Вимірювання вологості

Вологість газів, твердих і сипучих матеріалів є одним з найважливіших показників цілого ряду технологічних процесів у хімічній, текстильній, металургійній та інших галузях промисловості.

Вологість газів вимірюється в абсолютних або відносних одиницях. Абсолютна вологість - це маса водяної пари, яка міститься в одиниці об'єму вологого газу (г/м³).

Відносна вологість — відношення кількості водяної пари, що міститься в одному кубічному метрі газової суміші, до максимально можливої кількості пари, що може міститись у цьому ж об'ємі суміші при тій же температурі (%).

Вологість газів характеризують також вологомісткістю - масою водяної пари, віднесеної до маси сухого тіла, г/кг, а також температурою точки роси - температурою, при якій газ стає насиченим водяною парою, що міститься в ньому, °С.

Для вимірювань абсолютної вологості газів використовується кулонометричний метод. Принцип дії кулонометричних гігрометрів оснований на вимірюванні струму електролізу вологи, яка неперервно поглинається з аналізованого вологого газу гігроскопічною речовиною.

На рис.6 показана схема кулонометричного гігрометра для вимірювання вологості газів. Давач гігрометра виконаний у вигляді ізоляційної трубки 1, всередині якої розташовані платинові електроди 2 і 3, виконані у вигляді двох паралельних спіралей, які підключені до джерела постійного струму 5.

Рис. 6 ..- Схема кулонометричного гігрометра

Електроди утворюють спіральний проміжок, який покритий тонкою плівкою з фосфорного ангідриду, який є високоефективним сорбентом і не розкладається під час електролізу. Плівка поглинає вологу із газу, який пропускається через давач зі сталою швидкістю. При цьому опір між платиновими електродами стає меншим, а відповідно зростає струм в колі записуючого приладу 4, згідно записів якого можна зробити висновок про вологість газу.

Вимірювання абсолютної вологості газів методом точки роси полягає у визначенні температури, до якої необхідно охолодити при сталому тискові ненасичений газ, для того, щоб він став насиченим. Якщо додатково виміряти температуру газу, то можна визначити і відносну вологість.

У сучасних дзеркальних гігрометрах точки роси (рис.7) в потоці аналізованого газу розташовують металеве дзеркальце 1, яке охолоджується за допомогою напівпровідникового елемента Пельтьє (термопари 2). На дзеркальце від джерела світла через лінзу спрямовується промінь світла, який, відбившись від нього, через другу лінзу потрапляє на фотоелемент.

Рис.7. Схема автоматичного вологоміра точки роси

Викликаний у фотоелементі струм підсилюється і через регулятор струму (PC) живить елемент Пельтьє. Якщо на дзеркалі відсутня волога, то промінь світла від дзеркала практично повністю відбивається і потрапляє на фотоелемент, викликаючи струм зворотного зв'язку і, відповідно, охолодження дзеркала. Температура дзеркала буде зменшуватися доти, доки на дзеркалі не випаде роса. В цьому випадку на фотоелемент буде потрапляти ослаблений потік світла, струм через елемент Пельтьє буде зменшуватися, а температура дзеркала почне зростати внаслідок нагрівання досліджуваним газом. Це призведе до випаровування роси, збільшення світлового потоку, струму зворотного зв'язку і до охолодження дзеркала. Отже, температура дзеркала буде підтримуватися близькою до температури точки роси, яка вимірюється контактним термоелектричним термометром.

Час встановлення показів такого гігрометра становить декілька секунд. Автоматичні дзеркальні гігрометри точки роси є порівняно дорогими, але їх можна використовувати і при дослідженні вологості агресивних газів. Похибка вимірювання при температурах точки роси вище від 0 °С знаходиться в межах ±0,5 град, а при від'ємних точках роси може досягати декількох градусів.

До недоліків методу точки роси належить складність фіксації моменту випадання роси, залежність температури точки роси від стану поверхні дзеркала тощо.

Для вимірювання відносної вологості газів при додатних температурах (0...100 °С) широко використовується психрометричний метод, оснований на вимірюванні різниці температур t_с та t_M двох термоперетворювачів: сухого, розташованого в досліджуваному газовому середовищі, та мокрого, який змочений водою і знаходиться в термодинамічній рівновазі з навколишнім газовим середовищем. У цьому випадку, чим нижча вологість досліджуваного газу, тим інтенсивніше випаровування з поверхні чутливого елемента мокрого термоперетворювача і тим нижча його температура.

Відносна вологість φ визначається деякою складною функцією різниці чи відношення температур t_c і t_M здебільшого за допомогою психрометричних таблиць.

В автоматичних психрометрах (рис.8) різниця температур вимірюється за допомогою терморезистивних перетворювачів, увімкнених у двомостову компенсаційну вимірювальну схему. Напруга розбалансу кожного з мостів буде пропорційною відповідно температурі t_M та t_c, а різниця цих напруг буде мірою вимірюваної вологості. А оскільки напруга розбалансу двомостового кола автоматично врівноважується спадом напруги на реохорді, то переміщення повзунка реохорда відповідно покажчика відлікового пристрою будуть також мірою вимірювальної вологості, а шкала може бути проградуйована в одиницях вимірюваної величини.

До переваг психрометричного методу вимірювання вологості належить його порівняно висока точність, висока чутливість при температурах вище від 0 °С, до недоліків — зменшення точності і чутливості при низьких температурах, нестабільність функції перетворення (психрометричної сталої), викликана впливом зовнішніх чинників.

Рис.8. Принципова схема двомостового компенсаційного психрометра

Вимірювати вологість твердих і сипучих тіл можна кондуктометричним або діелькометричним (ємнісним) методами.

Кондуктометричний метод оснований на залежності питомої провідності (активного опору), виміряної на постійному струмі, від вмісту вологи. Вимірявши провідність чи опір за допомогою відповідних графіків залежності опору від вологості, визначених попередньо експериментально для різних матеріалів, оцінюють ступінь вологості даного матеріалу. Перевагою методу є висока чутливість, що визначається степеневою залежністю опору від вологості. Однак зміна опору зумовлена великою кількістю чинників, таких, як температура, структура матеріалу, наявність електролітів. Тому кондуктометричний метод використовують лише в лабораторних умовах.

Діелькометричний або ємнісний метод оснований на залежності діелектричних властивостей матеріалу від вологості. Оскільки для сухих речовин діелектрична проникність є = 2,0...5,0, а для води е_в= 81,0, то невелика зміна вологості матеріалу призводить до значної зміни результатної діелектричної проникності. Як вимірювальні кола в ємнісних вологомірах найчастіше використовуються трансформаторні мости з тісним індуктивним зв'язком плеч, а також резонансні вимірювальні кола.

Контрольні запитання:

1. Які відомі Вам електрохімічні методи вимірювання хімічного складу і концентрації рідини?

2. В чому полягає кондуктометричний метод вимірювання хімічного складу і концентрації рідини?

3. В чому полягає кулонометричний метод вимірювання хімічного складу і концентрації рідини?

4. В чому полягає полярографічний метод вимірювання хімічного складу і концентрації рідини?

5. Для чого призначені газоаналізатори?

6. Як поділяють газоаналізатори в залежності від принципу дії?

7. Який принцип дії іонізаційних газоаналізаторів?

8. Який принцип дії теплових газоаналізаторів?

9. Який принцип дії хроматографічних газоаналізаторів?

10. Які Вам відомі методи вимірювання абсолютної вологості? Дайте їм характеристику.

11. Які Вам відомі методи вимірювання відносної вологості? Дайте їм характеристику.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Аналіз складу газів	\|	Загальні відомості

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.