یک ابزار پرکاربرد برای اندازه گیری رطوبت هوا (و سایر گازها) رطوبت سنج تراکمی است. اصل کار آن اندازه گیری دما است که به آن نقطه شبنم می گویند که در آن تراکم رطوبت هوا شروع می شود.
رطوبت هوا چیست
یک رطوبت سنج میزان رطوبت هوا را اندازه گیری می کند که می تواند به صورت یک مقدار مطلق یا نسبی نمایش داده شود. اولین آنها به سادگی جرم بخار آب را در 1 متر مکعب می دهد. متر هوا در دمای معین. اما مورد دوم نشان می دهد که بخار آب موجود در هوا چقدر به حالت اشباع نزدیک است، یعنی به تعادل دینامیکی با فاز مایع آن - زمانی که نه تبخیر و نه تراکم وجود دارد. برابر است با نسبت رطوبت مطلق اندازه گیری شده هوا به رطوبت مطلق آن در حالت اشباع. هنگامی که بخار آب موجود در هوا اشباع می شود (دوباره در یک دمای معین)، رطوبت نسبی آن هوا 100٪ است. در هوای دارای بخار آب غیراشباع، بر این اساس، کمتر است.
نم سنج چگالشی چگونه کار می کند
اصل کار هر وسیله برای تعیین رطوبت هوا، قاعدتاً اندازه گیری مقدار دیگری مانند دما، فشار، جرم یا تغییرات مکانیکی و الکتریکی در ماده ای است که رطوبت را جذب می کند.. با کالیبراسیون و محاسبه مناسب، این مقادیر اندازه گیری شده می تواند منجر به تعیین رطوبت مطلق یا نسبی شود. نقش بسیار مهمی در این فرآیند دمایی که در آن اشباع بخار رخ می دهد، ایفا می کند که نقطه شبنم نامیده می شود. به عنوان یک قاعده، دستگاه های الکترونیکی مدرن برای تعیین رطوبت هوا، این دما یا تغییرات در ظرفیت الکتریکی یا مقاومت مواد جاذب مختلف را اندازه گیری می کنند و سپس (به طور خودکار) به نشانگرهای رطوبت تبدیل می شوند.
دستگاه رطوبت سنج تراکم
کار او دقیقاً بر اساس اندازه گیری بخار آب موجود در هوا به روش نقطه شبنم است. این روش شامل خنک کردن یک سطح، معمولاً یک آینه فلزی، تا دمایی است که در آن آب روی سطح آینه با فشار بخار آب موجود در گاز نمونه بالای سطح در تعادل باشد. در این دما، جرم آب روی سطح آینه نه افزایش می یابد (اگر سطح خیلی سرد باشد) و نه کاهش می یابد (اگر سطح خیلی گرم باشد)، یعنی بخار بالای آینه در تعادل دینامیکی با میعانات آب قرار دارد. آینه (بخار اشباع شده است).
این آینه از ماده ای با رسانایی حرارتی خوب (مانند نقره یا مس) ساخته شده است.با یک فلز بی اثر مانند ایریدیوم، روبیدیم، نیکل یا طلا روکش شده تا از کدر شدن و اکسید شدن جلوگیری شود. آینه توسط یک خنک کننده ترموالکتریک (اثر پلتیه) تا تشکیل میعان خنک می شود. یک پرتو نور، معمولاً از یک دیود ساطع کننده نور پهن باند حالت جامد، به سطح آینه هدایت می‌شود و یک آشکارساز نوری نور منعکس‌شده را نظارت می‌کند، که جریان آن در زمانی که تراکم روی آینه وجود ندارد، حداکثر است.
روش عملکرد رطوبت سنج آینه کودک
وقتی قطرات شبنم روی سطح آینه آینه ایجاد می شود، نور منعکس شده پراکنده می شود. در این حالت، شار ورودی آن به ردیاب نوری کاهش می یابد، که منجر به تغییر در سیگنال خروجی دومی می شود. این به نوبه خود توسط یک سیستم کنترل خنک کننده ترموالکتریک آنالوگ یا دیجیتال کنترل می شود که دمای آینه را در نقطه شبنم ثابت نگه می دارد. با سیستمی که به درستی طراحی شده باشد، آینه در دمایی نگهداری می شود که سرعت تراکم دقیقاً برابر با میزان تبخیر لایه شبنم باشد. یک دماسنج مینیاتوری مقاومتی پلاتینیومی دقیق (PRT) که در آینه نصب شده است، دمای آن را در آن نقطه اندازه‌گیری می‌کند، که به طور خودکار به اندازه‌گیری رطوبت تبدیل می‌شود.
رطوبت سنج برای اندازه گیری رطوبت هوا طرح در نظر گرفته شده همچنین شامل یک پمپ خلاء برای پمپاژ در قسمت تجزیه شده گاز و عناصر فیلتر اضافی در شرایط کثیف است.
مزایای رطوبت سنج های در نظر گرفته شده
اینگونه ابزارها، بر اساس یک اصل ساده کارکرد، با محدوده اندازه گیری گسترده، دقت بالا و قرائت های پایدار، به طور گسترده در صنعت و تحقیقات علمی مورد استفاده قرار می گیرند. یک رطوبت سنج معمولی نقطه شبنم، بر خلاف بسیاری از سنسورهای رطوبت دیگر، می تواند بسیار پایدار، عملاً مقاوم در برابر سایش باشد و نیاز به کالیبراسیون مجدد را به حداقل برساند. رطوبت سنج نقطه شبنم قادر است نقطه شبنم را در محدوده دمایی 100 درجه سانتی گراد تا حداقل 70- درجه سانتی گراد اندازه گیری کند. در این مورد، دقت اندازه گیری یک دهم درجه است.
بسیاری از رطوبت‌سنج‌های طرح مورد نظر مجهز به کنترل ریزپردازنده هستند و در ترکیب با یک سنسور دمای مقاومتی، قادرند پارامترهای رطوبت مورد نظر را علاوه بر نقطه شبنم یا به جای آن، محاسبه و بر روی یک نشانگر خارجی نمایش دهند. علاوه بر این، این دستگاه ها امکان انتقال نتایج را با استفاده از فناوری بی سیم فراهم می کنند. به طور طبیعی، چنین دستگاه هایی به طور گسترده به عنوان بخشی از سیستم های مختلف صنعتی برای جمع آوری خودکار داده ها و کنترل فرآیندهای فنی مربوطه استفاده می شود.
هزینه یک رطوبت سنج مانند این چقدر است؟ قیمت آن، البته، بسته به در دسترس بودن و پیچیدگی سیستم کنترل الکترونیکی دستگاه، عمدتاً توسط مجموعه عملکردهای اجرا شده تعیین می شود. بنابراین، یک رطوبت سنج متراکم ثابت که شبیه یک اسیلوسکوپ دیجیتال است، حداقل 4000 دلار قیمت دارد. به خصوص مدل های "پیشرفته" می توانند بیش از 10000 دلار قیمت داشته باشند. در فروشگاههمچنین می توانید یک رطوبت سنج قابل حمل کاملاً کاربردی پیدا کنید. قیمت آن از 1 تا 2 هزار تومان است.
معایب رطوبت سنج تراکمی
در حالی که سیستم رطوبت سنج در نظر گرفته شده کارآمدترین سیستم در فرآیند اندازه گیری در نظر گرفته می شود، عیب آن آلودگی اجتناب ناپذیر قسمت های مسیر اندازه گیری در حین کار است.
رطوبت‌سنج‌های مجهز به آینه‌های سرد، به دلیل وجود آلاینده‌های محلول و نامحلول رسوب‌شده روی آینه، باعث افزایش عدم دقت اندازه‌گیری می‌شوند. ذرات نامحلول بر ویژگی های نوری آینه تأثیر می گذارد. گرد و غبار متوسط یا ظاهر شدن ذرات نامحلول روی آینه، مراکز تمرکزی را ایجاد می کند که شبنم یا یخ زدگی در آنها ایجاد می شود و در نتیجه زمان پاسخ دهی دستگاه را افزایش می دهد. ناخالصی های محلول بر میزان فشار بخار ناشی از رطوبت متراکم روی آینه تأثیر می گذارد که نقطه شبنم را تغییر می دهد. رطوبت‌سنج‌های اندازه‌گیری مدرن (حداقل مدل‌های پیچیده‌تر آنها) دارای ویژگی‌های «خودآزمایی» هستند که به دستگاه اجازه می‌دهند با انجام تنظیمات مناسب در الگوریتم‌های محاسبه رطوبت، آلودگی را شناسایی کرده و به آن واکنش نشان دهند.
صرف نظر از این قابلیت ها، تقریباً همه رطوبت سنج های مورد نظر باید به طور دوره ای بررسی و تمیز شوند.
تعمیر و نگهداری رطوبت سنج های آینه سرد
دستورالعمل از این نظر چه چیزی را به کاربر دستگاه توصیه می کند. رطوبت سنج حساس به کثیفی باید باشدبه طور دوره ای تمیز شود تا از پایداری نتایج اندازه گیری اطمینان حاصل شود، اگرچه ممکن است هزینه نگهداری آن افزایش یابد. بازرسی آینه دستگاه معمولاً با استفاده از میکروسکوپ داخلی انجام می شود و پس از باز کردن محفظه اندازه گیری، تعمیر و نگهداری آن به صورت دستی انجام می شود.
اگر تمیز کردن سطح آینه با فرکانس مورد نیاز در دستورالعمل عملکرد آن انجام شود، از این طریق می توان دقت اندازه گیری ها را حفظ کرد. دسترسی راحت به سطح آینه برای تمیز کردن معمولاً توسط یک لولا بین اجزای نوری و آینه فراهم می شود. اکنون می توانید هر رطوبت سنج چگالشی که مصرف کننده به آن نیاز دارد را در بازار پیدا کنید. عکس زیر نمونه ای از اجرای آن را نشان می دهد.
استفاده از رطوبت سنج در مترولوژی
یک رطوبت سنج آینه سرد که به درستی طراحی و نگهداری می شود، اندازه گیری رطوبت را با دقت بیشتری نسبت به سایر رطوبت سنج های رایج ارائه می دهد. دقت اندازه گیری ذاتی آن، به ویژه هنگامی که مجهز به دماسنج مقاومتی پلاتین برای اندازه گیری دما، یک آینه و یک میکروسکوپ با توان متوسط برای نظارت بر آینه باشد، آن را برای اندازه گیری های اندازه شناسی ایده آل می کند. امکان انتقال اطلاعات از طریق کانال های ارتباطی دیجیتال بی سیم، امکانات گسترده ای را برای استفاده از چنین رطوبت سنج هایی در سیستم های جهانی برای جمع آوری و پردازش اطلاعات هواشناسی ایجاد می کند.
استفاده در آزمایشگاه های کارخانه و محیط های آلوده
این رطوبت سنج هوا برای اندازه گیری مقدار مطلق آن در آزمایشگاه های آب و هوای کارخانه ایده آل است. آنها اغلب به عنوان مرجع برای کنترل دقت ابزارهای دیگر، مانند سنسورهای رطوبت نسبی مورد استفاده برای کنترل محفظه های آزمایش محیطی استفاده می شوند.
پایداری مواد به کار رفته در ساخت این رطوبت سنج ها و همچنین قابلیت تمیز کردن مکرر آنها، ابزار را برای عمر بسیار طولانی در محیط هایی با اکثر آلاینده ها بدون از دست دادن کالیبراسیون مناسب می کند. این پایداری عملکرد، آنها را برای استفاده در جریان‌های گازی مناسب می‌سازد که در آن سطوح بالای آلاینده‌ها در نمونه‌های گاز به طور غیرقابل برگشتی برای انواع کمتر پایدار سنسورهای رطوبت مضر هستند. به عنوان مثال، این نوع رطوبت سنج به طور گسترده ای برای کنترل نقطه شبنم در هنگام سخت شدن حرارتی سطوح محصولات فلزی در یک محیط هوا با ناخالصی های خاص استفاده می شود. در چنین مواردی، دسترسی آسان به آینه برای تمیز کردن بسیار مطلوب است.
تولید حساس به رطوبت
فرایندهای بسته بندی تخصصی مورد نیاز در تولید داروها، فیلم ها، پوشش ها و سایر محصولات اغلب توسط رطوبت سنج های آینه ای سرد کنترل می شوند. باز هم، انتخاب آنها در این مورد تحت تأثیر پایداری دقت اندازه گیری و عمر طولانی است. علاوه بر این، از آنجایی که این فرآیندها نسبت به آنها حساسیت کمتری دارندهزینه های ابزار، هزینه بالای این رطوبت سنج ها عامل تعیین کننده ای در انتخاب یک طرح نظارت بر رطوبت نیست.
گازهای با دمای بالا و نقطه شبنم آنها
این نوع رطوبت سنج اغلب برای اندازه گیری دمای نقطه شبنم بالاتر از دمای محیط انتخاب می شود. ابزارهای آینه سرد در اوایل سال 1966 برای نظارت بر پیل های سوختی هیدروژنی موشک آپولو که در دمای 250 درجه سانتیگراد و 700 psi کار می کردند استفاده شد. با فناوری های خنک کننده آینه ترموالکتریک امروزی، نقاط شبنم تا 100 درجه سانتیگراد (و بالاتر، با فرض فشارهای بالاتر از فشار اتمسفر) به راحتی اندازه گیری می شوند. در چنین مواردی، تمامی سطوح محفظه اندازه گیری رطوبت سنج که با نمونه گاز در تماس هستند باید دمایی بالاتر از بالاترین نقطه شبنم مورد انتظار داشته باشند، در غیر این صورت تراکم در این سطوح ایجاد می شود و اندازه گیری اشتباه خواهد بود.
در رطوبت سنج هایی که برای اندازه گیری نقطه شبنم گازهای با دمای بالا طراحی شده اند، استفاده از بخاری های الکتریکی با کنترل ترموستاتیک برای نگه داشتن دیواره های محفظه اندازه گیری بالاتر از بالاترین نقطه شبنم مورد انتظار، معمول است. اجزای نوری حالت جامد مانند LED ها و آشکارسازها در دمای اسمی کارکرد خود (معمولاً 85 درجه سانتیگراد) نگهداری می شوند تا از تخریب و آسیب به رطوبت سنج جلوگیری شود. این را می توان با عایق بندی حرارتی این اجزا از محفظه اندازه گیری گرم شده به دست آورد.
