Psykrometer

Psykrometer ( annan grekisk ψυχρός - kall) också. Psykrometrisk hygrometer - en anordning som innehåller torra och våta termometrar för att indirekt mäta luftfuktigheten hos gaser , främst luft , genom att sänka temperaturen på ett fuktat fast ämne - en temperatursensor ; gasfuktighet beräknas med hjälp av en psykrometrisk formel av temperaturskillnaden mellan torra och våta termometrar [1] .

Hur det fungerar

Avdunstning av vatten leder till att det svalnar, ju högre, desto lägre är luftfuktigheten i kontakt med vatten. Genom skillnaden i lufttemperaturer (kallad torr bulb-temperatur i psykrometri ) och ytskiktet av vatten (kallad våt bulb-temperatur , eller wet bulb-temperatur [2] eller våt bulb-temperatur [3] ) kan luftfuktigheten bestämmas. I det här fallet är det nödvändigt att ta hänsyn till det faktum att den förångade fukten förblir i närheten av temperatursensorn (till exempel kolven på en våt vätsketermometer ), vilket lokalt ökar luftfuktigheten där. För att eliminera denna effekt, vid mätning av luftfuktighet , används aspiration , genom att blåsa termometrarna med den analyserade gasen (luft) [4] .

Relativ luftfuktighet , % , reflekterar graden av luftmättnad med vattenånga och är per definition lika med [5] [6] [7] [8] $\varphi$

{\displaystyle \varphi \equiv 100{\frac {d}{d_{s))))

var är luftens absoluta fuktighet ( partiell densitet av vattenånga i fuktig luft [9] [10] , masskoncentration av vattenånga i luften [11] [12] ) vid torr kolvtemperatur ; - den högsta uppnåbara absoluta luftfuktigheten, det vill säga densiteten av mättad vattenånga vid temperatur [8] . $d$ $t$ ${\displaystyle d_{s))$ $t$

Om man betraktar vattenånga som en idealgas , kan densitetsförhållandet ersättas med tryckförhållandet [9] [13] [14] och en ofta använd ungefärlig formel kan erhållas, som praktiskt taget är likvärdig med den föregående [15] [16 ] [8] :

{\displaystyle \varphi =100{\frac {P}{P_{s))))

där är partialtrycket av vattenånga i luft vid en temperatur av ; är trycket för mättad vattenånga vid denna temperatur. Värdet för relativ luftfuktighet kan variera från 0 för torr luft till 100 % för mättad luft. $P$ $t$ ${\displaystyle P_{s))$

För att beräkna luftens absoluta fuktighet används Regnaults formel [6]

d=d_{w}-\alpha \cdot B\left(t-t_{w}\right)

varifrån uttrycket för relativ luftfuktighet med temperatur följer: $t$

\varphi =100\left({\frac {d_{w}}{d_{s}}}-\alpha \cdot B{\frac {t-t_{w}}{d_{s}}} \höger)

Här och är temperaturerna för de torra respektive våta glödlamporna, °C ; - densiteten av mättad vattenånga vid temperaturen hos en torr termometer, g/m 3 ; - densiteten av mättad vattenånga vid temperaturen för den våta glödlampan, g / m 3 ; — atmosfärstryck , mm Hg. Konst. ; - psykrometrisk koefficient lika med 0,00128 för stillastående luft, 0,0011 för mobil luft och 0,00074 för fri atmosfär [17] . Beroendet av den psykrometriska koefficienten på lufthastigheten , m/s , ges av Zworykin-formeln [18] : $t$ ${\displaystyle t_{w))$ ${\displaystyle d_{s))$ ${\displaystyle d_{w))$ $B$ $\alfa$ $\alfa$ $v$

\alpha =10^{-6}\left(593.1+{\frac {135.1}{\sqrt {v}}}+{\frac {48}{v}}\right)

Eftersom temperaturen på den våta glödlampssensorn är lägre än den omgivande lufttemperaturen, finns det en liten lokal luftrörelse nära den ( ) och den psykrometriska koefficienten går inte till oändlighet, enligt Zworykins formel för , utan är lika med över ändligt värde [18] . $v\neq 0$ $v=0$

Det numeriska värdet för den psykrometriska koefficienten beror på valet av tryckenheter, därför var det i denna artikel, för enhetlighetens skull, nödvändigt att tillämpa en tryckmätningsenhet utanför systemet - mm Hg överallt. Konst. , används i de källor som värdena är lånade från . $\alfa$

Värdena för psykrometriska koefficienter för olika lufthastigheter ges nedan.

Psykrometriska koefficienter för olika lufthastigheter

Lufthastighet, m/s	Värdet på den psykrometriska koefficienten som finns i Medical Encyclopedia [19] / enligt Zworykin-formeln [18]	Funktioner av mikroklimat inomhus / utomhus
0,13	0,00130 / 0,00134	ingen ventilation/lugn
0,16	0,00120 / 0,00123	- / -
0,20	0,00110 / 0,00114	naturlig ventilation utan drag / —
0,30	0,00100 / 0,00100	- / -
0,40	0,00090 / 0,00093	subtil rörelse av luft / till synes brist på vind
0,50	— / 0,00088	- / -
0,60	— / 0,00085	- / -
0,80	0,00080 / 0,00080	- / svag vind
1.00	- / 0,00077	- / -
2.00	- / 0,00071	- / -
2.30	0,00070 / 0,00070	- / måttlig vind
3.00	0,00069 / 0,00069	- / -
4.00	0,00067 / 0,00067	- / stark vind
5.00	— / 0,00066	- / -

För aspirationspsykrometrar, när man beräknar luftens relativa fuktighet, kan Shprung- formeln [20] användas , erhållen från Reno-formeln genom att ersätta värdet på den psykrometriska koefficienten som motsvarar lufthastigheten på 5 m/s in i den . Från Shprung-formeln följer ett uttryck för att beräkna luftens relativa fuktighet vid en specificerad hastighet för dess rörelse:

\varphi =100\left({\frac {d_{w}}{d_{s}}}-0,000662\cdot B{\frac {t-t_{w}}{d_{s}} }\ höger)

Värdena och är hämtade från referenslitteraturen [21] [22] (referensdata indikerar ofta inte vattenångans densitet, utan dess ömsesidiga värde - den specifika volymen [23] [24] [25] [26] av mättad vattenånga), beräknas med hjälp av online-kalkylatorer [27] [28] eller, om man antar att vattenånga är en idealgas , hittas med hjälp av den ideala gasekvationen för tillstånd . I det senare fallet används ett förhållande som relaterar densiteten av mättad vattenånga, g/m 3 , till dess partialtryck, mm Hg. Konst. , och temperatur, °C [29] : ${\displaystyle d_{s))$ ${\displaystyle d_{w))$

d_{w}={\frac {288.97\cdot P_{w}}{273.15+t_{w}}}

d_{s}={\frac {288.97\cdot P_{s}}{273.15+t}}

och partialtryck, mm Hg. Konst. , för lufttemperaturer uttryckta i °С beräknas enligt den modifierade Buck-ekvationen , lånad från artikeln Relativ fuktighet och skiljer sig från det ursprungliga resultatet av Buck [30] som ges i artikeln Relativ fuktighet :

P_{w}=4.5845\exp \left({\frac {t_{w}\left(18.678-{\frac {t_{w)){234.5}}\right)}{257.14+t_{w }}}\höger)

P_{s}=4.5845\exp \left({\frac {t\left(18.678-{\frac {t}{234.5}}\right)}{257.14+t}}\right)

Vid behov, från relativa luftfuktighetsvärden, kan du hitta luftens absoluta luftfuktighet [31] [27] , samt daggpunktstemperaturen med hjälp av en online-kalkylator [32] eller med hjälp av formlerna och tabellen i artikeln Daggpunkt .

Enhet

Augusts enklaste statiska psykrometer [5] [33] [17] består av två identiska alkoholtermometrar placerade på ett avstånd av 4-5 cm [34] [17] från varandra. En termometer är vanlig för att mäta lufttemperatur ( torrtermometer ), och den andra har en befuktningsanordning: en alkoholflaska med en våt (våt) termometer är inlindad med 1-2 lager tyg ( batiste , chiffong , gasväv [33] ) tejp, vars ena ände är i tanken med vatten [35] . Det är tillrådligt att använda destillerat eller, i extrema fall, kokt vatten för att bromsa avsättningen av salter, vilket leder till att tejpens kapillärer sätts igen och att den snabbt torkar. Tygets förmåga att väta termometerkolven påverkas också av luftens dammighet; tyget byts ut eftersom det förlorar sin hygroskopicitet [33] [36] . På grund av kapilläreffekten fuktar tyget kontinuerligt termometerkolven; Den befuktade termometern kyls ner på grund av avdunstning av fukt. Avläsningar av torra och våta termometrar tas och relativ luftfuktighet hittas antingen enligt en psykrometrisk tabell [37] , eller enligt ett nomogram - en psykrometrisk graf (psykrometriskt diagram) [38] [39] , eller med hjälp av en onlineräknare [ 40] . Vid en relativ luftfuktighet på 100 % kommer vattnet inte att avdunsta alls och avläsningarna på båda termometrarna blir desamma [15] . För noggranna mätningar, i händelse av en avvikelse av atmosfärstrycket från det nominella, beaktas antingen en ändring av resultaten från den psykrometriska tabellen [41] eller en beräkning utförs med Regno-formeln. Utformningen av psykrometern kan innefatta en fläkt för att blåsa luft över båda termometrarna. Blåshastigheten är vanligtvis 0,5-2 m/s ; för psykrometrar installerade i luftkanaler kan blåshastigheten nå 8 m/s [36] . Varje psykrometer åtföljs av en psykrometrisk tabell och/eller graf [42] , som tar hänsyn till egenskaperna hos en viss serie instrument och är utformad för att ge de mest tillförlitliga resultaten av mätningar av relativ fuktighet.

Typer av psykrometrar

Moderna icke-hemska psykrometrar kan delas in i tre kategorier: station, aspiration och remote. I stationspsykrometrar är termometrar monterade på ett speciellt stativ i en meteorologisk monter. Den största nackdelen med stationspsykrometrar är beroendet av avläsningarna från den fuktade termometern på hastigheten på luftflödet i båset. Huvudstationens psykrometer är August-psykrometern [43] .

I en aspirationspsykrometer (till exempel Assmans psykrometer [5] [44] [45] [43] ) sitter identiska kvicksilvertermometrar i en speciell nickelpläterad ram som skyddar dem från skador och värmestrålning från omgivande föremål, där de blåses av flödet av testluften med en konstant hastighet av ca 2 m/s på grund av sug (aspiration) av luft med hjälp av en mekanisk eller elektrisk fläkt . Före arbetet fuktas tygtejpen på en våt termometer med destillerat vatten från en speciell pipett med en gummiglödlampa; för långtidsmätningar upprepas befuktningen periodvis [45] . Avläsningar av torra och våta termometrar tas och relativ fuktighet hittas antingen enligt den psykrometriska tabellen [46] , eller enligt den psykrometriska grafen [47] [48] eller nomogram [49] . Världsmeteorologiska organisationen rekommenderar att man använder följande formel [50] , som tar hänsyn till effekten av atmosfärstryck, för att beräkna relativ luftfuktighet baserat på resultaten av mätningar gjorda med Assmann-psykrometern :

\varphi ={\frac {100}{P_{s}}}\left[P_{w}-0.000653\cdot \left(1+0.000944\cdot t_{w}\right)\cdot B\cdot \left(t-t_{w}\right)\right]

Valet av enheter för trycken som ingår i detta uttryck (tryck av mättad vattenånga vid en temperatur av en torr kolv ), (tryck av mättad vattenånga vid en temperatur av en våt kola ) och (atmosfärstryck) är godtyckligt; det är bara viktigt att alla tre kvantiteter som anges ovan uttrycks i samma enheter. ${\displaystyle P_{s))$ $t$ $P_{w}$ ${\displaystyle t_{w))$ $B$

Vid positiv lufttemperatur är en aspirationspsykrometer det mest pålitliga instrumentet för att mäta lufttemperatur och luftfuktighet. I fjärrpsykrometrar används vanligtvis motståndstermometrar som de mest exakta och stabila.

Se även

Anteckningar

↑ RMG 75-2014. Luftfuktighetsmätningar av ämnen. Termer och definitioner, 2015 , sid. 6-7.
↑ Barmasov A. V., Kholmogorov V. E., Allmän fysikkurs för naturanvändare. Molecular Physics and Thermodynamics, 2009 , sid. 427.
↑ Filonenko G.K., Lebedev P.D., Drying plants, 1952 , sid. 214-216.
↑ RMG 75-2014. Luftfuktighetsmätningar av ämnen. Termer och definitioner, 2015 , sid. 7.
↑ 1 2 3 Kochish I. I. et al., Practicum on zoohygiene, 2015 , sid. 21.
↑ 1 2 Kuznetsov A. F. et al., Workshop on veterinary sanitation, zoohygiene and bioecology, 2013 , sid. 23.
↑ Khrustalev B.M. et al., Teknisk termodynamik, del 1, 2004 , sid. 318.
↑ 1 2 3 Baer G.D., Technical thermodynamics, 1977 , sid. 266.
↑ 1 2 Aleshkevich V. A., Molecular Physics, 2016 , sid. 168.
↑ G. D. Baer, Technical thermodynamics, 1977 , sid. 265.
↑ Khrustalev B.M. et al., Teknisk termodynamik, del 1, 2004 , sid. 314.
↑ Alabovsky A. N., Neduzhiy I. A., Technical thermodynamics and heat transfer, 1990 , sid. 75.
↑ Alexandrov N. E. et al., Grunderna i teorin om termiska processer och maskiner, del 1, 2012 , sid. 422.
↑ Alabovsky A. N., Neduzhiy I. A., Technical thermodynamics and heat transfer, 1990 , sid. 76.
↑ 1 2 Myakishev G. Ya et al., Physics. Årskurs 10. Grundnivå, 2014 , sid. 233.
↑ Khrustalev B.M. et al., Teknisk termodynamik, del 1, 2004 , sid. 318, 336.
↑ 1 2 3 Medvedsky V. A., Djurhygien, 2005 , sid. 22.
↑ 1 2 3 Filonenko G.K., Lebedev P.D., Drying installations, 1952 , sid. 214.
↑ Gubernsky Yu. D., Orlova N. S. Psychrometer / Big Medical Encyclopedia i 30 volymer, 3:e upplagan, 1983, vol. 21 . Hämtad 9 juli 2018. Arkiverad från originalet 9 juli 2018. (obestämd)
↑ Kuznetsov A.F. et al., Workshop on veterinary sanitation, zoohygiene and bioecology, 2013 , sid. 25.
↑ Densitet av mättad vattenånga vid olika temperaturer.
↑ Tryck och densitet av mättad vattenånga.
↑ Zelentsov D.V., Technical thermodynamics, 2012 , sid. fyra.
↑ Novikov I.I., Thermodynamics, 2009 , sid. 13.
↑ Murzakov V.V., Fundamentals of technical thermodynamics, 1973 , sid. 13.
↑ Vukalovich M.P., Novikov I.I., Thermodynamics, 1972 , sid. 13.
↑ 1 2 Absolut luftfuktighet och relativ luftfuktighet. Arkiverad 13 juli 2018 på Wayback Machine För mättad ånga, %. $\varphi =100$
↑ Kalkylator: Tabell över egenskaper för mättad ånga efter temperatur. Arkiverad 13 juli 2018 på Wayback Machine Pressure i mmHg abs , specifik volym i m 3 /kg .
↑ Khrustalev B.M. et al., Teknisk termodynamik, del 1, 2004 , sid. 315.
↑ Arden L. Buck. Nya ekvationer för beräkning av ångtryck och förbättringsfaktor . American Meteorological Society (1981). (obestämd)
↑ Konvertera relativ fuktighet till absolut.
↑ Bestämning av daggpunkten. . Hämtad 13 juli 2018. Arkiverad från originalet 13 juli 2018. (obestämd)
↑ 1 2 3 Kuznetsov A.F. et al., Workshop on veterinary sanitation, zoohygiene and bioecology, 2013 , sid. 17.
↑ Kochish I. I. et al., Practicum on zoohygiene, 2015 , sid. 19.
↑ Bukharova G. D., Molecular physics and thermodynamics, 2017 , sid. 89.
↑ 1 2 Filonenko G.K., Lebedev P.D., Drying installations, 1952 , sid. 215.
↑ Psykrometrisk tabell.
↑ Psykrometriskt diagram för Augusts statiska psykrometer och ett barometertryck på 745 mmHg. Konst.
↑ Psykrometriskt nomogram för lugn luft.
↑ Bestämning av luftfuktighet med psykrometrisk metod. Arkiverad 13 juli 2018 på Wayback Machine Online-kalkylatorn.
↑ Blyudov V.P. et al., General Heat Engineering, 1952 , sid. 68.
↑ Medvedsky V.A., Djurhygien, 2005 , sid. 24.
↑ 1 2 Vad är psykrometrar - Big Medical Encyclopedia . bigmeden.ru (9 januari 2011). Hämtad 31 maj 2019. Arkiverad från originalet 8 februari 2012. (ryska)
↑ Kuznetsov A.F. et al., Workshop on veterinary sanitation, zoohygiene and bioecology, 2013 , sid. 16.
↑ 1 2 Medvedsky V. A., Djurhygien, 2005 , sid. 28.
↑ Bestämning av luftens relativa fuktighet enligt avläsningarna från Assmann-psykrometern.
↑ Graf för att bestämma luftens relativa fuktighet med Assmann-psykrometern (vertikal linje - torr bulb temperatur, sned linje - våt bulb temperatur).
↑ Psykrometriskt nomogram för lufthastighet 5 m/s.
↑ Nomogram för att bestämma luftens relativa fuktighet enligt avläsningarna från Assman-psykrometern.
↑ Psykrometriska formler för Assmann-psykrometern/WMO-guiden till meteorologiska instrument och observationsmetoder (WMO-nr. 8, CIMO-guiden, 2014 års upplaga, uppdaterad 2017), s. 163. . Hämtad 13 juli 2018. Arkiverad från originalet 13 juli 2018. (obestämd)

Litteratur

Alabovsky A. N., Neduzhiy I. A. [www.libgen.io/book/index.php?md5=912B109BFC2B21750F57B92F97541760 Teknisk termodynamik och värmeöverföring]. - 3:e uppl., reviderad. och ytterligare - Kiev: Gymnasiet, 1990. - 256 sid. — ISBN 5-11-001997-5 . (inte tillgänglig länk)
Alexandrov N.E., Bogdanov A.I., Kostin K.I. et al . Del I] / Ed. N. I. Prokopenko. - M . : Binom. Kunskapslaboratoriet, 2012. - 561 sid. - ISBN 978-5-9963-0833-0 . (inte tillgänglig länk)
Aleshkevich V. A. Molekylär fysik. - M. : Fizmatlit, 2016. - 308 sid. — (Universitetskurs i allmän fysik). — ISBN 978-5-9221-1696-1 .
Barmasov A.V., Kholmogorov V.E. Molekylär fysik och termodynamik. - St Petersburg. : BHV-Petersburg, 2009. - 500 sid. — (Utbildningslitteratur för universitet). — ISBN 978-5-94157-731-6 . Arkiverad 29 november 2017 på Wayback Machine
Blyudov V.P., Vyrubov D.N., Kornitsky S. Ya et al . S. Ya Kornitsky och Ya. M. Rubinshtein. - 2:a uppl., reviderad. och ytterligare - M. - L .: Gosenergoizdat , 1952. - 520 sid. (inte tillgänglig länk)
Bukharova GD Molekylär fysik och termodynamik. Metod för undervisning. - 2:a uppl. - M. : Yurayt, 2017. - 221 sid. — (Kandidatexamen. Akademisk kurs. Delkurs). - ISBN 978-5-534-01570-6 .
Baer G.D. [download1.libgen.io/ads.php?md5=F54DE2B5B715C97EA3375A180801C390 Teknisk termodynamik]. — M .: Mir , 1977. — 519 sid. (inte tillgänglig länk)
Vukalovich M. P. , Novikov I. I. [www.libgen.io/book/index.php?md5=5A8604DA12A1051E58F7DE541E828E05 Termodynamik]. - M . : Mashinostroenie, 1972. - 671 sid. (inte tillgänglig länk)
Zelentsov D. V. [www.libgen.io/book/index.php?md5=912B109BFC2B21750F57B92F97541760 Teknisk termodynamik]. - Samara: Samara State. arkitekt.-byggnader. un-t, 2012. - 140 sid. — ISBN 978-5-9585-0456-5 . (inte tillgänglig länk)
Kochish I.I., Vinogradov P.N., Volchkova L.A. , Nesterov V.V. — 2:a uppl., rättad. och ytterligare - St Petersburg. : Lan, 2015. - 428 sid. - (Läroböcker för universitet. Speciallitteratur). - ISBN 978-5-8114-1272-3 . (inte tillgänglig länk)
Kuznetsov A.F., Rodin V.I., Svetlichkin V.V. et al . - St Petersburg. : Lan, 2013. - 512 sid. - (Läroböcker för universitet. Speciallitteratur). - ISBN 978-5-8114-1497-0 . (inte tillgänglig länk)
Medvedsky V. A. Djurhygien . Katalog. - Minsk, 2005. - 566 sid.
Murzakov V.V. [www.libgen.io/book/index.php?md5=1520FD674745F5543546798CF4B6211E Grunderna i teknisk termodynamik]. — M .: Energi , 1973. — 304 sid. (inte tillgänglig länk)
Myakishev G. Ya., Bukhovtsev B. B., Sotsky N. N. [download1.libgen.io/ads.php?md5=2DF6FE958DA8202CD5312FF0FCD35F30 Fysik. Årskurs 10. Lärobok för utbildningsorganisationer. Grundnivå] / Ed. prof. N. A. Parfent'eva. - M . : Utbildning, 2014. - 417 sid. - (Klassisk kurs). - ISBN 978-5-09-028225-3 . (inte tillgänglig länk)
Novikov I. I. [www.libgen.io/book/index.php?md5=2684B3A86FCFE2D892518443B7C52CFC Termodynamik]. — 2:a uppl., rättad. - St Petersburg. : Lan, 2009. - 590 sid. - (Läroböcker för universitet. Speciallitteratur). - ISBN 978-5-8114-0987-7 . (inte tillgänglig länk)
Rekommendationer för mellanstatlig standardisering RMG 75-2014. Statligt system för att säkerställa enhetlighet i mätningar. Luftfuktighetsmätningar av ämnen. Termer och definitioner . - M. : Standartinform, 2015. - iv + 16 sid.
Filonenko G.K., Lebedev P.D. [download1.libgen.io/ads.php?md5=A0C8BA65FACBBD98C1D8651EF4FB6955 torktumlare]. - M. - L .: Gosenergoizdat , 1952. - 264 sid. (inte tillgänglig länk)
Khrustalev B.M., Nesenchuk A.P., Romanyuk V.N. [download1.libgen.io/ads.php?md5=A15813EB21990B8C9332AC6CC28179E8 Teknisk termodynamik. I 2 delar. Del 1]. - Minsk: Technoprint, 2004. - 487 sid. — (Kandidatexamen. Akademisk kurs. Delkurs). — ISBN 985-464-547-9 . (inte tillgänglig länk)

Galleri

Assmann aspirationspsykrometer
Schema för Assmann aspirationspsykrometer

Länkar

Meteorologiska instrument och instrument