Определение абсолютной и относительной влажности воздуха: Лабораторная работа №4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ АБСОЛЮТНОЙ И ОТНОСИТЕЛЬНОЙ
ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА
Цель работы: изучить устройство и научиться проводить измерения с помощью
психрометрического
гигрометра
и
аспирационного
психрометра;
научиться определять абсолютную и относительную влажность воздуха
в помещении.
Оборудование:
1) Вода дистиллированная.
2) Психрометрический гигрометр (тип ВИТ-1).
3) Психрометр аспирационный (тип МВ-4М).
4) Линза в оправе.
5) Барометр (общий для всех на стенде «Метеорологические
приборы»).
Цепа деления ... мм.рт.столба
Цена деления ... Па
Содержание работы
Задание первое. Изучение психрометрического гигрометра.
Задание второе. Определение относительной и абсолютной влажности с помощью
психрометрического гигрометра.
Задание третье. Изучение аспирационного психрометра.
Задание четвертое. Определение абсолютной и относительной влажности с помощью
аспирационного психрометра.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
СОСТАВЛЯЮЩИЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ
Высота атмосферы, находящейся над поверхностью Земли, остается неизменной.
Давление, обусловленное высотой столба воздуха, также остается практически
неизменным, однако показания барометра меняются в течение суток, а иногда в течение
нескольких часов. Причина этого явления состоит в том, что в атмосфере содержится
некоторое количество водяных паров. Количество этих водяных паров может меняться в
зависимости от различных условий, влияющих на скорость испарения и конденсации в
той или иной точке земной поверхности.
Таким образом, атмосферное давление состоит из переменной и постоянной
составляющих:
обусловлено высотой
столба воздуха (постоянная
составляющая)
обусловлено
количеством водяного
пара в воздухе
(переменная
составляющая)
АБСОЛЮТНАЯ ВЛАЖНОСТЬ
Водяной пар, находящийся в атмосфере воздуха, может изменяться как по количеству
его содержания в воздухе, так и по состоянию насыщения. Для характеристики водяного
пара в атмосфере вводят понятие абсолютной влажности.
Абсолютная влажность – это количество водяного пара, содержащегося в 1м3
воздуха при данных условиях.
Обозначается абсолютная влажность ρА, т.е. абсолютная влажность оценивается по
плотности водяного пара.
Размерность абсолютной влажности совпадает с размерностью плотности [ρА] =
кг/м3, допускается и употребление размерности [ρА] = г/м3.
Абсолютную влажность можно определить и через давление водяного пара.
Абсолютная влажность измеряется давлением водяного пара, находящегося в 1 м3
воздуха.
В этом случае абсолютная влажность обозначается РА .
Размерность [РА] = кПа или допускается [РА] = мм. ртутного столба.
ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА
ТОЧКА РОСЫ
Введенное понятие абсолютной влажности является недостаточным, т.к. обычно
интересуются не абсолютным содержанием водяных паров в воздухе, а в какой степени
водяной пар близок к состоянию насыщения. Поэтому вводят понятие относительной
влажности.
Относительная влажность – отношение влажности абсолютной к плотности
(давлению) насыщенного пара при данной температуре.
Температура, при которой ненасыщенный пар переходит в состояние насыщения,
называется температурой росы или точкой росы.
Относительную влажность обычно выражают в процентах.
Количество водяного пара, необходимое для насыщения и давление насыщенного
водяного пара дается в справочных таблицах.
ПСИХРОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА
Понятие метода
Одним из наиболее точных и распространенных методов определения влажности
является психрометрический метод. В нашей работе используется психрометрический
гигрометр и аспирационный психрометр.
Оба прибора состоят из 2-х одинаковых термометров, помещенных на одном штативе.
Шарик одного из термометров обвязывается батистом, конец которого опущен в
стаканчик с дистиллированной водой. С поверхности этого шарика происходит
испарение воды, скорость испарения зависит от влажности окружающего воздуха. Чем
дальше от состояния насыщения пар в воздухе, тем быстрее будет происходить испарение
с поверхности шарика, обернутого батистом, и тем ниже будут его показания, т.к.
испарение сопровождается понижением температуры вещества, с поверхности которого
происходит испарение.
Таким образом разность показаний сухого и влажного термометра зависит от
относительной влажности воздуха.
Вывод формулы психрометрической постоянной для гигрометра
Каждый прибор характеризуется постоянной, зависящей от способа измерения
величины и его конструкции.
Получим психрометрическую постоянную для психрометрического гигрометра.
Сухой термометр показывает температуру воздуха, а смоченный термометр покажет
тем меньшую температуру, чем быстрее происходит испарение с поверхности шарика.
Количество тепла, теряемое при испарении, выражается следующей формулой:
А
– коэффициент пропорциональности, зависящий от скорости обтекания
воздухом шарика термометра,
r – удельная теплота испарения воды,
S – площадь поверхности шарика влажного термометра,
Ратм – атмосферное давление.
Количества тепла, поступающее к шарику термометра из окружающей среды,
вычисляется по формуле:
В – коэффициент пропорциональности,
S – площадь поверхности шарика влажного термометра,
– температура сухого термометра,
– температура влажного термометра.
Т.к.
определение
влажности
производится
при
установившихся
показаниях
термометра, то можно предположить, что приход тепла к смоченному термометру равен
потерям тепла при испарении:
Значит
Далее преобразуем
Обозначим
Эта величина называется психрометрической постоянной.
Тогда
Находим
Все величины, входящие в правую часть, устанавливаются из опыта.
Пользуясь психрометрической формулой, составляют психрометрические таблицы
для вычисления относительной и абсолютной влажности по показаниям сухого и
смоченного термометров. При составлении таблиц принимается во внимание система
психрометра.
Отсюда следует, что составленные таким образом таблицы пригодны только для
данной системы психрометра и что полученные данные из таблиц требуют введения
поправки, если давление отличается от принятого при составлении таблиц (таблицы на
панели прибора).
УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ
1. При работе с гигрометром запрещается:
а) подвергать гигрометр резким ударам как при монтаже, так и при
эксплуатации;
б) протирать
шкалу
термометров
и
психрометрическую
таблицу
растворителями, кислотами и другими аналогичными жидкостями;
в) перегревать термометры гигрометра ВИТ-1 более 45°С и гигрометра ВИТ-2
более 60°С. При перегреве произойдет разрушение резервуаров термометров;
г)
при разрушении термометров термометрическая жидкость толуол удаляется с
окружающих предметов горячей водой. Толуол токсичен, огнеопасен,
температура вспышки около 5°С.
2. При работе с аспирационным психрометром прибор должен быть надежно закреплен в
штативе, нельзя допускать резких сотрясений термометров, заводить ключ
вентилятора до упора.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Задание первое. Изучение психрометрического гигрометра.
Порядок выполнения
1. Пользуясь «Инструкцией по эксплуатации» прибора и самим прибором изучить раздел
3 «Устройство и принцип работы».
2. Записать из паспорта прибора технические данные: таблицу и пункты 2.1 - 2.3 с
таблицей.
Задание второе. Определение относительной и абсолютной влажности с помощью
психрометрического гигрометра.
Порядок выполнения
1.
Подготовьте прибор к работе в соответствии с п.4.4 – 4.7 раздела 4 «Инструкции по
эксплуатации».
2.
Выполните последовательно пункты 5.1 – 5.5 раздела 5 «Инструкции по
эксплуатации».
3.
Результаты измерений и вычислений занесите в таблицы 1 и 2.
Таблица 1
Термометры
прибора
Результаты измерений
Измеренные
Поправки по
температуры
паспорту
t, С
Δt, С
Температура после
введения поправок
t, С
сухой
увлажненный
Таблица 2
Результаты расчета
Разность температур
сухого и увлажненного
термометров с учетом
поправок
, С
Наиболее близкая разность
температур по таблице на
приборе
Δtприб , С
Относительная влажность
по таблице прибора
f, %
Мы определили относительную влажность, пользуясь приближенным расчетом. Для
точного расчета необходимо использовать линейное интерполирование, которое
рассматривается на примере в «Инструкции по эксплуатации» (стр.3-5).
4.
Рассчитайте
абсолютную
влажность
воздуха
по
полученному
значению
относительной влажности:
Давление
насыщенного
пара
при
температуре
воздуха
(показания
сухого
термометра) берется из справочной таблицы.
5.
Вычислить психрометрическую постоянную прибора по формуле:
Размерность
6.
.
Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 3.
Таблица 3
Результаты измерений и вычислений
Сухой
Влажный
термометр
термометр
, С
, С
Атмосферн
Абсолютна
Давление
Психромет
ое
я
насыщенно
рическая
давление
влажность
го пара
постоянная
, кПа
, кПа
, кПа
С,
Задание третье. Изучение аспирационного психрометра.
Порядок выполнения
Работа проводится с паспортом прибора.
1. Записать назначение изделия п. 1.1.
2. Указать технические характеристики прибора (п.2.2 – 2.6).
3. Проработать раздел 4 паспорта «Устройство и принцип работы», пользуясь рис. 1,
найти все указанные элементы на самом приборе.
4. Изучить принцип работы прибора, проработав п. 5.1.
Задание четвертое. Определение абсолютной и относительной влажности с помощью
аспирационного психрометра.
Порядок выполнения
1.
Ознакомиться с порядком подготовки прибора к работе (прочитать п. 5.2. «а», «б»).
2. Завести ключ вентилятора на 2-3 оборота (до упора не заводить).
3. Вентилятор должен работать не менее 4-х минут.
4. В конце 4-й минуты произвести отсчет по сухому и смоченному термометру и
результаты занести в таблицу 4.
5. Ознакомиться
с
порядком
определения
относительной
влажности
по
психрометрическому графику, внимательно прочитать п. 5.2 «в», имея перед собой
психрометрический график (рис. 2 стр. 7 паспорта прибора).
6. Определить относительную влажность по данным своего опыта, пользуясь
психрометрическим графиком и результат занести в таблицу 5: fграф.
7. Определить относительную влажность по справочной психрометрической таблице.
Результат занести в таблицу 5: fтабл.
8. Подсчитать абсолютную влажность, взяв для подсчета значение относительной
влажности по психрометрическому графику.
Результат занести в таблицу 5.
9.
Подсчитать психрометрическую постоянную прибора
Результат занести в таблицу 5.
10. Объяснить возможную причину расхождения результатов.
Таблица 4
Результаты измерений
, кПа
, С
, С
, кПа
Таблица 5
Результаты вычислений
, С
fграф, %
fтабл, %
fграф – fтабл, %
, кПа
С,
ВОПРОСЫ К ОТЧЕТУ
1. Атмосферное давление и причины его изменений.
2. Понятие абсолютной и относительной влажности воздуха.
3. В результате каких процессов ненасыщенный пар можно перевести в состояние
насыщения?
4. Понятие точки росы.
5. Психрометрический
метод
определения
влажности
(с
выводом
формулы
психрометрической постоянной).
6. Может ли относительная влажность быть равна 100%, объяснить почему? Превысить
100%?
7. Устройство и принцип действия психрометрического гигрометра.
8. Устройство и принцип действия аспирационного психрометра.