Метод измерения и описание аппаратуры

Измерения влажности воздуха проводятся при помощи аспирационного психрометра М-34. В переводе с греческого языка термин психрометр означает прибор, измеряющий охлаждение. Психрометры, в конструкции которых используется вентилятор, называются аспирационными.

Принцип работы психрометра основан на измерении показаний сухого и влажного термометров, которая зависит от влажности окружающего воздуха.

Психрометр (рис. 2) содержит два одинаковых ртутных термометра 1, закреплённых в термодержателе, который состоит из защитных трубок 2, аспирационной чашки 3, воздуходувной трубки 4 и термозащиты 5. Резервуары ртутных термометров помещены в защитные трубки; между трубками имеется воздушный зазор. Назначение защитных трубок - предохранять резервуары термометров от нагревания солнцем, для чего наружная поверхность трубок тщательно полируется и никелируется. Сами трубки изолированы друг от друга теплоизоляционными шайбами.

Защитные трубки соединены с воздухопроводной трубкой, на верхнем конце которой укреплена аспирационная головка 6, состоящая из мотора и вентилятора. Вращением вентилятора в психрометр всасывается воздух, который, обтекая резервуары термометров, проходит по воздухопроводной трубке к вентилятору и выбрасывается наружу через прорези в аспирационной головке. Постоянный поток воздуха, проходящего через психрометр, необходим для того, чтобы влажность воздуха вокруг смоченного резервуара одного из термометров (обычно этот резервуар оборачивается полоской влажной ткани) оставалась неизменной, несмотря на непрерывное испарение влаги. Во время измерений сухой термометр показывает температуру воздуха в комнате, а показания смоченного термометра будут меньше из-за постоянного охлаждения, обусловленного испарением воды с поверхности влажной ткани.

В результате испарения, происходящего со скоростью u, влажный термометр за единицу времени теряет с единицы площади количество теплоты

Q₁ = h u, (10)

где h - коэффициент пропорциональности.

В то же время протекающий поток воздуха сообщает этой же площади смоченного термометра количество теплоты

Q₂ = b (t_С - t_В), (11)

где b - коэффициент пропорциональности, t_С - t_В - разность температур сухого и влажного термометров.

В состоянии теплового равновесия (которое наступает спустя некоторое время после начала измерений) выполняется условие Q₁ = Q₂, или

h u = b (t_С- t_В). (12)

Скорость испарения u прямо пропорциональна разности между упругостью насыщенного пара p₁при температуре смоченного термометра и парциальным давлением р_Впара в окружающем воздухе, а также обратно пропорциональна величине атмосферного давления p. Для единичной поверхности резервуара термометра можно записать условие вида

u = g ( p₁- p_В) / p, (13)

где g - коэффициент пропорциональности, зависящий, в частности, от скорости потока обтекающего термометры воздуха.

Из выражений (12) и (13) следует, что

р_В= р₁- А ´ р ´ ( t_С- t_В), (14)

где А = b /(hg).

Коэффициент А называется психрометрическим; его величина зависит от целого ряда различных факторов: от размера, формы, материала и состояния фитиля, облегающего влажный резервуар термометра, теплопроводности защитной оболочки, скорости обтекания потока воздуха и т. д. С ростом скорости обтекания увеличивается испарение и уменьшается искажающее влияние потоков тепла (связанных с теплопроводностью и излучением) для смоченного термометра.

Величина А быстро падает с ростом скорости воздушного потока, приближаясь к насыщению при скоростях обтекания больших 2, 5 м/с (в реальных аспирационных приборах скорость воздушного потока составляет обычно 3 ¸ 4 м/с). Размеры резервуара термометра также сказываются на величине А: чем меньше чувствительная головка (например, при использовании не ртутного термометра, а термопары), тем скорость потока воздуха может быть меньше для того, чтобы этот коэффициент остался тем же самым.

Из уравнения (6) получаем выражение для относительной влажности:

j = (p_В/ p₀)× 100 % = [ p₁/p₀- А р (t_С- t_В)/p₀]× 100 %, (15)

где р₀ - упругость насыщенного пара при температуре t₀.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомьтесь с описанием работы.

2. Аккуратно смочите ткань на резервуаре термометра при помощи пипетки (выдаётся лаборантом).

3. Включите мотор психрометра.

4. Спустя 4 ¸ 5 мин после включения мотора (за это время устанав-ливается температура влажного термометра) произведите отсчёты по термометрам. После проведения измерений выключите мотор.

5. Пункты 3 ¸ 4 выполните три раза (промежутки между измерениями должны составлять 5 мин - время, в течение которого мотор остаётся выключенным).

Результаты измерений занесите в табл. 1.

Таблица 1

Данные эксперимента и результаты расчётов

№ п/п	t_С°С	t_В°С	р₁, мм рт. ст.	р₀, мм рт. ст.	j₁, %	j₂, %	р, мм рт. ст.



среднее

6. Определите значение относительной влажности воздуха в комнате:

а) j₁ - по психрометрической таблице (табл. 2);

Пример: Если t_С = +26°C, t_В= +20°C, то t_С - t_В = 6°C. В этом случае для определения j₁находим место пересечения строки 26°C со столбцом 6°C: j₁ = 58 %.

Таблица 2

Психрометрическая таблица относительной влажности воздуха

Показания сухого термометра, t_С ^оС Разность показаний сухого и влажного термометров (t_С- t_В), ^оС

б) j₂- по психрометрической номограмме (рис. 3):

Пример: если t_С= +26°C, t_В= +20°C (соответствующие координатные линии обозначены на рис. 3 пунктиром), то j₂» 59 %.

7. Пользуясь таблицей 3, определите величину давления р₁ (соответствующего температуре t = t_В) и р₀(соответствующего температуре t = t_С).

Таблица 3

Температура и давление насыщенного водяного пара

t, °C
р, мм рт. ст.	10, 52	11, 99	13, 63	15, 48	17, 54

t, °C
р, мм рт. ст.	19, 83	22, 38	25, 21	28, 35	31, 82

8. Используя полученные данные (t_С, t_В, p₁, p₀и j₂), а также формулу (15), определите величину атмосферного давления р в комнате (психрометрический коэффициент приборов М-34 равен 5, 8× 10^-⁴ К^-¹). Результат вычислений занесите в табл. 1.

9. Пользуясь формулой Стьюдента, по трём полученным значениям относительной влажности вычислите среднее арифметическое значение j_2сри ошибку измерений D j₂^*. Коэффициент Стьюдента возьмите из таблицы (см. [2]), приняв доверительную вероятность равной 0, 9.

10. Учитывая, что по номограмме величина j₂ может быть определена лишь с точностью D j₂^** = ±1 %, выберите большую из ошибок D j₂^*иDj₂^**, обозначить её D j₂, а результат измерений запишите в окончательном виде:

j₂ = j_2ср ±D j₂

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется абсолютной и относительной влажностью воздуха?

2. В каких единицах измеряется абсолютная влажность?

3. Какие причины влияют на точность измерений реального психрометра?

4. Какой газ называется идеальным? Чем он отличается от реального газа?

5. Начертите график изотермы реального газа. Пользуясь этим графиком, поясните, что происходит с реальным газом при сжатии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Савельев И.В. Курс общей физики, т. 1. М.: Наука, 1987, - С. 286 - 289, 383 - 392.

2. Гринчар Н.А и др. Расчет погрешностей в лабораторных работах физического практикума. Методические указания к вводным занятиям в физическом практикуме / Под общ. ред. Ф.П. Денисова. - М.: МИИТ, 1995. - с. 32.

СОДЕРЖАНИЕ

Работа № 7	Определение коэффициента вязкости жидкости …….……
Работа № 11	Определение отношения теплоёмкостей газа методом Клемана – Дезорма………………………………………………..
Работа № 12	Определение молярной массы воздуха…………...…………
Работа № 80	Определение удельной теплоёмкости металлов методом охлаждения…………………...…………………...………...
Работа № 82	Измерение относительной влажности воздуха.……………

Учебно-методическое издание

1 2 3 45