أداة قياس واسعة النطاقالرطوبة (وغيرها من الغازات) هي الرطوبة التكثيف. يتمثل مبدأ التشغيل في قياس درجة الحرارة ، التي تسمى نقطة الندى ، والتي يبدأ فيها تكثف الرطوبة من الهواء.
مقياس الرطوبة يقيس محتوى الرطوبة في الهواء ،والتي يمكن أن تمثلها القيمة المطلقة أو النسبية. يعطي أولهم كتلة من بخار الماء في متر مكعب واحد. م من الهواء عند درجة حرارة معينة. لكن الثاني يوضح مدى قرب بخار الماء من حالة التشبع ، أي إلى التوازن الديناميكي مع الطور السائل - عندما لا يكون هناك تبخر أو تكاثف. إنها تساوي نسبة الرطوبة المطلقة المقاسة إلى الرطوبة المطلقة في حالة التشبع. عندما يتم تشبع بخار الماء في الهواء (مرة أخرى ، عند درجة حرارة معينة) ، تكون الرطوبة النسبية لهذا الهواء 100٪. في الهواء ، مع بخار الماء غير المشبع ، يكون أقل بالمقابل.
مبدأ تشغيل أي جهاز لتحديدتتكون رطوبة الهواء ، كقاعدة عامة ، من قياس بعض القيم الأخرى ، مثل درجة الحرارة أو الضغط أو الكتلة أو التغيرات الميكانيكية والكهربائية في مادة تمتص الرطوبة. عن طريق المعايرة والحساب المناسبين ، يمكن أن تؤدي هذه القيم المقاسة إلى تحديد الرطوبة المطلقة أو النسبية. تلعب درجة الحرارة التي يحدث فيها تشبع البخار ، والتي تسمى نقطة الندى ، دورًا مهمًا للغاية في هذه العملية. وكقاعدة عامة ، تقيس الأجهزة الإلكترونية الحديثة لتحديد درجة رطوبة الهواء هذه درجة الحرارة أو التغيرات في السعة الكهربائية أو مقاومة المواد المختلفة التي تمتص الرطوبة ، والتي يتم تحويلها (تلقائيًا) إلى مؤشرات للرطوبة.
ويستند عمله بالتحديد على القياسبخار الماء في الهواء باستخدام طريقة نقطة الندى. تتضمن هذه الطريقة تبريد السطح ، وعادةً ما يكون مرآة معدنية ، إلى درجة حرارة يكون فيها الماء الموجود على سطح المرآة في حالة توازن مع ضغط بخار الماء في عينة الغاز أعلى السطح. عند درجة الحرارة هذه ، لا تزداد كتلة الماء على سطح المرآة (عندما يكون السطح باردًا جدًا) ولا تقل (عندما يكون السطح دافئًا جدًا) ، أي أن البخار الموجود أعلى المرآة في حالة توازن ديناميكي مع تكثيف الماء على المرآة (يشبع البخار).
هذه المرآة مصنوعة من مواد ذاتالموصلية الحرارية الجيدة (مثل الفضة أو النحاس) ومغلفة بطبقة من معدن خامل مثل الايريديوم أو الروبيديوم أو النيكل أو الذهب لمنع التشويه والأكسدة. يتم تبريد المرآة باستخدام مبرد كهروحراري (تأثير بلتيير) قبل تكوين المكثفات. يتم توجيه شعاع ضوئي ، كقاعدة عامة ، من الصمام الثنائي الباعث للضوء واسع النطاق ذي الحالة الصلبة ، إلى سطح المرآة ، ويراقب كاشف ضوئي الضوء المنعكس ، والذي يكون تدفقه أقصى عندما لا يكون هناك تكثيف على المرآة.
عندما تتشكل قطرات الندى على المرآةسطح المرآة ، يتناثر الضوء المنعكس. في الوقت نفسه ، ينخفض تدفقه الذي يدخل إلى جهاز الكشف الضوئي ، مما يؤدي إلى تغيير في إشارة خرج الأخير. يتم التحكم في هذا بدوره بواسطة نظام تحكم في المبرد التناظري أو الرقمي الحراري ، والذي يحافظ على درجة حرارة مرآة ثابتة عند نقطة الندى. مع نظام مصمم بشكل صحيح ، يتم الحفاظ على المرآة عند درجة حرارة يكون فيها معدل التكثيف مساوياً تمامًا لمعدل تبخر طبقة الندى. يقيس مقياس الحرارة المصغر المقاوم للبلاتين (PRT) المركب في المرآة درجة حرارته عند هذه النقطة ، والتي يتم تحويلها تلقائيًا إلى قراءة الرطوبة.
رطوبة لقياس رطوبة الهواءيتضمن هذا التصميم أيضًا مضخة تفريغ لضخ الجزء الذي تم تحليله من الغاز وعناصر ترشيح إضافية في الظروف المتسخة.
يتم استخدام هذه الأجهزة ، على أساس مبدأ بسيط من التشغيل ، مع مجموعة واسعة من القياسات ، ودقة عالية واستقرار للقراءات ، على نطاق واسع في الصناعة وفي البحث العلمي. رطوبة تكثيف نموذجية ، على عكسيمكن جعل العديد من مستشعرات الرطوبة الأخرى مستقرة للغاية ، وخالية من التآكل تقريبًا ، مما يقلل من الحاجة إلى إعادة المعايرة. رطوبة الرطوبة عند نقطة الندى قادرة على قياسه في نطاق درجة الحرارة من 100 درجة مئوية إلى الحد الأدنى -70 درجة مئوية. علاوة على ذلك ، دقة القياس هي أعشار الدرجة.
العديد من رطوبة هذا التصميممجهزة بالتحكم في المعالجات الدقيقة وبالاقتران مع مستشعر درجة حرارة مقاوم قادرة على حساب وعرض معلمات الرطوبة على المؤشر الخارجي بالإضافة إلى أو بدلاً من نقطة الندى. بالإضافة إلى ذلك ، تسمح هذه الأجهزة بنقل النتائج باستخدام التكنولوجيا اللاسلكية. بطبيعة الحال ، يتم استخدام هذه الأجهزة على نطاق واسع كجزء من أنظمة صناعية مختلفة لجمع البيانات والتحكم في العمليات التكنولوجية ذات الصلة.
كم يمكن أن يكلف مقياس الرطوبة؟يتم تحديد سعره ، بطبيعة الحال ، بشكل أساسي من خلال مجموعة من الوظائف المنفذة ، اعتمادًا على مدى توفر وتعقيد نظام التحكم الإلكتروني للجهاز. لذا ، فإن رطوبة تكثيف ثابتة تشبه منظار الذبذبات الرقمي يكلف 4000 دولار على الأقل. يمكن أن تكلف النماذج "المتقدمة" بشكل خاص أكثر من 10000 دولار. في السوق ، يمكنك العثور على مقياس رطوبة محمول يعمل بكامل طاقته. سعره من 1 إلى 2 ألف دولار.
في حين يعتبر نظام مقاييس الرطوبة قيد النظر هو الأكثر فعالية في عملية القياس ، إلا أن عيبه هو التلوث الحتمي لأجزاء مسار القياس أثناء التشغيل.
رطوبة مجهزة بمرايا مبردةتميل إلى زيادة عدم دقة القياس بسبب وجود الملوثات القابلة للذوبان وغير القابلة للذوبان المودعة في المرآة. تؤثر الجسيمات غير القابلة للذوبان على الخصائص البصرية للمرآة. يضمن الغبار المعتدل أو ظهور الجسيمات غير القابلة للذوبان على المرآة وجود مراكز تركيز يمكن أن تتكون عليها الندى أو الصقيع ، وبالتالي زيادة وقت استجابة الجهاز. تؤثر الشوائب القابلة للذوبان على ضغط بخار الرطوبة المكثفة على المرآة ، مما يغير نقطة الندى. تتضمن مقاييس الرطوبة الحديثة (على الأقل نماذجها الأكثر تعقيدًا) وظائف "الاختبار الذاتي" التي تسمح للجهاز بالكشف عن التلوث والاستجابة له من خلال إدخال التعديلات المناسبة على الخوارزميات لحساب مؤشرات الرطوبة.
بغض النظر عن توفر مثل هذه القدرات ، فإن جميع مقاييس الرطوبة تقريبًا التي يتم النظر فيها تحتاج إلى فحص وتنظيف دوريين.
ما يوصي به مستخدم الجهاز في هذابمعنى تعليماته. يجب تنظيف مقياس الرطوبة الذي يكون حساسًا للتلوث بشكل دوري لضمان استقرار نتائج القياس ، على الرغم من أن هذا قد يزيد من تكلفة صيانته. عادة ما يتم فحص مرآة الجهاز باستخدام المجهر المدمج ، ويتم صيانتها يدويًا بعد فتح حجرة القياس.
إذا تم تنظيف سطح المرآةالتردد المطلوب في تعليمات الاستخدام بهذه الطريقة يمكنك الحفاظ على دقة القياسات. عادة ما يتم توفير الوصول المريح إلى سطح المرآة للتنظيف عن طريق المفصلة بين المكونات البصرية والمرآة. في السوق الآن يمكنك العثور على أي رطوبة تكثيف يحتاجها المستهلك. تُظهر الصورة أدناه مثالاً على تنفيذها.
تم تصميمها وتشغيلها على النحو الواجبيوفر مقياس الرطوبة مع مرآة مبردة قياسات للرطوبة بدقة عدة مرات من الحجم أكبر مما تسمح به مقاييس الرطوبة الشائعة الأخرى. إن دقة القياسات المتأصلة ، خاصة عند تجهيزها بمقياس حرارة مقاومة البلاتين لقياس درجة الحرارة ومرآة وميكروسكوب ذو طاقة متوسطة لرصد حالة المرآة ، يجعلها مثالية للقياسات المترولوجية. تفتح إمكانيات نقل المعلومات عبر قنوات الاتصال الرقمية اللاسلكية إمكانيات واسعة لاستخدام مقاييس الرطوبة هذه في الأنظمة العالمية لجمع ومعالجة معلومات الأرصاد الجوية.
هذه الأدوات لتحديد رطوبة الهواءمثالية لقياس قيمته المطلقة في مختبرات مناخ المصنع. غالبًا ما يتم استخدامها كمراجع لرصد دقة الأدوات الأخرى ، مثل أجهزة استشعار الرطوبة النسبية ، المستخدمة للتحكم في الكاميرات للاختبار المناخي.
الاستقرار الماديإن أجهزة قياس الرطوبة المستخدمة في التصاميم ، بالإضافة إلى إمكانية تنظيفها المتعدد ، تجعل الأجهزة مناسبة للخدمة طويلة المدى في البيئات مع وجود معظم الملوثات دون فقد المعايرة. هذا الاستقرار في الخصائص يجعلها مناسبة للاستخدام في تدفقات الغاز ، حيث يكون للمستويات العالية من الملوثات في عينات الغاز تأثيرات ضارة لا رجعة فيها على أنواع أقل استقرارًا من أجهزة استشعار الرطوبة. على سبيل المثال ، يستخدم هذا النوع من مقياس الرطوبة على نطاق واسع للتحكم في نقطة الندى أثناء التصلب الحراري لأسطح المنتجات المعدنية في الهواء ذات الشوائب الخاصة. في مثل هذه الحالات ، من المستحسن بشكل خاص توفير سهولة الوصول إلى المرآة للتنظيف.
عمليات التغليف المتخصصةغالبًا ما يتم التحكم في إنتاج المستحضرات الصيدلانية والأفلام والطلاء وغيرها من المنتجات بواسطة مقياس رطوبة مع مرآة مبردة. مرة أخرى ، يتأثر اختيارهم في هذه الحالة باستقرار دقة القياسات وعمر الخدمة الطويل. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن هذه العمليات عادة ما تكون أقل حساسية لتكاليف الأجهزة ، فإن التكلفة العالية لمقاييس الرطوبة هذه ليست عاملاً محددًا في اختيار مخطط مراقبة الرطوبة.
غالبًا ما يتم اختيار مقاييس الرطوبة من هذا النوعقياس درجات حرارة نقطة الندى فوق درجة الحرارة المحيطة. تم استخدام الأدوات ذات المرايا المبردة في عام 1966 لمراقبة خلايا وقود الهيدروجين أبولو التي تعمل عند 250 درجة مئوية وضغط 700 رطل لكل بوصة مربعة. مع تقنيات تبريد المرآة الكهروحرارية الحالية ، يمكن قياس نقاط الندى حتى 100 درجة مئوية (وأعلى ، بشرط أن يكون الضغط أعلى من الغلاف الجوي) بسهولة. في مثل هذه الحالات ، يجب أن تكون درجة حرارة جميع أسطح حجرة القياس التي تتلامس مع عينة الغاز أعلى من أعلى نقطة ندى متوقعة ، وإلا سيحدث تكثف على هذه الأسطح ، وسيكون القياس خاطئًا.
في رطوبة مصممة لقياسنقطة الندى لغازات درجة الحرارة المرتفعة ، من الشائع استخدام السخانات الكهربائية مع وحدة تحكم في درجة الحرارة للحفاظ على درجة حرارة جدران حجرة القياس فوق أعلى نقاط الندى المتوقعة. يتم الحفاظ على المكونات الضوئية الصلبة ، مثل مصابيح LED وأجهزة الكشف ، عند درجة حرارة التشغيل المقدرة (عادة 85 درجة مئوية) لمنع تدميرها وفشل مقياس الرطوبة. يمكن تحقيق ذلك عن طريق عزل هذه المكونات حرارياً من حجرة القياس المسخنة.
