أداة مستخدمة على نطاق واسع لقياس رطوبة الهواء (والغازات الأخرى) هي مقياس رطوبة التكثيف. مبدأ عملها هو قياس درجة الحرارة ، تسمى نقطة الندى ، حيث يبدأ تكثف الرطوبة من الهواء.
ما هي رطوبة الهواء
يقيس مقياس الرطوبة محتوى الرطوبة في الهواء ، والذي يمكن تمثيله كقيمة مطلقة أو نسبية. أولهما يعطي ببساطة كتلة بخار الماء في 1 متر مكعب. متر من الهواء عند درجة حرارة معينة. لكن الثاني يوضح مدى قرب بخار الماء في الهواء من حالة التشبع ، أي التوازن الديناميكي مع المرحلة السائلة - عندما لا يكون هناك تبخر أو تكثيف. إنه يساوي نسبة الرطوبة المطلقة المقاسة للهواء إلى الرطوبة المطلقة في حالة التشبع. عندما يتشبع بخار الماء الموجود في الهواء (مرة أخرى ، عند درجة حرارة معينة) ، تكون الرطوبة النسبية لذلك الهواء 100٪. في الهواء مع بخار الماء غير المشبع ، يكون أقل.
كيف يعمل مقياس رطوبة التكثيف
مبدأ تشغيل أي جهاز لتحديد رطوبة الهواء كقاعدة هو قياس كمية أخرى مثل درجة الحرارة أو الضغط أو الكتلة أو التغيرات الميكانيكية والكهربائية في مادة تمتص الرطوبة. من خلال المعايرة والحساب المناسبين ، يمكن أن تؤدي هذه القيم المقاسة إلى تحديد الرطوبة المطلقة أو النسبية. تلعب درجة الحرارة التي يحدث فيها تشبع البخار دورًا مهمًا جدًا في هذه العملية ، والتي تسمى نقطة الندى. كقاعدة عامة ، تقيس الأجهزة الإلكترونية الحديثة لتحديد رطوبة الهواء درجة الحرارة هذه أو التغيرات في السعة الكهربائية أو مقاومة المواد الماصة المختلفة ، والتي يتم تحويلها بعد ذلك (تلقائيًا) إلى مؤشرات رطوبة.
جهاز رطوبة التكثيف
يعتمد عمله تحديدًا على قياس بخار الماء في الهواء بطريقة نقطة الندى. تتضمن هذه الطريقة تبريد سطح ، عادة ما يكون مرآة معدنية ، إلى درجة حرارة يكون فيها الماء على سطح المرآة في حالة توازن مع ضغط بخار الماء في عينة الغاز فوق السطح. عند درجة الحرارة هذه ، لا تزيد كتلة الماء على سطح المرآة (إذا كان السطح شديد البرودة) ولا تنقص (إذا كان السطح دافئًا جدًا) ، أي أن البخار فوق المرآة في حالة توازن ديناميكي مع الماء المتكثف عليه المرآة (بخار مشبع)
هذه المرآة مصنوعة من مادة ذات توصيل حراري جيد (مثل الفضة أو النحاس) ومطلي بمعدن خامل مثل الإيريديوم والروبيديوم والنيكل أو الذهب لمنع بهتان اللون والأكسدة. يتم تبريد المرآة بواسطة مبرد كهربائي حراري (تأثير بلتيير) حتى تكوين المكثف. يتم توجيه شعاع من الضوء ، عادةً من الصمام الثنائي الباعث للضوء ذي النطاق العريض في الحالة الصلبة ، إلى سطح المرآة ، ويقوم جهاز الكشف الضوئي بمراقبة الضوء المنعكس ، والذي يكون تدفقه بحد أقصى عندما لا يكون هناك تكاثف على المرآة.
طريقة تشغيل مقياس رطوبة مرآة الطفل
عندما تتشكل قطرات الندى على سطح المرآة ، يتشتت الضوء المنعكس. في هذه الحالة ، يتناقص التدفق الذي يدخل إلى جهاز الكشف الضوئي ، مما يؤدي إلى تغيير في إشارة خرج هذا الأخير. يتم التحكم في هذا بدوره عن طريق نظام تحكم بالمبرد الكهروحراري تمثيلي أو رقمي يحافظ على درجة حرارة مرآة ثابتة عند نقطة الندى. مع نظام مصمم بشكل صحيح ، يتم الحفاظ على المرآة عند درجة حرارة حيث يكون معدل التكثيف مساويًا تمامًا لمعدل تبخر طبقة الندى. يقيس مقياس حرارة دقيق مقاوم للبلاتين (PRT) مثبت في المرآة درجة حرارته عند تلك النقطة ، والتي يتم تحويلها تلقائيًا إلى قراءة للرطوبة.
مقياس الرطوبة لقياس رطوبة الهواء للتصميم المدروس يتضمن أيضًا مضخة تفريغ لضخ الجزء الذي تم تحليله من الغاز ، وعناصر ترشيح إضافية في ظروف قذرة.
مزايا أجهزة قياس الرطوبة المدروسة
تستخدم هذه الأدوات ، على أساس مبدأ التشغيل البسيط ، مع نطاق قياس واسع ودقة عالية وقراءات مستقرة ، على نطاق واسع في الصناعة والبحث العلمي. يمكن جعل مقياس رطوبة نقطة الندى النموذجي ، على عكس العديد من مستشعرات الرطوبة الأخرى ، مستقرًا للغاية ومقاوم للتآكل تقريبًا ، مما يقلل من الحاجة إلى إعادة المعايرة. مقياس رطوبة نقطة الندى قادر على قياس نقطة الندى في نطاق درجة الحرارة من 100 درجة مئوية إلى الحد الأدنى من -70 درجة مئوية. في هذه الحالة دقة القياس هي أعشار الدرجة
تم تجهيز العديد من مقاييس الرطوبة في التصميم المدروس بالتحكم في المعالجات الدقيقة ، وبالاقتران مع مستشعر درجة الحرارة المقاومة ، يمكن حساب وعرض أي معلمات رطوبة مطلوبة على مؤشر خارجي بالإضافة إلى نقطة الندى أو بدلاً منها. بالإضافة إلى ذلك ، تسمح هذه الأجهزة بنقل النتائج باستخدام التكنولوجيا اللاسلكية. بطبيعة الحال ، تُستخدم هذه الأجهزة على نطاق واسع كجزء من الأنظمة الصناعية المختلفة لجمع البيانات آليًا والتحكم في العمليات التقنية ذات الصلة.
ما هي تكلفة جهاز قياس الرطوبة مثل هذا؟ يتم تحديد سعره ، بالطبع ، بشكل أساسي من خلال مجموعة الوظائف المنفذة ، اعتمادًا على مدى توفر وتعقيد نظام التحكم الإلكتروني للجهاز. لذلك ، فإن مقياس رطوبة التكثيف الثابت الذي يشبه جهاز الذبذبات الرقمي يكلف 4000 دولار على الأقل. يمكن أن تكلف النماذج "المتقدمة" بشكل خاص أكثر من 10000 دولار. فى السوقيمكنك أيضًا العثور على مقياس رطوبة محمول يعمل بكامل طاقته. سعره من 1 الى 2000 دولار
عيوب مقياس رطوبة التكثيف
بينما يعتبر نظام مقياس الرطوبة المدروس هو الأكثر كفاءة في عملية القياس ، فإن عيبه هو التلوث الحتمي لأجزاء مسار القياس أثناء التشغيل.
تميل مقاييس الرطوبة المجهزة بمرايا مبردة إلى زيادة عدم دقة القياس بسبب وجود ملوثات قابلة للذوبان وغير قابلة للذوبان تترسب على المرآة. تؤثر الجسيمات غير القابلة للذوبان على الخصائص البصرية للمرآة. يوفر الغبار المعتدل أو ظهور جزيئات غير قابلة للذوبان على المرآة مراكز تركيز يمكن أن يتشكل عليها الندى أو الصقيع ، مما يزيد من وقت استجابة الجهاز. تؤثر الشوائب القابلة للذوبان على مقدار ضغط البخار الناتج عن الرطوبة المكثفة على المرآة ، مما يؤدي إلى تغيير نقطة الندى. تتضمن أجهزة قياس الرطوبة الحديثة (على الأقل نماذجها الأكثر تعقيدًا) ميزات "الاختبار الذاتي" التي تسمح للجهاز باكتشاف التلوث والاستجابة له من خلال إجراء التعديلات المناسبة على خوارزميات حساب الرطوبة.
بغض النظر عن هذه القدرات ، فعليًا يجب فحص جميع أجهزة قياس الرطوبة المعنية وتنظيفها بشكل دوري.
صيانة أجهزة قياس رطوبة المرايا المبردة
بماذا يوصي دليل التعليمات لمستخدم الجهاز بهذا المعنى. يجب أن يكون المرطاب الحساس للأوساخيتم تنظيفها بشكل دوري لضمان استقرار نتائج القياس ، على الرغم من أن هذا قد يزيد من تكلفة صيانتها. عادة ما يتم فحص مرآة الجهاز باستخدام المجهر المدمج ، ويتم صيانتها يدويًا بعد فتح حجرة القياس.
إذا تم تنظيف سطح المرآة بالتردد المطلوب في التعليمات الخاصة بتشغيله ، فبهذه الطريقة يمكن الحفاظ على دقة القياسات. عادةً ما يتم توفير الوصول السهل إلى سطح المرآة للتنظيف بواسطة مفصلة بين المكونات البصرية والمرآة. يمكنك الآن العثور على أي مقياس رطوبة تكثيف يحتاجه المستهلك في السوق. الصورة أدناه توضح مثال على تنفيذها
استخدام أجهزة قياس الرطوبة في علم القياس
يوفر مقياس رطوبة المرآة المبردة المصمم بشكل صحيح والمحافظة عليه قياسات رطوبة بأوامر من حيث الدقة أكبر من أجهزة قياس الرطوبة الشائعة الأخرى. إن دقة القياس المتأصلة فيه ، خاصةً عند تجهيزه بميزان حرارة مقاومة البلاتين لقياس درجة الحرارة ، ومرآة ومجهر طاقة متوسط لمراقبة المرآة ، تجعله مثاليًا للقياسات المترولوجية. تفتح إمكانيات نقل المعلومات عبر قنوات الاتصال الرقمي اللاسلكي إمكانيات واسعة لاستخدام أجهزة قياس الرطوبة هذه في الأنظمة العالمية لجمع معلومات الأرصاد الجوية ومعالجتها.
استخدم في مختبرات المصنع والبيئات الملوثة
مقياس رطوبة الهواء هذا مثالي لقياس قيمته المطلقة في مختبرات مناخ المصنع. غالبًا ما تستخدم كمراجع للتحكم في دقة الأدوات الأخرى ، مثل مستشعرات الرطوبة النسبية المستخدمة للتحكم في غرف الاختبار البيئية.
ثبات المواد المستخدمة في بناء أجهزة قياس الرطوبة هذه ، بالإضافة إلى القدرة على تنظيفها بشكل متكرر ، يجعل الأدوات مناسبة لعمر خدمة طويل جدًا في البيئات التي بها معظم الملوثات دون فقدان المعايرة. هذا الاستقرار في الأداء يجعلها مناسبة للاستخدام في تدفقات الغاز حيث تكون المستويات العالية من الملوثات في عينات الغاز ضارة بشكل لا رجعة فيه للأنواع الأقل استقرارًا من مستشعرات الرطوبة. على سبيل المثال ، يُستخدم هذا النوع من أجهزة قياس الرطوبة على نطاق واسع للتحكم في نقطة الندى أثناء التصلب الحراري لأسطح المنتجات المعدنية في بيئة هواء بها شوائب خاصة. في مثل هذه الحالات ، يكون توفير وصول سهل إلى المرآة للتنظيف أمرًا مرغوبًا بشكل خاص.
إنتاج حساس للرطوبة
عمليات التغليف المتخصصة المطلوبة في إنتاج المستحضرات الصيدلانية والأغشية والطلاء وغيرها من المنتجات تتم مراقبتها غالبًا بواسطة أجهزة قياس الرطوبة المرآة المبردة. مرة أخرى ، يتأثر اختيارهم في هذه الحالة باستقرار دقة القياس وعمر الخدمة الطويل. علاوة على ذلك ، نظرًا لأن هذه العمليات تميل إلى أن تكون أقل حساسية لـتكاليف الجهاز ، التكلفة العالية لأجهزة قياس الرطوبة هذه ليست عاملاً محددًا في اختيار نظام مراقبة الرطوبة.
غازات درجات الحرارة المرتفعة ونقاط تكثفها
غالبًا ما يتم اختيار هذا النوع من أجهزة قياس الرطوبة لقياس درجات حرارة نقطة الندى فوق درجة الحرارة المحيطة. تم استخدام أدوات المرايا المبردة منذ عام 1966 لمراقبة خلايا وقود الهيدروجين في صاروخ أبولو التي تعمل عند 250 درجة مئوية و 700 رطل / بوصة مربعة. باستخدام تقنيات التبريد الكهروحرارية المرآة الحالية ، يمكن قياس نقاط الندى حتى 100 درجة مئوية (وأعلى ، بافتراض الضغوط فوق الضغط الجوي) بسهولة. في مثل هذه الحالات ، يجب أن تكون درجة حرارة جميع أسطح حجرة قياس مقياس الرطوبة التي تتلامس مع عينة الغاز أعلى من أعلى نقطة تكثف متوقعة ، وإلا سيحدث التكثيف على هذه الأسطح وسيكون القياس خاطئًا.
في أجهزة قياس الرطوبة المصممة لقياس نقطة الندى لغازات درجات الحرارة المرتفعة ، من الشائع استخدام السخانات الكهربائية التي يتم التحكم فيها حراريًا للحفاظ على جدران غرفة القياس أعلى من أعلى نقاط الندى المتوقعة. يتم الحفاظ على المكونات البصرية ذات الحالة الصلبة مثل مصابيح LED وأجهزة الكشف في درجة حرارة التشغيل الاسمية (عادةً 85 درجة مئوية) لمنع التدهور والتلف الذي يلحق بجهاز الرطوبة. يمكن تحقيق ذلك عن طريق العزل الحراري لهذه المكونات من غرفة القياس المسخنة.
