Një instrument i përdorur gjerësisht për matjen e lagështisë së ajrit (dhe gazeve të tjera) është një higrometër i kondensimit. Parimi i tij i funksionimit është matja e temperaturës, e quajtur pika e vesës, në të cilën fillon kondensimi i lagështisë nga ajri.
Çfarë është lagështia e ajrit
Një higrometër mat përmbajtjen e lagështisë së ajrit, e cila mund të përfaqësohet si një vlerë absolute ose relative. E para prej tyre jep thjesht masën e avullit të ujit në 1 metër kub. m ajër në një temperaturë të caktuar. Por e dyta tregon se sa afër është avulli i ujit në ajër me gjendjen e ngopjes, pra me ekuilibrin dinamik me fazën e tij të lëngshme - kur nuk ka as avullim dhe as kondensim. Është e barabartë me raportin e lagështisë absolute të matur të ajrit me lagështinë e tij absolute në gjendjen e ngopjes. Kur avulli i ujit në ajër është i ngopur (përsëri, në një temperaturë të caktuar), lagështia relative e atij ajri është 100%. Në ajër me avull uji të pangopur, është, në përputhje me rrethanat, më pak.
Si funksionon një higrometër i kondensimit
Parimi i funksionimit të çdo pajisjeje për përcaktimin e lagështisë së ajrit, si rregull, është matja e ndonjë sasie tjetër, si temperatura, presioni, masa ose ndryshimet mekanike dhe elektrike në një substancë që thith lagështinë.. Me kalibrimin dhe llogaritjen e duhur, këto vlera të matura mund të çojnë në përcaktimin e lagështisë absolute ose relative. Një rol shumë të rëndësishëm në këtë proces luan temperatura në të cilën ndodh ngopja e avullit, e quajtur pika e vesës. Si rregull, pajisjet elektronike moderne për përcaktimin e lagështisë së ajrit matin këtë temperaturë ose ndryshimet në kapacitetin ose rezistencën elektrike të substancave të ndryshme absorbuese, të cilat më pas shndërrohen (automatikisht) në tregues lagështie.
Pajisja e higrometrit të kondensimit
Puna e tij bazohet pikërisht në matjen e avullit të ujit në ajër me metodën e pikës së vesës. Kjo metodë përfshin ftohjen e një sipërfaqeje, zakonisht një pasqyrë metalike, në një temperaturë në të cilën uji në sipërfaqen e pasqyrës është në ekuilibër me presionin e avullit të ujit në gazin e mostrës mbi sipërfaqe. Në këtë temperaturë, masa e ujit në sipërfaqen e pasqyrës as nuk rritet (nëse sipërfaqja është shumë e ftohtë) dhe as nuk zvogëlohet (nëse sipërfaqja është shumë e ngrohtë), d.m.th. avulli mbi pasqyrë është në ekuilibër dinamik me kondensimin e ujit në pasqyra (avulli është i ngopur).
Kjo pasqyrë është bërë nga një material me përçueshmëri të mirë termike (si argjendi ose bakri) dhei veshur me një metal inert si iridium, rubidium, nikel ose ari për të parandaluar njollosjen dhe oksidimin. Pasqyra ftohet nga një ftohës termoelektrik (efekti Peltier) deri në formimin e kondensatës. Një rreze drite, zakonisht nga një diodë që lëshon dritë me brez të gjerë në gjendje të ngurtë, drejtohet në një sipërfaqe pasqyre dhe një fotodetektor monitoron dritën e reflektuar, rrjedha e së cilës është maksimale kur nuk ka kondensim në pasqyrë.
Mënyra e funksionimit të higrometrit të pasqyrës për fëmijë
Kur pikat e vesës formohen në sipërfaqen e pasqyrës së pasqyrës, drita e reflektuar shpërndahet. Në këtë rast, fluksi i tij që hyn në fotodetektor zvogëlohet, gjë që çon në një ndryshim në sinjalin e daljes së këtij të fundit. Kjo, nga ana tjetër, kontrollohet nga një sistem kontrolli analog ose dixhital i ftohësit termoelektrik që ruan një temperaturë të qëndrueshme të pasqyrës në pikën e vesës. Me një sistem të projektuar siç duhet, pasqyra mbahet në një temperaturë ku shkalla e kondensimit është saktësisht e barabartë me shkallën e avullimit të shtresës së vesës. Një termometër i saktë miniaturë rezistent ndaj platinit (PRT) i montuar në pasqyrë mat temperaturën e tij në atë pikë, e cila konvertohet automatikisht në një tregues të lagështisë.
Higometri për matjen e lagështisë së ajrit të dizajnit të konsideruar përfshin gjithashtu një pompë vakum për të pompuar në pjesën e analizuar të gazit dhe elementë shtesë filtrimi në kushte të ndotura.
Përparësitë e higrometrave të konsideruar
Instrumente të tilla, të bazuara në një parim të thjeshtë funksionimi, me një gamë të gjerë matjeje, saktësi të lartë dhe lexime të qëndrueshme, përdoren gjerësisht në industri dhe kërkime shkencore. Një higrometër tipik i pikës së vesës, ndryshe nga shumë sensorë të tjerë të lagështisë, mund të bëhet shumë i qëndrueshëm, praktikisht rezistent ndaj konsumit, duke minimizuar nevojën për rikalibrim. Higrometri i lagështisë së pikës së vesës është i aftë të matë pikën e vesës në intervalin e temperaturës nga 100 °C deri në një minimum prej -70 °C. Në këtë rast, saktësia e matjes është të dhjetat e shkallës.
Shumë higrometra të dizajnit të konsideruar janë të pajisur me kontroll me mikroprocesor dhe, në kombinim me një sensor rezistent të temperaturës, janë në gjendje të llogarisin dhe të shfaqin në një tregues të jashtëm çdo parametër të dëshiruar të lagështisë përveç ose në vend të pikës së vesës. Përveç kësaj, këto pajisje lejojnë transferimin e rezultateve duke përdorur teknologjinë wireless. Natyrisht, pajisje të tilla përdoren gjerësisht si pjesë e sistemeve të ndryshme industriale për mbledhjen e automatizuar të të dhënave dhe kontrollin e proceseve teknike përkatëse.
Sa kushton një higrometër si ky? Çmimi i tij, natyrisht, përcaktohet kryesisht nga grupi i funksioneve të zbatuara, në varësi të disponueshmërisë dhe kompleksitetit të sistemit të kontrollit elektronik të pajisjes. Pra, një higrometër i palëvizshëm i kondensimit që duket si një oshiloskop dixhital kushton të paktën 4000 dollarë. Modelet veçanërisht "të avancuara" mund të kushtojnë më shumë se 10,000 dollarë. Në tregJu gjithashtu mund të gjeni një higrometër portativ plotësisht funksional. Çmimi i tij është nga 1 deri në 2 mijë dollarë.
Disavantazhet e higrometrave të kondensimit
Ndërsa sistemi i konsideruar i higrometrave konsiderohet më efikasi në procesin e matjes, disavantazhi i tij është kontaminimi i pashmangshëm i pjesëve të rrugës matëse gjatë funksionimit.
Higrometrat e pajisur me pasqyra të ftohta priren të rrisin pasaktësitë e matjes për shkak të pranisë së ndotësve të tretshëm dhe të patretshëm të depozituar në pasqyrë. Grimcat e pazgjidhshme ndikojnë në karakteristikat optike të pasqyrës. Pluhuri i moderuar ose shfaqja e grimcave të patretshme në pasqyrë siguron qendra përqendrimi në të cilat mund të formohet vesa ose ngrica, duke rritur kështu kohën e reagimit të pajisjes. Papastërtitë e tretshme ndikojnë në sasinë e presionit të avullit nga lagështia e kondensuar në pasqyrë, e cila zhvendos pikën e vesës. Higrometrat matëse moderne (të paktën modelet e tyre më të sofistikuara) përfshijnë veçori "vetë-testimi" që lejojnë pajisjen të zbulojë dhe t'i përgjigjet ndotjes duke bërë rregullimet e duhura në algoritmet e llogaritjes së lagështisë.
Pavarësisht nga këto aftësi, praktikisht të gjithë higrometrat në fjalë duhet të kontrollohen dhe pastrohen periodikisht.
Mirëmbajtja e Higrometrave të Pasqyrave të Ftohta
Çfarë i rekomandon manuali i udhëzimeve përdoruesit e pajisjes në këtë kuptim. Duhet të jetë një higrometër që është i ndjeshëm ndaj papastërtisëtë pastrohet periodikisht për të siguruar qëndrueshmërinë e rezultateve të matjes, megjithëse kjo mund të rrisë koston e mirëmbajtjes së tij. Inspektimi i pasqyrës së instrumentit zakonisht kryhet duke përdorur mikroskopin e integruar dhe mirëmbajtja e tij kryhet me dorë pas hapjes së ndarjes matëse.
Nëse pastrimi i sipërfaqes së pasqyrës kryhet me frekuencën e kërkuar në udhëzimet për funksionimin e saj, atëherë në këtë mënyrë është e mundur të ruhet saktësia e matjeve. Qasja e përshtatshme në sipërfaqen e pasqyrës për pastrim zakonisht sigurohet nga një menteshë midis komponentëve optikë dhe pasqyrës. Tani mund të gjeni në treg çdo higrometër të kondensimit që i nevojitet konsumatorit. Fotografia më poshtë tregon një shembull të ekzekutimit të saj.
Përdorimi i higrometrave në metrologji
Një higrometër me pasqyrë të ftohtë të dizajnuar dhe mirëmbajtur siç duhet siguron matje të lagështisë me saktësi më të madhe se sa matësat e tjerë të njohur të lagështirës. Saktësia e tij e natyrshme e matjes, veçanërisht kur është e pajisur me një termometër rezistence platini për matjen e temperaturës, një pasqyrë dhe një mikroskop me fuqi mesatare për monitorimin e pasqyrës, e bën atë ideal për matjet metrologjike. Mundësitë e transmetimit të informacionit nëpërmjet kanaleve të komunikimit dixhital pa tel hapin mundësi të gjera për përdorimin e higrometrave të tillë në sistemet globale për mbledhjen dhe përpunimin e informacionit meteorologjik.
Përdorimi në laboratorë fabrikash dhe mjedise të kontaminuara
Ky matës i lagështisë së ajrit është ideal për matjen e vlerës së tij absolute në laboratorët e klimës së fabrikës. Ato përdoren shpesh si referenca për të kontrolluar saktësinë e instrumenteve të tjera, të tilla si sensorët e lagështisë relative që përdoren për të kontrolluar dhomat e provës mjedisore.
Qëndrueshmëria e materialeve të përdorura në ndërtimin e këtyre higrometrave, si dhe aftësia për t'i pastruar ato në mënyrë të përsëritur, i bëjnë instrumentet të përshtatshme për jetëgjatësi shumë të gjatë në mjedise me shumicën e ndotësve pa humbje të kalibrimit. Ky stabilitet i performancës i bën ato të përshtatshme për përdorim në rrjedhat e gazit ku nivelet e larta të ndotësve në mostrat e gazit janë në mënyrë të pakthyeshme të dëmshme për llojet më pak të qëndrueshme të sensorëve të lagështisë. Për shembull, ky lloj higrometri përdoret gjerësisht për të kontrolluar pikën e vesës gjatë forcimit të nxehtësisë së sipërfaqeve të produkteve metalike në një mjedis ajri me papastërti të veçanta. Në raste të tilla, ofrimi i qasjes së lehtë në pasqyrë për pastrim është veçanërisht i dëshirueshëm.
Prodhim i ndjeshëm ndaj lagështirës
Proceset e specializuara të paketimit të kërkuara në prodhimin e produkteve farmaceutike, filmave, veshjeve dhe produkteve të tjera shpesh monitorohen nga higrometra pasqyrë të ftohtë. Përsëri, zgjedhja e tyre në këtë rast ndikohet nga qëndrueshmëria e saktësisë së matjes dhe jeta e gjatë e shërbimit. Për më tepër, meqenëse këto procese priren të jenë më pak të ndjeshme ndajkostot e instrumenteve, kostoja e lartë e këtyre higrometrave nuk është një faktor përcaktues në zgjedhjen e një skeme të monitorimit të lagështisë.
Gazet me temperaturë të lartë dhe pikat e tyre të vesës
Ky lloj higrometër zgjidhet shpesh për të matur temperaturat e pikës së vesës mbi temperaturën e ambientit. Instrumentet e pasqyrës së ftohtë u përdorën që në vitin 1966 për të monitoruar qelizat e karburantit të hidrogjenit të raketës Apollo që funksiononin në 250°C dhe 700 psi. Me teknologjitë e sotme të ftohjes së pasqyrave termoelektrike, pikat e vesës deri në 100 °C (dhe më të larta, duke supozuar presione mbi presionin atmosferik) maten lehtësisht. Në raste të tilla, të gjitha sipërfaqet e dhomës matëse të higrometrit që janë në kontakt me kampionin e gazit duhet të kenë një temperaturë mbi pikën më të lartë të pritur të vesës, përndryshe në këto sipërfaqe do të ketë kondensim dhe matja do të jetë e gabuar.
Në higrometrat e krijuar për të matur pikën e vesës së gazeve me temperaturë të lartë, është praktikë e zakonshme përdorimi i ngrohësve elektrikë të kontrolluar në mënyrë termostatike për të mbajtur muret e dhomës matëse mbi pikat më të larta të pritshme të vesës. Komponentët optikë në gjendje të ngurtë si LED dhe detektorë mbahen në temperaturën e tyre nominale të funksionimit (zakonisht 85°C) për të parandaluar degradimin dhe dëmtimin e higrometrit. Kjo mund të arrihet duke izoluar termikisht këta komponentë nga dhoma e matjes e ngrohur.
