი მხარეები
მიუხედავად იმისა, რომ ჰიგირომეტრების განხილული სისტემა ითვლება ყველაზე ეფექტურად გაზომვის პროცესში, მისი მინუსი არის საზომი ბილიკის ნაწილების გარდაუვალი დაბინძურება ოპერაციის დროს.
გაციებული სარკეებით აღჭურვილი ჰიგირომეტრები გაზრდის გაზომვის უზუსტობებს სარკეზე დეპონირებული ხსნადი და უხსნადი დამაბინძურებლების არსებობის გამო. უხსნადი ნაწილაკები გავლენას ახდენენ სარკის ოპტიკურ მახასიათებლებზე. ზომიერი მტვერი ან სარკეზე უხსნადი ნაწილაკების გამოჩენა უზრუნველყოფს კონცენტრაციის ცენტრებს, რომლებზეც შეიძლება წარმოიქმნას ნამი ან ყინვა, რითაც იზრდება მოწყობილობის რეაგირების დრო. ხსნადი მინარევები გავლენას ახდენს სარკეზე შედედებული ტენიანობის ორთქლის წნევის რაოდენობაზე, რაც ცვლის ნამის წერტილს. თანამედროვე საზომი ჰიგირომეტრები (ყოველ შემთხვევაში მათი უფრო დახვეწილი მოდელები) შეიცავს "თვითტესტირების" ფუნქციებს, რომლებიც საშუალებას აძლევს მოწყობილობას აღმოაჩინოს და უპასუხოს დაბინძურებას ტენიანობის გამოთვლის ალგორითმებში შესაბამისი კორექტირებით.
ამ შესაძლებლობების მიუხედავად, პრაქტიკულად ყველა ჰიგირომეტრი პერიოდულად უნდა შემოწმდეს და გაიწმინდოს.
გაციებული სარკის ჰიგირომეტრების მოვლა
რას ურჩევს ინსტრუქციის სახელმძღვანელო ამ თვალსაზრისით მოწყობილობის მომხმარებელს. ჭუჭყის მიმართ მგრძნობიარე ჰიგირომეტრი უნდა იყოსპერიოდულად გაიწმინდოს გაზომვის შედეგების სტაბილურობის უზრუნველსაყოფად, თუმცა ამან შეიძლება გაზარდოს მისი შენარჩუნების ღირებულება. ხელსაწყოს სარკის შემოწმება ჩვეულებრივ ხდება ჩაშენებული მიკროსკოპის გამოყენებით, ხოლო მისი მოვლა ხელით ხდება საზომი განყოფილების გახსნის შემდეგ.
თუ სარკის ზედაპირის გაწმენდა ხორციელდება მისი მუშაობის ინსტრუქციებში მოთხოვნილი სიხშირით, მაშინ ამ გზით შესაძლებელია გაზომვების სიზუსტის შენარჩუნება. სარკის ზედაპირზე მოსახერხებელი წვდომა დასუფთავებისთვის, როგორც წესი, უზრუნველყოფილია ოპტიკურ კომპონენტებსა და სარკეს შორის არსებული საკინძით. ახლა თქვენ შეგიძლიათ იპოვოთ ნებისმიერი კონდენსაციის ჰიგირომეტრი, რომელიც მომხმარებელს სჭირდება. ქვემოთ მოცემულ ფოტოზე ნაჩვენებია მისი შესრულების მაგალითი.
ჰიგირომეტრების გამოყენება მეტროლოგიაში
სათანადოდ შემუშავებული და შენახული გაცივებული სარკისებური ჰიგირომეტრი უზრუნველყოფს ტენიანობის გაზომვას უფრო დიდი სიზუსტით, ვიდრე სხვა პოპულარული ტენიანობის მრიცხველები. მისი თანდაყოლილი გაზომვის სიზუსტე, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც აღჭურვილია პლატინის წინააღმდეგობის თერმომეტრით ტემპერატურის გასაზომად, სარკეთი და საშუალო სიმძლავრის მიკროსკოპით სარკის მონიტორინგისთვის, ხდის მას იდეალურს მეტროლოგიური გაზომვებისთვის. ინფორმაციის გადაცემის შესაძლებლობები უსადენო ციფრული საკომუნიკაციო არხებით ხსნის ფართო შესაძლებლობებს ასეთი ჰიგირომეტრების გამოყენებისთვის გლობალურ სისტემებში მეტეოროლოგიური ინფორმაციის შეგროვებისა და დამუშავებისთვის.
გამოყენება ქარხნის ლაბორატორიებში და დაბინძურებულ გარემოში
ეს ჰაერის ტენიანობის საზომი იდეალურია მისი აბსოლუტური მნიშვნელობის გასაზომად ქარხნის კლიმატის ლაბორატორიებში. ისინი ხშირად გამოიყენება როგორც მითითებები სხვა ინსტრუმენტების სიზუსტის გასაკონტროლებლად, როგორიცაა ფარდობითი ტენიანობის სენსორები, რომლებიც გამოიყენება გარემოს ტესტირების კამერების გასაკონტროლებლად.
ამ ჰიგირომეტრების მშენებლობაში გამოყენებული მასალების სტაბილურობა, ისევე როგორც მათი განმეორებით გაწმენდის შესაძლებლობა, ინსტრუმენტებს შესაფერისს ხდის ძალიან ხანგრძლივ მომსახურებას გარემოში, სადაც ყველაზე დამაბინძურებლებია კალიბრაციის დაკარგვის გარეშე. შესრულების ეს სტაბილურობა მათ შესაფერისს ხდის გაზის ნაკადებში გამოსაყენებლად, სადაც დამაბინძურებლების მაღალი დონე გაზის ნიმუშებში შეუქცევად ზიანს აყენებს ნაკლებად სტაბილური ტიპის ტენიანობის სენსორებს. მაგალითად, ამ ტიპის ჰიგირომეტრი ფართოდ გამოიყენება ნამის წერტილის გასაკონტროლებლად ლითონის პროდუქტების ზედაპირების სითბოს გამკვრივების დროს ჰაერის გარემოში სპეციალური მინარევებით. ასეთ შემთხვევებში განსაკუთრებით სასურველია სარკესთან წვდომის უზრუნველყოფა გასაწმენდად.
ტენიანობის მგრძნობიარე წარმოება
სპეციალიზებული შეფუთვის პროცესები, რომლებიც საჭიროა ფარმაცევტული საშუალებების, ფილმების, საფარის და სხვა პროდუქტების წარმოებაში, ხშირად კონტროლდება გაცივებული სარკის ჰიგირომეტრებით. ისევ და ისევ, მათ არჩევანზე ამ შემთხვევაში გავლენას ახდენს გაზომვის სიზუსტის სტაბილურობა და ხანგრძლივი მომსახურების ვადა. უფრო მეტიც, ვინაიდან ეს პროცესები ნაკლებად მგრძნობიარეაინსტრუმენტის ხარჯები, ამ ჰიგირომეტრების მაღალი ღირებულება არ არის განმსაზღვრელი ფაქტორი ტენიანობის მონიტორინგის სქემის არჩევისას.
მაღალი ტემპერატურის აირები და მათი ნამის წერტილები
ამ ტიპის ჰიგირომეტრს ხშირად ირჩევენ ნამის წერტილის ტემპერატურის გასაზომად გარემოს ტემპერატურაზე მაღალი. გაცივებული სარკის ინსტრუმენტები გამოიყენებოდა ჯერ კიდევ 1966 წელს Apollo რაკეტის წყალბადის საწვავის უჯრედების მონიტორინგისთვის, რომლებიც მუშაობდნენ 250°C და 700 psi. დღევანდელი თერმოელექტრული სარკის გაგრილების ტექნოლოგიებით, ნამის წერტილები 100 °C-მდე (და უფრო მაღალი, ატმოსფერულ წნევაზე მაღალი წნევის გათვალისწინებით) ადვილად იზომება. ასეთ შემთხვევაში, ჰიგირომეტრის საზომი კამერის ყველა ზედაპირს, რომელიც კონტაქტშია აირის ნიმუშთან, უნდა ჰქონდეს ტემპერატურა უმაღლეს მოსალოდნელ ნამის წერტილზე, წინააღმდეგ შემთხვევაში ამ ზედაპირებზე მოხდება კონდენსაცია და გაზომვა იქნება არასწორი.
ჰიგირომეტრებში, რომლებიც შექმნილია მაღალი ტემპერატურის აირების ნამის წერტილის გასაზომად, ჩვეულებრივი პრაქტიკაა თერმოსტატული კონტროლირებადი ელექტრო გამათბობლების გამოყენება საზომი კამერის კედლების შესანარჩუნებლად ყველაზე მოსალოდნელ ნამის წერტილებზე მაღლა. მყარი მდგომარეობის ოპტიკური კომპონენტები, როგორიცაა LED-ები და დეტექტორები, ინახება ნომინალურ სამუშაო ტემპერატურაზე (ჩვეულებრივ 85°C), რათა თავიდან იქნას აცილებული ჰიგირომეტრის დეგრადაცია და დაზიანება. ამის მიღწევა შესაძლებელია ამ კომპონენტების თერმული იზოლაციით გახურებული საზომი კამერიდან.
