1

ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА

Аннотация: влажность воздуха



один из важнейших показателей мик-

роклимата

помещения,

подлежащего

оценке

при

проведении

санитарно-

гигиенических исследований. В статье освещается понятие влажности воздуха,

раскрывается значение терминов «абсолютная влажность воздуха», «относи-

тельная влажность воздуха», «максимальная влажность воздуха». Особое вни-

мание уделяется приборам, позволяющим измерять влажность воздуха.

Ключевые

слова:

влажность

воздуха,

гигрометры,

психрометры,

тер-

могигрометр.

Под влажностью воздуха понимается содержание в воздухе водяного пара.

Различают абсолютную, максимальную и относительную влажность (табл.1).

Таблица 1

Понятия, характеризующие влажность воздуха

Понятие

Обозначение

Содержание

Абсолютная

влажность

А

упругость водяных паров, находящихся в момент ис-

следования в воздухе, выраженная в миллиметрах ртут-

ного столба, или массовое количество водяных паров,

находящихся в 1 кубическом метре воздуха, выражен-

ное в граммах

Максимальная

влажность

F

упругость

или

масса

водяных

паров,

которые

могут

насытить 1 кубический метр воздуха при данной темпе-

ратуре

Относительная

влажность

R

отношение

абсолютной

влажности

к

максимальной,

выраженное в процентах: R = 100 ∙ A / R

Существуют различные методы определения влажности воздуха, которые

подразделяются на прямые и косвенные. Приборы, предназначенные для опре-

деления влажности воздуха, называют гигрометрами.

Термогигрометр

представляет

собой

достаточно

сложное

устройство,

позволяющее измерить не только влажность воздуха, но и температуру воздуха

в помещении. Термогигрометр отражает показания о состоянии температуры и

влажности, зафиксированные с разных точек: непосредственно с места, где

2

установлен данный прибор, и с точки, где установлен его датчик. Устройство

синхронизирует показания, полученные с разных точек в помещении, и на ос-

нове этого предоставляет результаты проверки уровня влажности и измерения

температуры.

Существуют проводные и беспроводные модели термогигрометров. По-

казатели выводятся в диапазоне от – 50 до +70 градусов Цельсия, от 0 до 90%

влажности. Термогигрометры играют важную роль в обеспечения контроля

функционирования климатических систем в помещениях различного назначе-

ния: в медицинских учреждениях, залах кинотеатров, музеев, библиотек и т.д.

Также термогигрометры используются при настройке систем кондиционирова-

ния и вентиляции. В настоящее время разработаны и применяются разнообраз-

ные модели термогигрометров



как стрелочных, так и цифровых (рис. 1).

Рис. 1. Современные модели термогигрометров

Психрометр, или психрометрический гигрометр, состоит из двух термо-

метров. Один называется сухим и измеряет температуру воздуха. Второй назы-

вают увлажненным, т.к. он обернут тканевым фитилем, погруженным в сосуд с

водой. Этот термометр показывает температуру влажности фитиля. Показатели

влажности выводятся в результате испарения влаги. Чем меньше значение

3

влажности в помещении, тем интенсивнее испаряется влага. Психрометриче-

ская формула, позволяющая определить упругость водяного пара по показани-

ям сухого и влажного термометров, имеет вид

e = E



A ∙ P ∙ (t



t

c

) ,

где e



упругость водяного пара находящегося в воздухе; E



максимально

возможная упругость водного пара при температуре t

c

смоченного термометра;

t



температура воздуха; А



коэффициент, зависящий от устройства термо-

метра и скорости прохождения воздуха возле резервуара термометра; P



дав-

ление воздуха.

Различают следующие основные виды психрометров: стационарный, ас-

пирационный, дистанционный.

Стационарный психрометр (психрометр Августа) состоит из двух термо-

метров, укрепленных на специальном штативе. Первые модели психрометра

Августа представлены на рис. 2.

Рис. 2. Первые модели психрометра Августа

В 1828 году немецкий физик Эрнст Фердинанд Август предложил модель

психрометра, состоящего из двух одинаковых термометров, укрепленных на

штативе, и небольшого резервуара для воды. Ртутный шарик одного из термо-

метров («влажного») обернут смоченной тканью, концы которой опущены в со-

суд с дистиллированной водой. Второй термометр остается свободным («су-

хим»). Испарение воды сопровождается понижением температуры



таким об-

разом, смоченный термометр показывает более низкую температуру, нежели

4

сухой. Чем суше воздух, тем больше психрометрическая разность. При 100%-

ной относительной влажности испарение воды с резервуара смоченного термо-

метра прекращается, и его показания становятся такими же, как и показания су-

хого термометра.

Расчет влажности проводят по специальным психометрическим табли-

цам. Образец такой таблицы представлен в табл. 2.

Таблица 2

Психрометрическая таблица

В расчет также вводится поправочный коэффициент. Его необходимость

обусловлена тем, что на показания психрометра Августа влияет скорость дви-

жения воздуха, в связи с чем возникает некоторая погрешность.

Преимуществом психрометра Августа перед другими является простота

конструкции и обслуживания: отсутствует необходимость смачивания ткани

перед каждым определением влажности. Современные модели психрометра

Августа представлены на рис. 3.

Рис. 3. Современные модели стационарных психрометров

В настоящее время станционный психрометр Августа применяют, в ос-

новном, на метеорологических станциях. Устройство помещают в метеороло-

5

гическую будку Селянинова (рис. 4), что обеспечивает свободный обмен возду-

ха возле резервуара с водой и в то же время защищает термометры от неблаго-

приятных внешних воздействий. Однако наличие будки обусловливает недо-

статок такого прибора: показания смоченного термометра зависят от скорости

воздушного потока внутри метеорологической будки.

Рис. 4. Размещение стационарного психрометра внутри метеорологической будки

Аспирационный психрометр

имеет более

сложную

конструкцию,

чем

стационарный. Два одинаковых психрометрических термометра 1 и 2 с резер-

вуарами цилиндрической формы закреплены в оправе, состоящей из трубки 3,

раздваивающейся книзу на две трубочки 5, 6, планок 4 и аспиратора 7. В тру-

бочках 5, 6 имеются еще внутренние трубки 11, 12, в которых помещаются ре-

зервуары термометров. Двойные трубки защищают резервуары от нагревания

солнечными лучами. Для того чтобы тепло от корпуса не передавалось к резер-

вуарам, трубки изолируются от него пластмассовыми кольцами 9, 10. Важной

частью аспиратора является пружина, которую заводят ключом 8 (рис. 5).

Рис. 5. Аспирационный психрометр

6

Аспирационный психрометр подвешивают за железный крюк-подвес 13,

который может быть ввинчен в столб на требуемую высоту. Для смачивания

пользуются резиновой грушей 14 со стеклянной пипеткой 15 и зажимом 16.

В результате работы аспиратора вокруг резервуаров термометров созда-

ется постоянный ток воздуха со скоростью 2 м/с. В связи с этим показания ас-

пирационного психрометра не зависят от скорости ветра. Данный вид психро-

метра является наиболее точным и надежным прибором для измерения темпе-

ратуры и влажности воздуха в полевых условиях. Однако и он не лишен недо-

статков, к которым относятся хрупкость термометров и невозможность прове-

дения дистанционного контроля.

В целях устранения указанных недостатков были разработаны модели ди-

станционных психрометров. Для измерения влажности в дистанционном пси-

хрометре используются термометры сопротивления, термопары, термисторы.

Двумя основными типами дистанционных психрометров являются манометри-

ческие и электрические психрометры.

В качестве манометрического используют либо двухканальный маномет-

рический термометр, либо два одноканальных, с устройством системы увлаж-

нения для одного из термобаллонов. В качестве обязательного условия надеж-

ности показаний выступает использование аналогичных характеристик сухого

и смоченного преобразователей температуры (рис. 6).

Рис. 6. Внешний вид и схема устройства манометрического психрометра:

1



пружина манометрическая; 2



стрелка; 3



ось; 4



передаточный

механизм; 5



капилляр; 6



термобаллон

Следует сказать также о волосном и пленочном гигрометрах, применяе-

мых для оценки влажности воздуха.

7

Действие волосного (волосяного) гигрометра основано на свойстве син-

тетического обезжиренного волоса изменять свою длину в зависимости от

влажности воздуха. Волос натягивается между пружинкой и концом стрелки

(рис. 7). Колебание волоса приводит в движение стрелку на циферблате, отра-

жая состояние воздуха. Широкий диапазон измеряемой влажности от 0 до 100%

свидетельствует о точности показаний волосного гигрометра, отличающегося

простотой в обращении.

Рис. 7. Волосной гигрометр: общий вид и схема устройства

Пленочный гигрометр включает чувствительный элемент из органиче-

ской пленки. Данный материал имеет свойство растягиваться либо сжиматься в

зависимости от состояния влажности воздуха. Показатели выводятся на цифер-

блат при изменении положения центра пленочного чувствительного элемента

(рис. 8).

Рис. 8. Устройство пленочного гигрометра:

1



мембрана; 2



стрелка; 3



шкала

В современных автоматических психрометрах применяются преимуще-

ственно измерительные схемы, содержащие два термометрических датчика в

8

сочетании с автоматическими регистрирующими приборами (электронные мо-

сты и потенциометры). Электронный психрометр представляет собой измери-

тельный самопишущий прибор, на входе которого включен мост сопротивле-

ний. В одно из плеч моста включен датчик, сопротивление которого изменяется

в зависимости от относительной влажности контролируемой среды. Измери-

тельная схема одной из подобных моделей психрометров включает два моста,

имеющие одну общую точку и самостоятельные источники питания (рис. 7).

Рис. 7. Измерительная схема психрометра с термометрами сопротивления

и шкалой в единицах относительной влажности

В данной схеме плечом моста I является сухой термометр сопротивления,

а плечом моста II



влажный термометр. При соответствующем подборе посто-

янных сопротивлений, входящих в остальные плечи мостов I и II, шкалу можно

отградуировать в процентах относительной влажности.

Существуют и иные разновидности гигрометров



например, весовой,

конденсационный и др. Измерение влажности воздуха в помещении произво-

дится во избежание проблем, связанные с повышенной сухостью воздуха или

наоборот, влажностью. При высокой температуре воздуха, когда теплоотдача

путем излучения и проведения затруднена или имеется тепловосприятие, высо-

кая влажность воздуха обусловливает перегревание организма. Условия дли-

тельного пребывания людей в помещении с повышенной влажностью воздуха и

низкой температурой служат причиной переохлаждения, снижения сопротивля-

емости организма, способствуют учащению таких заболеваний, как артрит,

невралгия, невроз, нефрит и др.

Таким образом, осведомленность о состоянии влажности воздуха на ос-

нове измерения данного показателя позволяет избежать многих неприятных и

9

опасных последствий для здоровья. Именно для этого существуют и применя-

ются приборы для измерения влажности.