Гигрометр. Виды и устройство. Работа и как выбрать. Особенности

Гигрометры — приборы, основной функцией которых является измерение влажности. Этот показатель влияет и на здоровье людей, и на работу многих приборов, и на свойства материалов, поэтому необходимость его контролировать может возникать в различных отраслях. За время использования гигрометра были разработаны различные принципы действия, получившие широкое распространение.

Виды гигрометров

Существует несколько методов измерения влажности. Абсолютная влажность характеризует, сколько весит водяной пар, который в настоящий момент содержится в кубическом метре атмосферы. Относительная влажность — характеристика, которая показывает, насколько количество влаги, содержащейся в воздухе в момент измерения, близко к максимуму, возможному для данной температуры. Она измеряется в процентах и часто именно с ее помощью описывают метеообстановку. Наконец, кроме абсолютной и относительной влажности, гигрометр может определять точку росы — температуру конденсации водяного пара, содержащегося в воздухе, на холодной поверхности.

Как правило, измерительное оборудование определяет один из трех перечисленных показателей. Однако существуют формулы, позволяющие с помощью вычислений получить остальные два. Поэтому, вне зависимости от того, что измеряет ваш гигрометр — точку росы, абсолютную или относительную влажность — вы сможете при необходимости рассчитать все три характеристики.

За время существования гигрометра было разработано несколько методик, позволяющих определить влажность воздуха. Они отличаются по точности получаемых данных и по сфере применения.

В волосяных гигрометрах измерение выполняется за счёт того, что длина тонкого волоса меняется, реагируя на количество влаги, с которой он контактирует. Прибор имеет определенные ограничения — измерения проводятся лишь в пределах от 30 до 80%. Индикация влажности осуществляется посредством несложного механизма. Изменение микроклимата воздействует на волос, сила натяжения которого усиливается или ослабляется. Он воздействует на шкив, к которому подсоединен. Шкив поворачивается и перемещает стрелку вдоль дугообразной шкалы. Поскольку действие такого гигрометра определяется исключительно законами механики, он не требует внешнего источника питания.

Для определения абсолютной влажности воздуха применяют весовой гигрометр. Он состоит из изогнутых в форме буквы U трубок, соединенных друг с другом и заполненных веществом с хорошей гигроскопичностью, то есть активно впитывающим влагу из воздуха. Через описанную систему трубок продувают фиксированное количество воздуха. Содержавшаяся в нём влага оседает на содержимом трубок, и их масса меняется. Разница между массой системы трубок до и после выполнения измерений позволяет рассчитать, сколько влаги присутствует в данном объеме.

В основе работы механического (керамического) гигрометра — изменение электрического сопротивления массы, содержащей керамические и металлические компоненты. За основу берутся кремний, глина или каолин, к которым добавляются окислы металлов. В результате получается смесь, заметно меняющая сопротивление в ответ на изменение влажности. Гигрометры этого типа часто используются в быту.

Конденсационный гигрометр позволяет получить более точные данные, чем описанные выше механические приборы. Конструкция такого устройства включает в себя охлаждаемую поверхность, на которой конденсируется влага. Встроенный термометр фиксирует температуру, при которой произошла конденсация, а узкий пучок света, направленный на упомянутую поверхность, позволяет точно зафиксировать момент образования конденсата. На основании этих данных электроника рассчитывает относительную влажность и выводит ее на дисплей. Такой принцип действия позволяет свести погрешность к минимуму, выполняя измерения в пределах от 0 до 100%.

В электронных гигрометрах могут использоваться различные принципы действия, в том числе:

• измерение электропроводимости воздуха, которая зависит от содержащейся в нём влаги;
• определение точки росы оптоэлектронным методом;
• измерение электрического сопротивления солей или полимеров, меняющегося в зависимости от влажности;
• отслеживание изменения ёмкости металлоксидного или полимерного конденсатора.

Все эти методы позволяют получить более точные данные, чем при использовании механического гигрометра. Электронный гигрометр дает меньшую погрешность и особенно удобен, если необходима дальнейшая обработка собранных данных.

Психрометрический гигрометр используется для измерения относительной влажности воздуха за счёт сравнения показаний двух термометров, один из которых помещен во влажную среду. Поскольку влажный будет охлаждаться за счёт испарения жидкости, он покажет более низкую температуру, чем контрольный. При этом, чем меньше влаги в воздухе, тем сильнее показания термометров будут отличаться. Относительная влажность определяется по специальной таблице, а на ее основании при необходимости вычисляется абсолютная.

На основе этого принципа функционируют несколько разновидностей психрометров:

• Стационарный представляет собой простую конструкцию, смонтированную в метеорологической будке. На штативе укрепляются два термометра, один из которых контактирует с влажной тканью. Считывание показаний и вычисления производятся вручную.
• Дистанционный конструируется с использованием преобразователей температуры, таких как термисторы или термопары. Например, такой психрометр может состоять из двух манометрических термометров, один из которых увлажняется. Дистанционный психрометр может быть манометрическим или электрическим.
• Аспирационный состоит из двух термометров, смонтированных в защищенном корпусе и обдуваемых вентилятором-аспиратором. Такая конструкция позволяет получить наибольшую точность измерений.

ГОСТ

Для некоторых типов гигрометров разработаны ГОСТы, которые регламентируют методики их поверок:

• ГОСТ 8.472-2013 – для пьезосорбционных гигрометров.
• ГОСТ 8.547-86 регламентирует поверочную схему и первичный эталон для средств измерений относительно влажности газов, включая гигрометры и гигрографы.
• ГОСТ Р 8.881-2015 регламентирует методики поверки для влагомеров пиломатериалов и древесины.
• ГОСТ 8.519-84 – для диэлькометрических влагомеров строительных материалов.
• ГОСТ Р 8.781-2012 – для влагомеров зерна и зернопродуктов.

Следующие ГОСТы регламентируют технические требования и условия:

• ГОСТ Р 8.758-2011 – для кулонометрических гигрометров.
• ГОСТ 29027-91 – методы испытаний и общие технические требования для влагомеров сыпучих и твердых веществ.
• ГОСТ 21196-75 – для нейтронных влагомеров.

Внесенные в Госреестр СИ приборы, применяемые для измерений в сфере ГРОЕИ, должны проходить обязательную ежегодную периодическую поверку, которой, как и первичной, занимаются специальные аккредитованные органы.

Так как механические модели гигрометров чувствительны к вибрациям и встряскам, после покупки они требуют калибровки, которые выполняются специальным винтиком, расположенным, как правило, с обратной стороны корпуса.

Смысл этого действия заключается в помещении прибора в среду с заранее известной влажностью, после чего следует подстройка его значения.

Гарантировать качество гигрометра способно в первую очередь свидетельство об утверждении типа СИ.

Маркировка

Влагомеры маркируются в соответствии с ГОСТ 26828. В маркировке должен содержаться товарный знак производителя, обозначение гигрометра, его порядковый номер и дата выпуска, а также знак Госреестра.

На потребительской таре, то есть упаковке указывается обозначение прибора и товарный знак.

В случае, когда влагомер прошел приемо-сдаточные испытания, на него ставят пломбу.

Сфера применения гигрометров

Задачи, требующие контроля влажности, нередко возникают в различных отраслях промышленности. Современные производители выпускают гигрометры, рассчитанные на конкретную специфику применения, а значит, они наилучшим образом приспособлены для эксплуатации в той или иной сфере деятельности. Вот лишь несколько примеров ситуаций, которые можно решить с помощью этих измерительных приборов:

• Для длительного хранения сельскохозяйственной продукции, например, в овощехранилищах или зернохранилищах, необходимо соблюдать температурно-влажностный режим. Добиться этого можно, постоянно контролируя микроклимат с помощью гигрометра.
• Многие лекарственные препараты требуют особых условий хранения и могут потерять свои свойства, если находятся в условиях избыточной влажности.
• Гигрометр необходим и в библиотеке, поскольку книги, особенно старинные, во влажном микроклимате значительно быстрее приходят в негодность. Материалы, которым уже много лет, могут разрушиться от избытка влаги, а значит, контролировать влажность воздуха нужно, чтобы обеспечить оптимальный режим хранения.
• Необходимость проконтролировать влажность материалов часто возникает на стройке. Например, степень просушки древесины проверяется для определения, можно ли ее использовать как стройматериал, и если да, то каким образом. Также существуют специализированные гигрометры, предназначенные для определения влажности бетона.
• Проверка влажности материалов часто проводится и при производстве мебели, ведь изделие, изготовленное из слишком сырой или пересушенной древесины, произведено с нарушением технологии и, скорее всего, прослужит намного меньше.

↑ Сборка измерителя влажности и температуры

Во время сборки устройства, я так был поглощён энтузиазмом, что не заметил, как мой рабочий стол превратился в СВАЛКУ!
Не подумайте, что я постоянно сижу в таком бардаке, но когда начинаю творить, то да, одного стола мне мало!

Корпус взял от Ethernet-сплиттера, печатную плату вытравил с двух сторон, на лицевой части находится основная часть электроники, а на задней датчик и коробочка для вставки батареек.

Собственно вот что вышло в итоге.

Портативные

Основная сфера применения портативных гигрометров — нефтегазовая и нефтехимическая промышленность. С помощью такого прибора определяют микровлажность газа в баллонах или трубопроводах. Они могут работать в широком температурном диапазоне и выводить влажность в различных единицах измерения. Компактность гигрометра позволяет без проблем проводить измерения в нужных точках.

История создания влагомера

Влажность труднее измерить, чем температуру, и поэтому первые гигрометры были не совсем точными. Леонардо да Винчи изобрел первую версию гигрометра уже в конце 1400 года. Гийом Амонтонс изобрел гигрометр, который был похож на трехжидкостный барометр, в 1687 году. В 1781 году Гораций Бенедикт де Соссюр (1740–1799) обнаружил, что человеческий волос, хорошо показывает влажность. Крупный прорыв в гигрометрии был сделан в 1802 году британским исследователем Джоном Далтоном (1766-1844). Он показал, что количество водяных паров, необходимых для насыщения, сильно зависит от температуры. Это привело к пониманию относительной влажности и того, как пользоваться гигрометром психрометрическим.

Показания влагомера взаимозаменяемы, простыми расчетами они преобразуются из одного вида в другой — относительная влажность помогает определить точку росы или абсолютную влажность.

Стационарные

Стационарные гигрометры позволяют не только проводить измерения, но и контролировать технологические процессы. Конструкция прибора позволяет детектировать даже небольшой процент микровлажности. Система подогрева датчика делает измерения более точными, поскольку предотвращает воздействие на него осушающих агентов, которые могут содержаться в газовой смеси.

Как выбрать хороший

При выборе гигрометра для домашнего использования следует обратить внимание на:

• производителя устройства;
• вид гигрометра и его принцип работы;
• наличие дополнительных функций – часов, звуковых сигналов, термометра, подсветки и т.д.;
• тип питания (если прибор электронный);
• наличие и тип датчиков для измерения влажности снаружи помещения (проводные или беспроводные);
• температурные условия (где будет находиться прибор);
• определение относительной влажности – некоторые модели могут отображать корректные данные только в диапазоне 20-90%;
• материал корпуса (металл, дерево, пластик);
• размер и вес устройства.

Гигрометр комнатный
Примечание: Как правило, для домашнего использования приобретают удобные электронные или механические устройства.

Сфера применения профессиональных гигрометров

Портативные и стационарные приборы для измерения влажности применяются, в первую очередь, в нефтегазовой и химической промышленности. Однако сфера их использования этим не ограничивается. Гигрометр может понадобиться всюду, где предполагается работа с неагрессивными газовыми смесями и нужно контролировать их состояние. Благодаря этому оборудование для измерения доли влаги в воздухе находит применение на атомных электростанциях, на производстве микроэлектроники, в энергетике. Также их применяют для контроля за процессом осушки природного газа.

Профессиональные гигрометры используются для решения широкого круга задач, связанных с организацией различных производственных процессов. В частности, они становятся незаменимыми, если нужно:

• обеспечить заданный уровень влажности в помещении, например, для хранения продукции в определенных условиях;
• оценить влажность в производственном помещении для целей охраны труда;
• обеспечить нормальное функционирование электротехнического оборудования различного назначения;
• обеспечить уровень влажности, нужный для реализации конкретного производственного процесса.

Правила безопасной эксплуатации

Несмотря на то, что гигроскопы бывают разных видов, существуют общие правила, которых нужно придерживаться при их использовании. С любым оборудованием следует обращаться бережно. Нельзя допускать падения прибора.

Также запрещено обрабатывать устройство агрессивными химическими веществами: например, растворами, содержащими щелочь или кислоту. Не рекомендуется перегревать устройство. Максимально допустимая температура, в которой можно эксплуатировать оборудование, приведена в его сопроводительной инструкции.

Важно правильно выбрать место для расположения гигрометра. Рядом с оборудованием не должно быть источников холода и тепла. Важно отсутствие вибрации. Не стоит располагать гигроскопы в местах прямого воздействия солнечных лучей

Важно помнить о мерах безопасности при использовании приборов, содержащих ядовитые вещества. Например, термометры психометрического аппарата ВИТ-2 заполнены толуолом. Это токсическая и огнеопасная жидкость.

Поэтому важно не допускать разбития и перегрева устройства. Если произошел разрыв резервуара, то удалить толуол с окружающих предметов можно водой с моющим средством.

Если для измерения влажности нужно применять воду, то следует использовать дистиллированную (даже если в инструкции прямо об этом ничего не сказано). Водопроводная неочищенная жидкость содержит соли, которые будут оседать на элементах устройства, снижая его срок годности и точность результатов.

Гидрометр Testo 645

Двуканальное измерение Т и влажности. Очень точное измерение влажности до ± 1% rF с внутренней памятью измерений. Как пользоваться гигрометром? Testo 645 одним нажатием кнопки отображает показатели: влажность, точка росы, энтальпию и температура. Удобная оценка данных измерений с передачей на ПК и с указанием места измерений. Максимальная влажность 100%. Минимальная влажность 0%. Температура от -50°C до +150°C.

Датчики для твердой среды по принципу действия

Как мы уже говорили, некоторые датчики влажности и температуры воздуха универсальны: могут работать в грунте или сыпучих смесях. Также существуют специализированные приборы для решения подобных задач. Собственно, технологий для измерения содержания влаги в сыпучих средах (почва, сухие смеси и пр.) не так много.

Резистивные датчики

Эти детекторы работают по принципу амперметров: а в качестве резистора в цепи выступает среда измерения. Почва или сухая смесь, в зависимости от насыщения водой, меняет электропроводность (или сопротивление). Соответственно меняется и сила протекающего тока. Подобные датчики могут быть только электронными, поскольку механически обеспечить измерение влажности в твердой среде затратно и нецелесообразно.

Два (или больше, для повышения точности) электрода погружаются в среду измерения.

Модуль управления подает на контакты небольшое напряжение, и замеряет значение электрического тока. Чем больше влаги, тем сильнее электроток. Надежная и довольно точная конструкция, не лишена недостатков. Во-первых, электроды должны быть выполнены из материала, стойкого к коррозии и механическим повреждениям. Во-вторых, при калибровке прибора необходимо учитывать содержание солей в почве (или материале).

Емкостные датчики влажности почвы

Пожалуй, самые популярные устройства среди квартирных «земледельцев». Сегодня стало модным выращивать некоторые продукты питания не на огороде, а например, в квартире в Москве. Для обеспечения хорошего урожая применяются технологии интенсивного земледелия под управлением электроники. Контроллер получает информацию о температуре, уровне влажности и освещенности, и моделирует природные условия для вашей грядки на подоконнике.

Если система управления отлажена, нет необходимости ежедневно контролировать процесс роста растений. Достаточно пополнять емкость для полива, и своевременно собирать урожай.

Преимущество такого прибора – возможность работать «на автомате». Кроме того, такой датчик можно сделать своими руками.

Изготовляем психрометр своими руками

Для многих магазинные варианты либо неудобны, либо слишком много стоят. Поэтому, некоторые хозяева предпочитают делать аппараты своими руками. Возможно ли это? При наличии специальных материалов и элементарных познаний сделать психрометр самостоятельно и в домашних условиях возможно.

Для начала нужно определиться с тем, что для этого нужно.

Материалы и инструкция по созданию

Изготовление приспособления потребует наличия:

• стандартный спиртовой градусник – 2 шт.;
• деревянные рейки разных размеров – 2 шт.;
• саморезы – 4 шт.;
• батист (ткань) – хватит куска 2х2 см;
• емкость для воды;
• дистиллированная вода или антифриз (в объеме емкости);
• клей ПВА;
• отвертка;
• пассатижи;
• ножовка для дерева.

Так выглядит будущая конструкция

Для начала берется самая большая рейка. Из нее необходимо выпилить кусок размером в 5х12 см. В дальнейшем он станет подставкой для приспособления. Толщина не имеет значения, но не рекомендуется брать фанеру меньше 5 мм.

Для выполнения центральной части аппарата потребуется еще одна рейка, которая станет в дальнейшем стойкой. Ее высота должна соответствовать длине самих градусников. Поэтому, ненужная часть фанеры обрезается ножовкой.

На готовую стойку устанавливается траверса

Важно, чтобы она была вмонтирована под прямым углом. Используя шурупы, к траверсе прикрепляются уже непосредственно сами градусники. Спиртосодержащие концы должна направляться в сторону подставки

Спиртосодержащие концы должна направляться в сторону подставки.

Один из них обматывается заранее вырезанным кусочком батистовой ткани. Ткань должна прилагать к термометру с максимальной плотностью. Около 1 см батиста оставляют свисать, поскольку в последующем он будет служить соединением между термометром и емкостью с жидкостью.

Готовый штатив с прикрепленными на нем градусниками монтируют к подставке. Проще всего это сделать так: в средине подставки-фанеры прорезать дырку равную по площади самой стойке. Чтобы конструкция держалась, ее скрепляют клеем ПВА. Под градусником с батистом ставят емкость с водой.

Психрометр для инкубатора своими руками готов!

Как пользоваться

Использовать его нужно по следующей инструкции:

емкость наполняют жидкостью (антифриз); готовую конструкцию помещают в инкубатор. Лучше всего ставить самодельный психрометр поближе к стенкам, так как в середине жидкость под влиянием света будет быстро испаряться и искажать данные

Важно учитывать и то, что аппарат должен быть виден при закрытом инкубаторе; по истечению 15-20 минут уже можно снимать первые показатели. Полученные результаты подставляют в таблицу определения относительной влажности в инкубаторе по психрометру:

Полученные результаты подставляют в таблицу определения относительной влажности в инкубаторе по психрометру:

Таблица значений для психрометра

Какая относительная влажность должна быть в жилом помещении

Ученые медики установили, что для того чтобы человек чувствовал себя наиболее комфортно, температура в помещении должна быть +20 °С, а влажность от 30 до 45%.

В том случае, если показатель относительной влажности (φ, %) ниже установленного диапазона, воздух считается сухим. Человек, который будет находиться в таком помещении, ощущает сухость в горле, он начнет кашлять, а волосы и кожа становятся сухими. Комнатные растения также будут подвержены болезням и, скорее всего, засохнут.

Напротив, если фактическая относительная влажность превышает верхний допустимый уровень, в такой комнате будет чувствоваться промозглость, излишняя влага будет пропитывать мебель, стены, книги постель и вещи. В сыром помещении особенно страдают люди с респираторными болезнями.

Влажность в доме регулируется с помощью применения специальных осушителей или увлажнителей, а также другой климатической техники, например калориферов, кондиционеров и газовых котлов. Важно знать текущее состояние этого параметра, а для этого его нужно периодически проверять гигрометром.