Психрометр

Гигрометр психрометрический ВИТ-1 клинского ПО «Термоприбор» — бытовой вариант статического психрометра Августа

Психро́метр (др.-греч. ψυχρός — холодный) — содержащее сухой и смоченный термометры устройство для косвенного измерения влажности газов, прежде всего воздуха, по понижению температуры смоченного твёрдого тела — датчика температуры; влажность газа вычисляют посредством психрометрической формулы по разности температур сухого и смоченного термометров.

Принцип действия

Испарение воды приводит к её охлаждению, тем большему, чем меньше влажность воздуха, контактирующего с водой. По разнице температур воздуха (называемой в психрометрии температурой сухого термометра) и поверхностного слоя воды (называемой температурой влажного термометра, или температурой смоченного термометра, или температурой мокрого термометра) можно определить влажность воздуха. При этом приходится учитывать то обстоятельство, что испарившаяся влага остаётся в окрестностях датчика температуры (например, колбы влажного жидкостного термометра), локально увеличивая там влажность воздуха. Для устранения этого эффекта при измерении влажности применяют аспирацию, обдувая термометры анализируемым газом (воздухом).

Относительная влажность воздуха $\varphi$, %, отражает степень насыщения воздуха парами воды и равна по определению

$\varphi \equiv 100{\frac {d}{d_{s}}}$,

где $d$ — абсолютная влажность воздуха (парциальная плотность водяного пара во влажном воздухе, массовая концентрация водяных паров в воздухе) при температуре сухого термометра $t$; $d_{s}$ — наибольшая достижимая абсолютная влажность воздуха, то есть плотность насыщенного водяного пара при температуре $t$.

Рассматривая водяной пар как идеальный газ, отношение плотностей можно заменить отношением давлений и получить часто используемую приближённую формулу, с практической точки зрения эквивалентную предыдущей:

$\varphi =100{\frac {P}{P_{s}}}$,

в которой $P$ — парциальное давление паров воды в воздухе при температуре $t$; $P_{s}$ — давление насыщенного водяного пара при этой температуре. Значение относительной влажности может изменяться от 0 для сухого воздуха до 100 % для насыщенного влагой воздуха.

Для вычисления абсолютной влажности воздуха используют формулу Реньо:

$d=d_{w}-\alpha \cdot B\left(t-t_{w}\right)$,

из которой следует выражение для относительной влажности воздуха с температурой $t$:

$\varphi =100\left({\frac {d_{w}}{d_{s}}}-\alpha \cdot B{\frac {t-t_{w}}{d_{s}}}\right)$.

Здесь $t$ и $t_{w}$ — температуры соответственно сухого и влажного термометров, °С; $d_{s}$ — плотность насыщенного водяного пара при температуре сухого термометра, г/м³; $d_{w}$ — плотность насыщенного водяного пара при температуре влажного термометра, г/м³; $B$ — атмосферное давление, мм рт. ст.; $\alpha$ — психрометрический коэффициент, равный 0,00128 для неподвижного воздуха, 0,0011 для подвижного воздуха и 0,00074 для свободной атмосферы. Зависимость психрометрического коэффициента $\alpha$ от скорости движения воздуха $v$, м/c, даёт формула Зворыкина:

$\alpha =10^{-6}\left(593.1+{\frac {135.1}{\sqrt {v}}}+{\frac {48}{v}}\right)$.

Поскольку температура датчика влажного термометра меньше температуры окружающего воздуха, то возле него имеет место небольшое локальное движение воздуха ($v\neq 0$) и психрометрический коэффициент не обращается в бесконечность, как это следует из формулы Зворыкина для $v=0$, а равен указанной выше конечной величине.

При необходимости по значениям относительной влажности можно найти абсолютную влажность воздуха, а также температуру точки росы посредством онлайн-калькулятора или по формулам и таблице, приведённым в статье Точка росы.

Устройство

Простейший статический психрометр Августа состоит из двух одинаковых спиртовых термометров, расположенных на расстоянии 4—5 см друг от друга. Один термометр — обычный для измерения температуры воздуха (сухой термометр), а второй имеет устройство увлажнения: спиртовая колба влажного (мокрого) термометра обёрнута 1—2 слоями тканевой (батист, шифон, марля) ленты, один конец которой находится в резервуаре с водой. Воду желательно использовать дистиллированную или, в крайнем случае, кипячёную, чтобы замедлить отложение солей, ведущее к забиванию капилляров ленты и её быстрому пересыханию. На способность ткани к смачиванию колбы термометра влияет также запылённость воздуха; ткань заменяют по мере того, как она теряет гигроскопичность. За счёт капиллярного эффекта ткань непрерывно увлажняет колбу термометра; вследствие испарения влаги увлажнённый термометр охлаждается. Снимают показания сухого и влажного термометров и находят относительную влажность воздуха либо по психрометрической таблице, либо по номограмме — психрометрическому графику (психрометрической диаграмме), либо с помощью онлайн-калькулятора. При относительной влажности, равной 100 %, вода вообще не будет испаряться и показания обоих термометров будут одинаковы. При точных измерениях в случае отклонения атмосферного давления от номинального либо учитывают поправку к полученным по психрометрической таблице результатам, либо выполняют расчёт по формуле Реньо. Конструкция психрометра может включать в себя вентилятор для обдува воздухом обоих термометров. Скорость обдува обычно составляет 0,5-2 м/с; для психрометров, устанавливаемых в воздуховодах, скорость обдува может достигать 8 м/с. К каждому психрометру прилагается психрометрическая таблица и/или график, учитывающие особенности конкретной серии приборов и призванные выдавать возможно более достоверные результаты замеров относительной влажности.

Виды психрометров

Современные небытовые психрометры можно разделить на три категории: станционные, аспирационные и дистанционные. В станционных психрометрах термометры закреплены на специальном штативе в метеорологической будке. Основной недостаток станционных психрометров — зависимость показаний увлажнённого термометра от скорости воздушного потока в будке. Основной станционный психрометр — психрометр Августа.

Литература

• Александров Н. Е., Богданов А. И., Костин К. И. и др. Основы теории тепловых процессов и машин. Часть I / Под ред. Н. И. Прокопенко. — Москва: Бином. Лаборатория знаний, 2012. — 561 с. — ISBN 978-5-9963-0833-0.
• Алешкевич В. А. Молекулярная физика. — Москва: Физматлит, 2016. — 308 с. — (Университетский курс общей физики). — ISBN 978-5-9221-1696-1.
• Бармасов А. В., Холмогоров В. Е. [www.libgen.io/book/index.php?md5=C9259EE1906EF5FA5E80829EB3008A4D Курс общей физики для природопользователей. Молекулярная физика и термодинамика]. — СПб.: БХВ-Петербург, 2009. — 500 с. — (Учебная литература для вузов). — ISBN 978-5-94157-731-6. Архивная копия от 29 ноября 2017 на Wayback Machine
• Блюдов В. П., Вырубов Д. Н., Корницкий С. Я. и др. Общая теплотехника / Под ред. С. Я. Корницкого и Я. М. Рубинштейна. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.—Л.: Госэнергоиздат, 1952. — 520 с.
• Бухарова Г. Д. Молекулярная физика и термодинамика. Методика преподавания. — 2-е изд. — М.: Юрайт, 2017. — 221 с. — (Бакалавр. Академический курс. Модуль). — ISBN 978-5-534-01570-6.
• Бэр Г. Д. Техническая термодинамика. — М.: Мир, 1977. — 519 с.
• Вукалович М. П., Новиков И. И. Термодинамика. — Москва: Машиностроение, 1972. — 671 с.
• Зеленцов Д. В. Техническая термодинамика. — Самара: Самарский гос. архитект.-строит. ун-т, 2012. — 140 с. — ISBN 978-5-9585-0456-5.
• Кочиш И. И., Виноградов П. Н., Волчкова Л. А., Нестеров В. В. Практикум по зоогигиене. — 2-е изд., испр. и доп. — СПб.: Лань, 2015. — 428 с. — (Учебники для вузов. Специальная литература). — ISBN 978-5-8114-1272-3.
• Кузнецов А. Ф., Родин В. И., Светличкин В. В. и др. Практикум по ветеринарной санитарии, зоогигиене и биоэкологии. — СПб.: Лань, 2013. — 512 с. — (Учебники для вузов. Специальная литература). — ISBN 978-5-8114-1497-0.
• Медведский В. А. Гигиена животных. Справочник. — Минск, 2005. — 566 с.
• Мурзаков В. В. Основы технической термодинамики. — Москва: Энергия, 1973. — 304 с.
• Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Сотский Н. Н. Физика. 10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций. Базовый уровень / Под ред. проф. Н. А. Парфентьевой. — М.: Просвещение, 2014. — 417 с. — (Классический курс). — ISBN 978-5-09-028225-3.
• Новиков И. И. Термодинамика. — 2-е изд., испр. — СПб.: Лань, 2009. — 590 с. — (Учебники для вузов. Специальная литература). — ISBN 978-5-8114-0987-7.
• Рекомендации по межгосударственной стандартизации РМГ 75-2014. Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения влажности веществ. Термины и определения. — М.: Стандартинформ, 2015. — iv + 16 с.
• Филоненко Г. К., Лебедев П. Д. Сушильные установки. — М.—Л.: Госэнергоиздат, 1952. — 264 с.
• Хрусталев Б.М., Несенчук А.П., Романюк В.Н. Техническая термодинамика. В 2-х частях. Часть 1. — Минск: Технопринт, 2004. — 487 с. — (Бакалавр. Академический курс. Модуль). — ISBN 985-464-547-9.

Галерея

• 

  Аспирационный психрометр Ассмана

• 

  Схема аспирационного психрометра Ассмана

Ссылки

• WMO Guide To Meteorological Instruments And Methods Of Observation, Chapter 4: Humidity. World Meteorological Organization 2006англ.
• Демонстрация психрометра и гигрометра на опыте (видео)
• Самодельный психрометр

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Психрометр», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Психрометр» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».