Общие сведения. Необходимость контроля влажности возникает во многих отраслях промышленности: при кондиционировании воздуха

Необходимость контроля влажности возникает во многих отраслях промышленности: при кондиционировании воздуха, в газосборниках, холодильниках и сушильных установках.

Содержание влаги в газе характеризуется его абсолютной и относительной влажностью.

Под абсолютной влажностью газа понимают массовое количество водяного пара, содержащегося в 1 м³ этого газа.

Относительная влажность - это отношение массы водяного пара в 1 м³ газовой смеси к массе 1 м³ насыщенного пара при той же температуре и давлении.

Из определения абсолютной влажности следует, что это плотность водяного пара r_п находящегося в парогазовой смеси, т. е.

где P_п - парциальное давление водяных паров, Па; R_п - газовая постоянная водяного пара; Т - абсолютная температура влажного газа, °К.

Так как при температуре до 100°С максимально возможная масса водяного пара, заключающегося в 1 м³ газовой смеси, есть его плотность в насыщенном состоянии r_п _н, то относительная влажность газа равна

С достаточной для практики точностью отношение плотности можно заменить отношением парциальных давлений, т.е.

Таким образом, относительная влажность j газа показывает степень насыщения смеси водяными парами. Она равна отношению парциального давления содержащегося в газе водяного пара Р_п к парциальному давлению насыщенных водяных паров Р_пн при той же температуре.

Относительная влажность газов обычно выражается в процентах:

Измерение влажности газов обычно производится одним из трех методов: 1) психометрический; 2) по точке росы, заключающемся в определении температуры, при которой содержащийся в газе водяной пар достигает состояния насыщения при неизменном давлении и 3) поглотительным, основанным на поглощении гигроскопическим телом влаги из окружающего газа и изменении при этом физических свойств этого тела.

Наибольшее распространение получил психрометрический метод, основанный на зависимости интенсивности испарения влаги в окружающую газовую среду от влажности этой среды. Интенсивность испарения тем больше, чем суше испытуемая среда и наоборот - тем меньше, чем больше количество водяных паров содержит газовая среда. Так как процесс испарения влаги требует затраты определенного количества тепла (скрытой теплоты испарения), заимствуемого из влаги, то температура последней, а также соприкасающихся с ней тел понижается и притом тем значительней, чем интенсивнее идет испарение (чем суше окружающая среда).

Тело, с поверхности которого происходит испарение, принимает некоторую температуру, известную под названием температуры «мокрого» термометра; чем меньше влажность испытуемой газовой среды, тем ниже температура «мокрого» термометра и тем больше разность показаний «сухого» и «мокрого» термометров или психрометрическая разность. Приборы, построенные на этом принципе, называются психрометрами.

Измерение относительной влажности исследуемого газа сводится к измерению разности показаний двух одинаковых термометров, установленных рядом. Один из них постоянно смачивается водой, а другой остается сухим. Приравнивая расход тепла на испарение влаги с «мокрого» термометра и приток тепла, передаваемого последнему из газовой среды в момент равновесия между потерей и притоком тепла, можно вывести зависимость между относительной влажностью газа и психрометрической разностью. Эта зависимость выражается уравнением:

где - парциальное давление содержащегося в испытуемой среде водяного пара при температуре «сухого» термометра; - парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре t_c «сухого» термометра; - парциальное давление насыщенного водяного пара, насыщающего испытуемую среду при температуре t_м «мокрого»термометра; t_c - температура «сухого» термометра; t_м - температура «мокрого» термометра; А - психрометрическая постоянная, зависящая от конструкции прибора, скорости обдувания влажного термометра исследуемым газом и давления газа.

Коэффициент А определяется по психрометрическим таблицам, составленным для определенных конструкций психрометров. При скоростях обдувания влажного термометра больше 2,5–3 м/с величина А практически остается постоянной. Зная температуру t_м «мокрого» термометра и t_c «сухого» термометра, по таблицам находят величины и и с учетом А вычисляют относительную влажность j.