Široko používaný merací prístrojvlhkosť vzduchu (a iných plynov) je kondenzačný vlhkomer. Jeho princíp činnosti spočíva v meraní teploty nazývanej rosný bod, pri ktorej začína kondenzácia vlhkosti zo vzduchu.
Vlhkomer meria obsah vlhkosti vo vzduchu,ktoré môžu byť vyjadrené absolútnymi alebo relatívnymi hodnotami. Prvý z nich dáva iba hmotnosť vodnej pary v 1 metri kubickom. m vzduchu pri danej teplote. Ale druhá ukazuje, ako blízko je vodná para vo vzduchu k stavu nasýtenia, to znamená k dynamickej rovnováhe s jeho kvapalnou fázou - keď nedochádza k odparovaniu alebo kondenzácii. Rovná sa pomeru nameranej absolútnej vlhkosti vzduchu k jeho absolútnej vlhkosti v stave nasýtenia. Keď je vodná para vo vzduchu nasýtená (opäť pri danej teplote), relatívna vlhkosť vzduchu je 100%. Pre vzduch s nenasýtenými vodnými parami je to zodpovedajúco menej.
Princíp činnosti každého zariadenia na určenievlhkosť vzduchu spravidla spočíva v meraní nejakej inej veličiny, ako je teplota, tlak, hmotnosť alebo mechanické a elektrické zmeny látky, ktorá absorbuje vlhkosť. Vhodnou kalibráciou a výpočtom môžu tieto namerané hodnoty viesť k určeniu absolútnej alebo relatívnej vlhkosti. Veľmi dôležitú úlohu v tomto procese zohráva teplota, pri ktorej sa para nasýti, ktorá sa nazýva rosný bod. Moderné elektronické prístroje na určovanie vlhkosti vzduchu spravidla merajú presne túto teplotu alebo zmeny elektrickej kapacity alebo odporu rôznych látok absorbujúcich vlhkosť, ktoré sa potom (automaticky) prevádzajú na indikátory vlhkosti.
Jeho práca je založená presne na meraníobsah vodnej pary vo vzduchu metódou rosného bodu. Táto metóda spočíva v ochladení povrchu, zvyčajne kovového zrkadla, na teplotu, pri ktorej je voda na povrchu zrkadla v rovnováhe s tlakom vodnej pary vo vzorke plynu nad povrchom. Pri tejto teplote sa hmotnosť vody na povrchu zrkadla ani nezvyšuje (ak je povrch príliš studený), ani sa neznižuje (ak je povrch príliš teplý), to znamená, že para nad zrkadlom je v dynamickej rovnováhe s kondenzátom vody na zrkadle (para je nasýtená).
Takéto zrkadlo je vyrobené z materiálu sdobrá tepelná vodivosť (napríklad striebro alebo meď) a je pokrytá inertným kovom, ako je irídium, rubídium, nikel alebo zlato, aby sa zabránilo poškodeniu farbou a oxidáciou. Zrkadlo sa ochladí pomocou termoelektrického chladiča (Peltierov efekt) skôr, ako sa začne vytvárať kondenzácia. Lúč svetla, zvyčajne z polovodičovej širokopásmovej diódy vyžarujúcej svetlo v tuhej fáze, je nasmerovaný na povrch zrkadla a fotodetektor sleduje odrazené svetlo, ktorého tok je pri absencii kondenzácie na zrkadle maximálny.
Keď sa na zrkadle tvoria kvapky rosypovrchu zrkadla, je odrazené svetlo rozptýlené. V takom prípade sa jeho tok vstupujúci do fotodetektora zmenšuje, čo vedie k zmene jeho výstupného signálu. To je zase riadené analógovým alebo digitálnym termoelektrickým riadiacim systémom chladiča, ktorý udržuje stabilnú teplotu zrkadla v rosnom bode. Pri správne navrhnutom systéme sa zrkadlo udržuje na teplote, pri ktorej je rýchlosť kondenzácie presne rovnaká ako rýchlosť odparovania rosnej vrstvy. Precízny miniatúrny platinový odporový teplomer (PRT) namontovaný v zrkadle meria v tomto okamihu svoju teplotu, ktorá sa automaticky prevedie na nameranú hodnotu vlhkosti.
Vlhkomer na meranie vlhkosti vzduchuUvažovaná konštrukcia obsahuje aj vákuové čerpadlo na čerpanie analyzovanej časti plynu a ďalšie filtračné prvky v špinavých podmienkach.
Takéto zariadenia založené na jednoduchom princípe fungovania so širokým rozsahom merania, vysokou presnosťou a stabilitou snímania sú široko používané v priemysle a vo vedeckom výskume. Na rozdiel od toho typický kondenzačný vlhkomermnoho ďalších senzorov vlhkosti je možné vyrobiť ako veľmi stabilné, prakticky nezničiteľné, čo minimalizuje potrebu opätovnej kalibrácie. Vlhkomer s rosným bodom je schopný ho merať v teplotnom rozmedzí od 100 ° C do minimálne -70 ° C. V takom prípade je presnosť merania desatina stupňa.
Mnoho vlhkomerov daného dizajnuvybavené mikroprocesorovým riadením a v kombinácii s RTD snímačom teploty sú schopné vypočítať a zobraziť akékoľvek požadované parametre vlhkosti okrem alebo namiesto rosného bodu. Tieto zariadenia navyše umožňujú prenos výsledkov pomocou bezdrôtovej technológie. Takéto zariadenia sa prirodzene široko používajú ako súčasť rôznych priemyselných systémov na automatizovaný zber údajov a správu zodpovedajúcich technických procesov.
Koľko môže taký vlhkomer stáť?Jeho cenu samozrejme určuje hlavne súbor implementovaných funkcií v závislosti od dostupnosti a zložitosti elektronického riadiaceho systému zariadenia. Napríklad stacionárny kondenzačný vlhkomer, ktorý vyzerá ako digitálny osciloskop, stojí najmenej 4 000 dolárov. Obzvlášť „pokročilé“ modely môžu stáť viac ako 10 000 dolárov. Na trhu nájdete aj plne funkčný prenosný vlhkomer. Jeho cena sa pohybuje od 1 do 2 tisíc dolárov.
Aj keď sa uvažovaný systém vlhkomeru považuje za najefektívnejší v procese merania, jeho nevýhodou je nevyhnutné znečistenie častí meracej dráhy počas prevádzky.
Vlhkomery vybavené chladenými zrkadlami,majú tendenciu zvyšovať nepresnosť meraní v dôsledku prítomnosti rozpustných a nerozpustných kontaminantov uložených na zrkadle. Nerozpustné častice ovplyvňujú optický výkon zrkadla. Mierna prašnosť alebo vzhľad nerozpustných častíc na zrkadle poskytujú koncentračné centrá, kde sa môže tvoriť rosa alebo mráz, čím sa zvyšuje doba odozvy prístroja. Rozpustné nečistoty ovplyvňujú hodnotu tlaku pár zo skondenzovanej vlhkosti na zrkadle, čo posúva rosný bod. Moderné meracie vlhkomery (aspoň ich sofistikovanejšie modely) obsahujú funkcie „autotestu“, ktoré umožňujú zariadeniu detegovať a reagovať na kontamináciu príslušným prispôsobením algoritmov výpočtu vlhkosti.
Bez ohľadu na dostupnosť týchto funkcií je potrebné pravidelne kontrolovať a čistiť takmer všetky uvažované vlhkomery.
Čo v tomto odporúča používateľ zariadeniazmysel jeho pokynu. Vlhkomer, ktorý je citlivý na kontamináciu, je potrebné pravidelne čistiť, aby sa zabezpečili stabilné výsledky merania, aj keď to môže zvýšiť náklady na údržbu. Kontrola zrkadla prístroja sa zvyčajne vykonáva pomocou zabudovaného mikroskopu a jeho údržba sa vykonáva manuálne po otvorení meracieho priestoru.
Pri čistení zrkadlového povrchu pomocoufrekvenciu požadovanú v návode na jej obsluhu, týmto spôsobom môžete udržiavať presnosť meraní. Pohodlný prístup k povrchu zrkadla na čistenie je zvyčajne zaistený závesom medzi optickými súčasťami a zrkadlom. Na trhu teraz nájdete akýkoľvek kondenzačný vlhkomer, ktorý spotrebiteľ potrebuje. Na fotografii nižšie je príklad jeho vykonania.
Správne navrhnutý a prevádzkovanýVlhkomer s chladeným zrkadlom poskytuje merania vlhkosti s presnosťou o niekoľko rádov väčšou ako iné populárne vlhkomery. Ich inherentná presnosť merania, najmä ak sú vybavené platinovým odporovým teplomerom na meranie teploty, zrkadlom a stredne výkonným mikroskopom na monitorovanie zrkadla, sú ideálne pre metrologické merania. Možnosti prenosu informácií prostredníctvom bezdrôtových digitálnych komunikačných kanálov otvárajú široké možnosti využitia takýchto vlhkomerov v globálnych systémoch na zber a spracovanie meteorologických informácií.
Tieto zariadenia na zisťovanie vlhkosti vzduchuideálne na meranie jeho absolútnej hodnoty v priemyselných klimatických laboratóriách. Často sa používajú ako referenčné štandardy na kontrolu presnosti iných prístrojov, ako sú napríklad snímače relatívnej vlhkosti používané na kontrolu klimatických testovacích komôr.
Stabilita vlastností materiálu,Vlhkomery použité v týchto konštrukciách, ako aj možnosť ich opakovaného čistenia predurčujú prístroje na veľmi dlhodobú prevádzku v prostrediach s prítomnosťou väčšiny nečistôt bez straty kalibrácie. Táto stabilita výkonu ich robí vhodnými na použitie v prúdoch plynov, kde vysoké hladiny kontaminantov vo vzorkách plynov majú nezvratne škodlivé účinky na menej stabilné typy snímačov vlhkosti. Napríklad tento typ vlhkomeru je široko používaný na kontrolu rosného bodu počas tepelného vytvrdzovania povrchov kovových výrobkov vo vzdušnom prostredí so špeciálnymi nečistotami. V takýchto prípadoch je obzvlášť žiaduce poskytnúť ľahký prístup k zrkadlu na čistenie.
Špecializované procesy balenia,potrebné pri výrobe liečiv, filmov, náterov a iných produktov sa často monitorujú chladenými zrkadlovými vlhkomermi. Ich výber je v tomto prípade opäť ovplyvnený stabilitou presnosti merania a dlhou životnosťou. Okrem toho, keďže tieto procesy sú zvyčajne menej citlivé na náklady na prístroje, vysoká cena týchto vlhkomerov nie je určujúcim faktorom pri výbere schémy monitorovania vlhkosti.
Často sa volia vlhkomery tohto typumeranie teplôt rosného bodu nad teplotou okolia. Chladené zrkadlové zariadenia sa používali už v roku 1966 na monitorovanie vodíkových palivových článkov v raketách Apollo prevádzkovaných pri teplotách 250 °C a 700 psi. S dnešnými termoelektrickými technológiami chladenia zrkadiel sa dajú ľahko merať rosné body až do 100 °C (a vyššie, za podmienok tlaku nad atmosférickým tlakom). V takýchto prípadoch musia byť všetky povrchy meracieho priestoru vlhkomera, ktoré sú v kontakte so vzorkou plynu, nad najvyšším očakávaným rosným bodom, inak na týchto povrchoch dôjde ku kondenzácii a meranie bude chybné.
Vo vlhkomeroch určených na meranierosného bodu plynov s vysokou teplotou, je bežnou praxou používať elektrické ohrievače s termostatom na udržanie teploty stien meracieho priestoru nad najvyššími očakávanými rosnými bodmi. Polovodičové optické komponenty, ako sú LED diódy a detektory, sú udržiavané pri svojej menovitej prevádzkovej teplote (zvyčajne 85 °C), aby sa zabránilo degradácii a poruche vlhkomera. To sa dá dosiahnuť tepelnou izoláciou týchto komponentov od vyhrievaného meracieho priestoru.
