Седалищев В.Н. Методы и средства измерений неэлектрических величин
Подождите немного. Документ загружается.
Рис. 13.7 Пятиступенчатый датчик влажности газов:
1 — основание; 2 — корпус; 3 — зеркало, 4 — окно; 5 — фоторезистор; 6 —
осветительный блок; 7 — источник излучения; 8 — терморезистор; 9 —
нагреватель сопротивления, 10 — охладитель (элемент Пельтье).
Оптический способ определения влажности является оптимальным
методом, которому соответствует минимальный гистерезис. Стоимость
такого датчика выше, но он позволяет отслеживать даже низкие уровни
влажности среды.
Но этот метод имеет ряд
недостатков: сравнительно высокую стоимость,
возможность загрязнения зеркальной поверхности и достаточно высокое
потребление электроэнергии.
Рис. 13.8 Пьезорезонансный датчик влажности с охлаждаемым зеркалом.
Основная идея таких датчиков аналогична идее оптических гигрометров
с охлаждаемым зеркалом. Разница между ними заключается в том, что точка
росы определяется не по изменению оптического коэффициента отражения
поверхности, а по изменению массы охлаждаемого пьезокварцевого
резонатора.
Приборы для измерения влажности сред и объектов
Гигрометр - прибор для измерения влажности газовых сред
. Существует
несколько типов гигрометров.
Весовой гигрометр состоит из системы U-образных трубок, наполненных
гигроскопическим веществом, способным поглощать влагу из воздуха. Через
эту систему насосом протягивают некоторое количество воздуха, влажность
которого определяют. Зная массу системы до и после измерения, а также
объём пропущенного воздуха, находят абсолютную влажность.
Действие волосного гигрометра основано
на свойстве обезжиренного
человеческого волоса изменять свою длину при изменении влажности
воздуха, что позволяет измерять относительную влажность от 30 до 100%.
Волос натянут на металлическую рамку изменение длины волоса передаётся
стрелке перемещающейся вдоль шкалы.
Плёночный гигрометр имеет чувствительный элемент из органической
плёнки, которая растягивается при повышении влажности и сжимается при
понижении. Изменение
положения центра плёночной мембраны передаётся
стрелке.
Конденсационный гигрометр определяет точку росы по температуре
охлаждаемого металлического зеркальца в момент появления на нём следов
воды (или льда), конденсирующейся из окружающего воздуха.
Конденсационный гигрометр состоит из устройства для охлаждения
зеркальца, оптического или электрического устройства, фиксирующего
момент конденсации, и термометра, измеряющего температуру зеркальца.
В
электролитическом гигрометре пластинку из электроизоляционного
материала (стекло, полистирол) покрывают гигроскопическим слоем
электролита — хлористого лития — со связующим материалом. При
изменении влажности воздуха меняется концентрация электролита,
следовательно, и его сопротивление.
Рис. Резистивный датчик влажности
Характеристика резистивного датчика влажности:
· Линейная зависимость выходного напряжения от влажности;
· Высокая точность: 2.0%RH
· Малое время отклика: 15 сек;
· Стабильная рабочая характеристика с незначительным дрейфом.
Сорбционно-емкостной датчик влажности
Сорбционно-емкостной сенсор был создан в 70-х годах прошлого века и
практически вытеснил все остальные типы
сенсоров. Благодаря высокой
точности, надежности, долговременной стабильности емкостных сенсоров
приборы на их основе широко используются для измерения влажности во
всех отраслях человеческой деятельности.
Однако существует ряд задач, в которых применение емкостных сенсоров
ограничено вследствие их существенного недостатка, о котором редко
упоминают производители - дрейфа при длительном нахождении в среде с
влажностью
выше 90%. Величина дрейфа увеличивается с ростом влажности,
температуры и длительности пребывания при высокой влажности и может
достигать 10%.
Типичное поведение сенсоров при выдержке при 40°С в течение 1 часа
при 75%, 24 часов при 95% и 5 часов при 75% показано на графике.
Эта особенность емкостных сенсоров не позволяет использовать
"обычные" гигрометры для постоянного контроля влажности в процессах с
относительной влажностью более 90%. А это очень широкий класс задач,
включающий контроль влажности в климатических термокамерах, где при
испытаниях изделий на воздействие повышенной влажности согласно ГОСТ
12997-84 необходимо поддерживать при температуре 40°С относительную
влажность 93±3% в
течение от 2 до 56 суток, а также при аттестации
климатических термокамер; при сушке древесины, керамики; при
метеорологических измерениях; в теплицах, оранжереях, грибных фермах;
в неотапливаемых складах, овощехранилищах и т.д.
Несколько лет назад на рынке появились специальные модели
гигрометров, предназначенных для длительной работы в условиях высокой
влажности. В этих приборах сенсор
перегревается относительно
окружающей среды, в результате чего относительная влажность воздуха в
точке измерения не превышает 70 - 85%. Преобразователь на основе
значений температуры сенсора и измеренной относительной влажности
рассчитывает парциальное давление водяного пара. Отдельный
измерительный преобразователь контролирует температуру воздуха. Затем
на основе известных значений парциального давления и температуры
рассчитывается относительная влажность воздуха.
Стоимость
таких приборов около 2000 €, не все из них сертифицированы в
России, имеются проблемы с техническим обслуживанием и поверкой.
Измерители влажности воздуха и газов (гигрометры)
Гигрометр психрометрический, предназначен для измерения относительной
влажности и температуры воздуха в помещении.
Электронный цифровой психрометрический гигрометр предназначен для
измерений влажности в газоходах при определении параметров газопылевых
потоков.
Портативные микропроцессорные гигрометры, предназначенные для
измерения относительной влажности и температуры воздуха в
производственных, складских и жилых помещениях.
Термогигрометр Ива-6Б2-К
Наиболее эффективным решением задачи измерения высоких значений
относительной влажности является применение измерительного
преобразователя влажности и температуры ДВ2ТС(М)-3Т-1П-А-К, так как
его стоимость в несколько раз ниже, чем у аналогов.
Преобразователь ДВ2ТСМ-3Т-1П-А
-К может использоваться, например, в
составе термогигрометра Ива-6Б2-К. К одному блоку индикации
термогигрометра можно подключить до четырех преобразователей.
Особенностью термогигрометра Ива-6Б2-К является возможность
подключения одного преобразователя ДВ2ТСМ-3Т-1П-А-К и до трех
дополнительных измерительных преобразователей температуры ДВ2ТСМ-
3Т-0П-А. Это
очень важно при измерении относительной влажности в
замкнутом интенсивно перемешиваемом объеме (например, в климатической
термокамере).
При высоких значениях влажности даже незначительные перепады
температуры в контролируемом объеме могут приводить к критическим
колебаниям относительной влажности. Так, если в одной точке камеры при
температуре 40°С относительная влажность воздуха составляет 95%, то в
другой точке
этой камеры с температурой 39°С (например, у стенок)
относительная влажность воздуха превысит 100% - т.е. в этой точке влага
будет конденсироваться.
Поскольку парциальное давление водяного пара в таком объеме
распределяется однородно, термогигрометр вычисляет значения
относительной влажности в точках размещения измерительных
преобразователей температуры. Таким образом, термогигрометр ИВА-6Б2-К
в комплектации с
одним преобразователем ДВ2ТСМ-3Т-1П-А-К тремя
дополнительными преобразователями температуры измеряет относительную
влажность и температуру в четырех точках климатической термокамеры.
Преобразователь ДВ2ТС-3Т-1П-А-К совместно с модулями аналогового
ввода МАВ-ТС, термопреобразователями сопротивления Pt100 и
программным комплексом SensNet через преобразователь интерфейса RS485-
USB могут подключаться к персональному компьютеру. К
персональному
компьютеру может подключаться до 248 преобразователей. Стандартный
комплект поставки включает один преобразователь ДВ2ТС-1Т-2П-А-К и 9
модулей аналогового ввода МАВ-ТС с термопреобразователями
сопротивления Pt100 класса А и портативный компьютер (ноутбук) с
установленным программным обеспечением.
Программный комплекс SensNet осуществляет отображение измеренных
значений в текстовом и графическом виде, архивирование данных
и
оформление графических и табличных отчетов.
Промышленный стационарный гигрометр «Ива -10»
Гигрометр ИВА-10 предназначен для измерения влажности воздуха, азота,
инертных и других неагрессивных газов, применяемых в различных
технологических процессах промышленности, энергетики и сельского
хозяйства.
Области применения ИВА-10:
• измерение влажности элегаза в элегазовом электротехническом
оборудовании;
• оборудование осушки воздуха и технологических газов, глубокая
осушка;
• контроль процессов
сушки продукции.
Общая характеристика гигрометра ИВА – 10:
• Гигрометр представляет собой автономный, переносной, цифровой
прибор, выполненный в одном блоке на металлическом шасси, на
котором закреплен измерительный блок с графическим ЖК-дисплеем с
подсветкой и клавиатурой управления.
• Прибор имеет встроенную пробоотборную схему с фильтром,
проточной камерой с преобразователем влажности и температуры,
преобразователем избыточного давления
и регулятором расхода.
• Корпус имеет ручку для удобства переноски прибора
• Гигрометр определяет величину температуры точки росы (инея) и
массовой концентрации влаги на основе измеренных значений
относительной влажности и температуры. Величины могут быть
выведены на индикатор и выражаются в градусах Цельсия и граммах
на кубический метр (г/м3), соответственно.
• В области отрицательных температур гигрометр индицирует
относительную влажность газа надо льдом и температуру точки инея
• В гигрометре предусмотрена возможность коррекции показаний
влажности с учетом давления анализируемого газа. Коррекция
осуществляется для приведения значений относительной влажности,
точки росы и массовой концентрации влаги к нормальному и
стандартному (7 кгс/см2) давлениям.
• На
дисплей прибора выводятся значения измеренных значений
давления и температуры, а также до 5-ти позиций из параметров
влажности.
• Для повышения наглядности процесса установления показаний в
гигрометре предусмотрен графический режим индикации, в котором на
индикатор выводится динамический график зависимости измеряемой
точки росы (инея) от времени с возможностью его детализации.
Графический режим индикации точки росы.
Режим индикации с детализацией шкалы ±5ºС.
• Гигрометр содержит часы и внутреннюю память, в которую
протоколируются результаты измерений. Запись в память
осуществляется во включенном состоянии гигрометра с интервалом 1с.
Гигрометр сохраняет результаты более 50000 измерений за последние
58 часов работы.
• Гигрометр снабжен цифровым выходом, позволяющим
взаимодействовать с ПК по интерфейсу RS-232. Программное
обеспечение, поставляемое с гигрометром, позволяет считывать
результаты измерений на ПК.
Величина абсолютной погрешности измерения относительной влажности
зависит от условий эксплуатации гигрометра
. Для устранения влияния
дрейфа градуировочной характеристики на точность измерений низких
значений относительной влажности в гигрометре ИВА-10 применена
технология автокоррекции дрейфа характеристик сенсора, не требующая
использования образцовых парогазовых смесей.
Основным условием проведения процедуры автокоррекции являются
стабильность влажности газа в процессе ее выполнения, при относительной
влажности газа менее 10%.
В соответствие с
процедурой сначала выполняется операция
"ВАЛИДАЦИЯ", которая осуществляет проверку величины дрейфа
градуировочной характеристики и сообщает о необходимости проведения
автокоррекции.
Последующая операция "АВТОКОРРЕКЦИЯ" выполняет расчет новых
коэффициентов уравнений градуировочной характеристики сенсора
влажности и записывает их в память микроконтроллера гигрометра.
Основные технические характеристики устройства.
Диапазон измерения относительной влажности, % 0...98
Диапазон измерений температуры точки
росы(инея), ºС -60...+20*
Диапазон показаний избыточного давления
анализируемого газа, кГс/см2, не более
11**
Допускаемая абсолютная погрешность измерений
относительной влажности, %
(П - показания гигрометра)
в диапазоне 0 … 10% ±(0,025+0,0875П)
в диапазоне 10 … 98% ±(0,7%+0,02П)
Допускаемая абсолютная погрешность измерений
температуры точки росы (инея) при 25°С, °С
±1,0*
Допускаемая абсолютная погрешность измерений
температуры, °С
±0,3
Постоянная времени измерений
, мин
влажности 5
температуры 5