Измерение влажности воздуха с помощью психрометра Ассмана

Лабораторная работа №3

Содержание работы:

1) изучить психрометрический метод определения влажности воздуха;

2) ознакомиться с устройством и принципом действия психрометра Ассмана;

3) измерить влажность воздуха в лаборатории и над поверхностью воды.

1. Общие сведения.

Воздух, не содержащий водяного пара, называется сухим.

Влажным воздухом называется смесь сухого воздуха и водяного пара.

Смесь сухого воздуха и перегретого водяного пара называется ненасыщенным влажным воздухом.

Смесь сухого воздуха и сухого насыщенного пара называется влажным воздухом.

По своим свойствам влажный воздух мало отличается от идеального газа, так как имеет низкое давление (барометрическое) P_б, мм рт.ст. Поэтому к влажному воздуху применимы уравнения идеального газа, а также уравнения для идеальных газовых смесей.

Количество пара, содержащееся в единице объёма влажного воздуха, называется абсолютной влажностью воздуха. Она численно равна плотности содержащегося в нём водяного пара ρ_п при парциальном давлении пара в воздухе P_п и температуре t.

Отношение действительного содержания водяного пара во влажном воздухе к максимально возможному содержанию его в том же объёме влажного воздуха при данной температуре называется относительной влажностью.

Для ненасыщенного влажного воздуха относительная влажность определяется по формуле

, (3.1)

где ρ_н – плотность насыщенного пара при температуре влажного воздуха t.

Согласно закону Бойля-Мариоттa, плотность газа изменяется прямо пропорционально его давлению (упругости):

, (3.2)

где e – упругость водяного пара, находящегося в воздухе;

E – максимальная упругость паров воды в воздухе при температуре t.

Экспериментально относительную влажность воздуха определяют психрометрическим методом на основании показаний двух одинаковых термометров, один из которых имеет резервуар, обёрнутый смоченной материей (смоченный термометр). Интенсивность испарения воды с поверхности резервуара смоченного термометра зависит от влажности окружающего воздуха. Чем больше ненасыщение воздуха, тем интенсивнее испарение со смоченного термометра и тем ниже его показания, так как на испарение затрачивается теплота. Следовательно, разность в показаниях сухого и смоченного термометров будет зависеть от влажности воздуха. Сухой термометр показывает температуру воздуха t, смоченный – температуру испаряющейся с поверхности его резервуара воды t₁.

По закону Дальтона величина испарения в единицу времени с некоторой поверхности

, (3.3)

где m – масса испарившейся воды;

c – коэффициент пропорциональности, зависящий главным образом от скорости протекания воздуха около резервуара термометра;

F – величина поверхности;

E₁ – максимальная упругость водяного пара при температуре t₁.

Тепловой поток, затрачиваемый на испарение воды, может быть выражен формулой

, (3.4)

где r – теплота испарения воды.

С другой стороны, к резервуару термометра будет поступать от окружающего воздуха тепловой поток, который можно подсчитать по формуле Ньютона-Рихмана:

, (3.5)

где α – коэффициент теплоотдачи.

При установившихся показаниях термометров тепловой поток, поступающий к смоченному термометру, равен его расходу на испарение, то есть Q₁ = Q₂.

, (3.6)

Откуда

, (3.7)

Обозначая через A, получаем психрометрическую формулу

, (3.8)

где A – постоянная психрометра, зависящая от его системы и скорости протекания воздуха около резервуара термометра.

Относительная влажность воздуха (в процентах) определяется по формуле

. (3.9)

Психрометр Ассмана (рис. 3.1) состоит из двух термометров 4, укреплённых в металлической оправе. Чтобы уменьшить влияние излучения окружающих предметов на показания термометров, оба термометра помещены в заградительные полированные кожухи 3. Вентилятором 6 наружный воздух просасывается через трубку 7 и двойные трубки 1, присоединённые к нижней разветвлённой части трубки 7 с помощью колец 2. В двоенные трубки 1 вставлены резервуары термометров, омываемые наружным воздухом. Вентилятор работает при помощи часового механизма, который заводится ключом 5. Резервуар одного из термометров (правый) обёрнут батистовым “чулком”, который перед работой смачивается водой из резиновой груши.

2. Порядок проведения работы.

Перед началом измерений психрометр устанавливается в том месте лаборатории, где определяется влажность воздуха. Производится смачивание резервуара правого термометра с помощью приспособления. При смачивании термометра нужно остерегаться, чтобы вода по соединительной трубке не попала на сухой термометр.

Смочив термометр, ключом заводят вентилятор, который в момент отсчёта должен работать полным ходом. После запуска вентилятора необходимо подождать 5-8 мин, чтобы показания термометров установились. Снимают показания сухого t и смоченного t₁ термометров, находят психрометриче скую разность (t – t₁). По барометру определяют давление воздуха P_б (в мм рт.ст.).

Зная температуру смоченного термометра, находят значение E₁ по табл. 3.1, где дана максимальная упругость паров воды в воздухе (в мм рт.ст.) при температурах выше 0^оC.

Значение постоянной A определяется по графику (скорость движения воздуха около резервуаров термометров составляет около 2 м/с), рис. 3.2.

По психрометрической формуле подсчитывают упругость водяного пара, находящегося в воздухе, e.

Зная температуру сухого термометра, по табл. 3.1. находят значение E и подсчитывают величину относительной влажности воздуха φ (в процентах).

Для определения влажности воздуха над поверхностью воды чувствительные элементы психрометра помещают на расстоянии 1-3 см

Таблица 3.1

Целые градусы	Десятые доли градусов
	4,58	4,61	4,65	4,68	4,72	4,75	4,78	4,82	4,86	4,89
	4,93	4,96	5,00	5,03	5,07	5,11	5,14	5,18	5,22	5,26
	5,29	5,33	5,37	5,41	5,45	5,49	5,52	5,56	5,60	5,64
	5,68	5,72	5,77	5,81	5,85	5,89	5,93	5,97	6,02	6,06
	6,10	6,14	6,19	6,23	6,27	6,32	6,36	6,41	6,45	6,50
	6,54	6,59	6,64	6,68	6,73	6,78	6,82	6,87	6,92	6,96
	7,01	7,06	7,11	7,16	7,21	7,26	7,31	7,36	7,41	7,46
	7,51	7,56	7,62	7,67	7,72	7,78	7,83	7,88	7,94	7,99
	8,04	8,10	8,16	8,21	8,27	8,32	8,38	8,44	8,49	8,55
	8,61	8,67	8,73	8,79	8,84	8,90	8,96	9,02	9,09	9,15
	9,21	9,27	9,33	9,40	9,46	9,52	9,58	9,65	9,71	9,78
	9,84	9,91	9,98	10,04	10,11	10,18	10,24	10,31	10,38	10,45
	10,52	10,59	10,66	10,73	10,80	10,87	10,94	11,01	11,08	11,16
	11,23	11,30	11,38	11,45	11,53	11,60	11,68	11,76	11,83	11,91
	11,99	12,06	12,14	12,22	12,30	12,38	12,46	12,54	12,62	12,71
	12,79	12,87	12,95	13,04	13,12	13,20	13,29	13,38	13,45	13,55
	13,63	13,72	13,81	13,90	13,99	14,08	14,17	14,26	14,36	14,41
	14,53	14,62	14,72	14,81	14,90	15,00	15,09	15,19	15,28	15,38
	15,48	15,58	15,67	16,77	15,87	15,96	16,07	16,17	16,27	16,37
	16,48	16,58	16,68	16,79	16,89	17,00	17,10	17,21	17,32	17,43
	17,54	17,64	17,75	17,86	17,97	18,08	18,20	18,31	18,42	18,54
	18,65	18,76	18,88	19,00	19,11	19,23	19,35	19,47	19,59	19,71
	19,83	19,95	20,07	20,19	20,32	20,44	20,56	20,69	20,82	20,94
	21,07	21,20	21,32	21,45	31,58	21,71	21,84	21,98	22,11	22,24
	22,38	22,51	22,65	22,78	22,92	23,06	23,20	23,34	22,48	23,62
	23,76	23,90	24,04	24,18	24,33	24,47	24,62	24,76	24,91	25,06
	25,21	25,36	25,51	25,66	25,81	25,96	26,12	26,27	26,43	26,58
	26,74	26,90	27,06	27,21	27,37	27,54	27,70	27,86	28,02	28,18
	28,35	28,51	28,08	28,85	29,02	29,18	29,35	29,52	29,70	29,87
	30,04	30,22	30,39	30,57	30,74	30,92	31,0	31,28	31,46	31,64
	31,82	32,01	32,19	32,38	32,56	32,75	32,93	33,12	33,31	33,50

Таблица 3.2

№ опыта	Температура сухого термометра t, oC	Температура смоченного термометра t1, oC	Психрометрическая разность температур t-t1, oC	Давление воздуха pσ, мм рт.ст.	Постоянная психрометра, А	Максимальная упругость водяного пара Е1 при температуре t1	Упругость водяного пара, находящегося в воздухе, e	Максимальная упругость водяного пара Е при температуре t	Относительная влажность воздуха φ, %
мм рт.ст.	мм рт.ст.	мм рт.ст.

над уровнем воды в ванне. Спустя 4-7 мин проводят измерения температур. Расчёты упругости водяного пара и относительной влажности воздуха проводятся так же, как в предыдущем случае. Результаты наблюдений и расчётов заносятся в табл. 3.2.Сравнивают полученные результаты и делают соответствующий вывод по влажности воздуха, сопоставляя её с допустимыми санитарными нормами.

Контрольные вопросы.

1. Что называется абсолютной и относительной влажностью воздуха?

2. В чём заключается психрометрический метод определения относительной влажности?

3. Какие законы идеальных газов использованы при выводе расчётных зависимостей?

4. Как зависит психрометрическая разность температур от влажности воздуха?

5. От каких факторов зависит и как определяется постоянная психрометра? В каких единицах она измеряется?

6. Как устроен психрометр Ассмана?

7. Как определяется упругость водяного пара и его максимальная упругость при определенной температуре t?