Спосіб вимірювання вологості повітря

Спосіб вимірювання вологості повітря, що включає вимірювання температури до і в процесі охолодження дзеркальної відбиваючої поверхні за заданим законом і з заданою швидкістю від температури Tос оточуючого середовища до температури точки роси Tтр, при якій з'являється плівка конденсату вологи на дзеркальній відбиваючій поверхні, з наступним визначенням вологості повітря за визначеними дійсними значеннями температур зовнішнього середовища та точки роси за відповідними електронними таблицями, який відрізняється тим, що апріорі з заданою точністю визначають та запам'ятовують значення площі 2 Тк і V0к - параметри критичного стану газу (повітря); k2=2; k3=3, порівнюють отримане значення товщини плівки з наперед заданим, далі знову повільно охолоджують дзеркальну відбиваючу поверхню до температури, при якій товщина плівки конденсату вологи досягне (з заданою похибкою) встановленого значення, у цей момент часу запам'ятовують резуль 3 86512 4 тати вимірювання температури охолодження дзеркальної відбиваючої поверхні та атмосферного тиску, а про дійсне значення вологості повітря судять по електронних таблицях з урахуванням результатів вимірювань температури оточуючого середовища, температури точки роси, атмосферного тиску, апріорі визначеного значення площі дзеркальної відбиваючої поверхні та значення універсальної газової постійної. Винахід відноситься до вимірювальної техніки і призначений для вимірювання вологості повітря та газів методом точки роси. Відомий спосіб вимірювання вологості повітря [Берлинер М.А. Измерения влажности. Узд. 2-е, перераб. и доп. -М.: Энергия, 1973. - 400с.], оснований на вимірюванні температури до і в процесі охолодження дзеркальної відбиваючої поверхні за заданим законом і з заданою швидкістю від температури оточуючого середовища до температури точки роси, при який появляється плівка кондесату вологи на дзеркальній відбиваючий поверхні з наступним визначенням вологості повітря за визначеними дійсними значеннями температур зовнішнього середовища та точки роси за відповідними електронними таблицями. Відомий спосіб не забезпечує високу точність вимірювання вологості повітря, оскільки на результати вимірювання впливає товщина плівки конденсату вологи. Визначення її товщини є складною задачею. Тому й визначення вологості повітря за отриманими значеннями температур зовнішнього середовища та точки роси та за відповідними електронними таблицями не буде точним, оскільки температуру точки роси не можливо визначити в великою точністю, якщо невідомо, при якій товщині зазначеної плівки вимірюється ця температура. Відомий спосіб вимірювання вологості повітря [А.С. №855589, МПК G01W1/11. Конденсационный гігрометр// А.А.Грандов, И.Б.Немировский и А.Г.Гимаев. Бюл. №30, 1981], оснований на вимірюванні температури до і в процесі охолодження дзеркальної відбиваючої поверхні за заданим законом і з заданою швидкістю від температури Тос оточуючого середовища до температури точки роси Ттр, при який появляється плівка конденсату вологи на дзеркальній відбиваючий поверхні з наступним визначенням вологості повітря за визначеними дійсними значеннями температур зовнішнього середовища та точки роси за відповідними електронними таблицями. Відомий спосіб також не забезпечує необхідної точності вимірювання вологості повітря через похибки від визначення температури точки роси. Ця похибка обумовлена впливом на результат вимірювання температури значення товщини плівки конденсату вологи., що характеризує явище „роси” Високоточне визначення товщини плівки є ще не вирішеною задачею, оскільки товщина залежіть як від температури, від атмосферного тиску, площі дзеркальної відбиваючої поверхні тощо. Найбільш близьким за технічною суттю є спосіб вимірювання вологості повітря [А.С. №890202, МПК G01N25/66, G01N21/01. Гигрометр точки ро сы// А.А. Болотов и Л.Л.Синий. Бюл. №46, 1982], оснований на вимірюванні температури до і в процесі охолодження дзеркальної відбиваючої поверхні за заданим законом і з заданою швидкістю від температури Тос оточуючого середовища до температури точки роси Ттр, при який появляється плівка конденсату вологи на дзеркальній відбиваючий поверхні з наступним визначенням вологості повітря за визначеними дійсними значеннями температур зовнішнього середовища та точки роси за відповідними електронними таблицями. Відомий спосіб також не забезпечує високої точності вимірювання вологості повітря. Це обумовлено впливом на результат вимірювання температури „точки роси” значення температури охолодження й моменту часу, при якому ця „роса” з’являється. Крім того, не відомо, при якій товщині плівки доцільно запам’ятовувати значення температури „токи роси” - один молекулярний шар, два чи більше молекулярних шарів. Відомо, що при різних значеннях температури, тиску, складу повітря, площі дзеркальної відбиваючої поверхні тощо товщина плівки буде різною. Очевидно, що для забезпечення високої точності визначення вологості повітря необхідно товщину цієї плівки нормувати, тобто при різних природних умовах значення вологості повітря необхідно визначати при одній і тій же товщини та площі плівки конденсату вологи. В основу винаходу покладена задача створення такого способу вимірювання вологості повітря, у якому шляхом введення заданої кількості, послідовності та умов виконання операцій вимірювань температури середовища та температури охолодження дзеркала, тиску, площі дзеркала (дзеркальної відбиваючої поверхні) та товщини плівки конденсату вологи, забезпечувалось б підвищення точності визначення вологості повітря. Поставлена технічна задача вирішується завдяки тому, що запропонований спосіб, оснований на вимірюванні температури до і в процесі охолодження дзеркальної відбиваючої поверхні за заданим законом і з заданою швидкістю від температури Тос оточуючого середовища до температури точки роси Ттр, при який появляється плівка конденсату вологи на дзеркальній відбиваючий поверхні з наступним визначенням вологості повітря за визначеними дійсними значеннями температур зовнішнього середовища та точки роси за відповідними електронними таблицями, від відомих відрізняється тим, що апріорі з достатньою точністю визначають та запам’ятовують значення площі 2 sвп = prвп дзеркальної відбиваючої поверхні, протягом часу вимірювань температур від температури оточуючого середовища Тос до температу 5 86512 ри точки роси Ттр, багатократно вимірюють атмосферний тиск rатх , отримані результати запам’ятовують, якщо результати попередніх і наступних вимірювань відрізняються один від одного, то визначають середнє статистичне значення атмосферного тиску rат = rат У супротивному випадку остаточно запам’ятовують результат вимірювання тиску при зниженні температури до температури точки роси, тобто { rат } = { rатр }, при якій на дзеркальній відбиваючій поверхні з’являється плівка конденсату вологи, визначають товщину Ddx цієї плівки за представленому у неявному виді рівнянням вимірювань ( Ddx )3 - (Ddx )2 + Ddx а 2 prопrат R(Tтр - Т ос ) 2 prопrат + RT + , a 2 (prоп )3 r2 ат =0 отриманому на основі рівняння стану реального газу (- рівняння Ван-дер-Ва-альса), або за рівнянням вимірювань Ddx = y R(Tтр - Тос ) 2 k 3rат (prвп ) , де y = 3 - q / k 2 + q2 / k 2 + p3 / k 3 + 2 3 ; + 3 - q / k 2 - q2 / k 2 + p3 / k 3 2 3 2 k 0 é R(Tтр - Toc ) ù а ú + ; p=- 3 ê 2 2 k 3 ê prвп rат ú (prвп )rат ë û 3 k 0 R(Tтр - Т ос ) k é R( Tтр - Тос ) ù а ú - 3 q= 2 ê + 3 ê pr 2 r 2r 2r k3 ú k3 ë prвп ат prвп ат оп ат û ; RТoc a + 2 2 2 ( prвп )2 rат prопrат R універсальна газова постійна (R= r0n 0 /Т0=0,082 [л·ат./°К]); a - складова, що враховує притягання молекул у плівці конденсату вологи в результаті міжмолекулярної взаємодії і має розмірність тиску на об’єм у квадраті ([a] = [ат.·л2]); 2 rат - атмосферний тиск; prвп - площа дзеркальної відбиваючої поверхні; rвп - радіус цієї поверхні; 2 a=RTKV0k k3 / k3 , Тк і V0к - параметри критичного 2 стану газу (повітря); k2=2; k3=3, порівнюють отримане значення товщини плівки з наперед заданим, далі охолоджують дзеркальну відбиваючу поверхню до температури, при якій товщина плівки конденсату вологи досягне (з заданою похибкою) встановленого значення, у цей момент часу запам’ятовують результати вимірювання температури охолодження дзеркальної відбиваючої поверхні та атмосферного тиску, а про дійсне значення вологості повітря судять по електронним таблицям з урахуванням результатів вимірювань температури оточуючого середовища, температури точки роси, атмосферного тиску, апріорі визначеного значення площі дзеркальної відбиваючої поверхні та значення універсальної га 6 зової постійної. На рисунку зображена структурна схема цифрового вимірювача вологості повітря, який реалізує запропонований спосіб, де 1 - сенсор тиску; 2 вимірювальний перетворювач тиску; 3 - дзеркальна відбиваюча поверхня (дзеркало); 4 - сенсор температури; 5 - охолоджувальний пристрій; 6 перетворювач „опір (температура)-код"; 7 - цифровий відліковий пристрій; 8 - загальна шина; 9 мікроконтролер. Запропонований спосіб вимірювання вологості повітря оснований на вимірюванні температури до і в процесі охолодження дзеркальної відбиваючої поверхні за заданим законом, причому з заданою швидкістю. Охолодження здійснюється від температури Тос оточуючого середовища до температури точки роси Ттр, при який появляється плівка конденсату вологи на дзеркальній відбиваючий поверхні. Визначення вологості повітря здійснюється за визначеними дійсними значеннями температур зовнішнього середовища та точки роси за відповідними електронними таблицями. Від відомих запропонований спосіб відрізняється том, що, до проведення операцій вимірювання температур (тобто апріорі) з заданою, достатньою для практики точністю визначають 2 площу sвп= prвп дзеркальної відбиваючої поверхні. Отримане значення запам’ятовують. Далі, протягом часу вимірювань температур від температури оточуючого середовища Тос до температури точки роси Ттр, багатократно вимірюють атмосферний тиск rатх , наприклад високоточним методом надлишкових вимірювань [див. Кондратов В.Т., Редько В.В. „Спосіб надлишкових вимірювань тиску та пристрій для його здійснення", Патент України №74970 від 15.02.2006, Бюл. №2]. Отримані результати запам’ятовують. У тому випадку, коли результати попередніх і наступних вимірювань атмосферного тиску відрізняються один від одного, то визначають і запам’ятовують середнє статистичне значення атмосферного тиску rат = rат . Охолоджують дзеркальну відбиваючу поверхню протягом заданого інтервалу часу Dt 0 . Одночасно з вимірюванням температури охолодження Тос і тиску rат визначають товщину Ddx зазначеної плівки за представленим у неявному виді рівнянням вимірювань R( Tтр - Тос ) ( Ddx )3 - ( Ddx )2 + 2 prопrат (1) а a + Ddx + RT =0 2 2 2 prопrат ( prоп )3 rат отриманому на основі рівняння стану реального газу (- рівняння Ван-дер-Ва-альса), або за рівнянням вимірювань Dd x = y де R(Tтр - Тос ) 2 k 3rат ( prвп ) (2) 7 86512 y = 3 - q / k 2 + q2 / k 2 + p3 / k 3 + 2 3 + 3 - q / k2 8 ла 3) перетворюється у код числа NToc за допомо; 2 q / k 2 + p3 / k 3 2 3 2 k 0 é R(Tтр - Toc ) ù а ú + p=- 3 ê ; 2 2 k 3 ê prвпrат ú ( prвп )rат ë û 3 k 0 R(Tтр - Т ос ) k é R(Tтр - Тос ) ù а ú - 3 q= 2 ê + 2 2 2 k3 k 3 ê prопrат ú prвпrат prвпrат û 3 ë ; RТ oc a + 2 2 2 (prвп )2 rат prопrат R універсальна газова постійна (R= r0n 0 /Т0=0,082 [л·ат./°К]); а - складова, що вра ховує притягання молекул у плівці конденсату вологи в результаті міжмолекулярної взаємодії і має розмірність тиску на об’єм у квадраті ([a]=[ат..л2]); 2 rат - атмосферний тиск; prвп - площа дзеркальної відбиваючої поверхні; rвп - радіус цієї поверхні; 2 a=RTKV0k k3 / k3 , Тк і V0к - параметри критичного 2 стану газу (повітря); k2=2; k3=3 . Порівнюють отримане значення товщини плівки (1) чи (2) з результат з апріорі заданим і нормованим значенням { Ddн }. При { Ddх }