Havanın (ve diğer gazların) nemini ölçmek için yaygın olarak kullanılan bir alet, bir yoğuşma higrometresidir. Çalışma prensibi, havadaki nemin yoğunlaşmasının başladığı çiğ noktası adı verilen sıcaklığı ölçmektir.
Hava nemi nedir
Higrometre, mutlak veya bağıl bir değer olarak gösterilebilen havanın nem içeriğini ölçer. Bunlardan ilki, 1 metreküpte basitçe su buharı kütlesini verir. belirli bir sıcaklıkta m hava. Ancak ikincisi, havadaki su buharının bir doyma durumuna, yani sıvı fazıyla dinamik dengeye ne kadar yakın olduğunu gösterir - ne buharlaşma ne de yoğuşma olduğunda. Doyma durumunda havanın ölçülen mutlak neminin mutlak nemine oranına eşittir. Havadaki su buharı doymuş olduğunda (yine belirli bir sıcaklıkta), o havanın bağıl nemi %100'dür. Doymamış su buharı olan havada, buna göre daha azdır.
Yoğuşma higrometresi nasıl çalışır
Havanın nemini belirlemek için herhangi bir cihazın çalışma prensibi, kural olarak, sıcaklık, basınç, kütle gibi diğer bazı miktarları veya nemi emen bir maddedeki mekanik ve elektriksel değişiklikleri ölçmektir.. Uygun kalibrasyon ve hesaplama ile ölçülen bu değerler, mutlak veya bağıl nemin belirlenmesine yol açabilir. Bu süreçte çok önemli bir rol, çiğ noktası olarak adlandırılan buhar doygunluğunun meydana geldiği sıcaklık tarafından oynanır. Kural olarak, hava nemini belirlemek için modern elektronik cihazlar bu sıcaklığı veya çeşitli emici maddelerin elektrik kapasitansındaki veya direncindeki değişiklikleri ölçer ve bunlar daha sonra (otomatik olarak) nem göstergelerine dönüştürülür.
Yoğuşma higrometre cihazı
Çalışması, havadaki su buharının çiğ noktası yöntemiyle ölçülmesine dayalıdır. Bu yöntem, bir yüzeyin, tipik olarak bir metal aynanın, ayna yüzeyindeki suyun, yüzeyin üzerindeki numune gazındaki suyun buhar basıncı ile dengede olduğu bir sıcaklığa soğutulmasını içerir. Bu sıcaklıkta, ayna yüzeyindeki su kütlesi ne artar (yüzey çok soğuksa) ne de azalır (yüzey çok sıcaksa), yani aynanın üzerindeki buhar, üzerindeki su yoğuşmasıyla dinamik dengededir. ayna (buhar doymuştur).
Bu ayna, iyi termal iletkenliğe (gümüş veya bakır gibi) sahip bir malzemeden yapılmıştır vekararma ve oksidasyonu önlemek için iridyum, rubidyum, nikel veya altın gibi inert bir metal ile kaplanmıştır. Ayna, yoğuşma oluşana kadar termoelektrik bir soğutucu (Peltier etkisi) ile soğutulur. Genellikle bir katı hal geniş bant ışık yayan diyottan gelen bir ışık demeti, bir ayna yüzeyine yönlendirilir ve bir fotodedektör, ayna üzerinde yoğunlaşma olmadığında akışı maksimum olan yansıyan ışığı izler.
Çocuk aynası higrometre çalıştırma yöntemi
Aynanın ayna yüzeyinde çiy damlaları oluştuğunda, yansıyan ışık saçılır. Bu durumda, fotodedektöre giren akısı azalır, bu da ikincisinin çıkış sinyalinde bir değişikliğe yol açar. Bu da, çiğ noktasında sabit bir ayna sıcaklığını koruyan bir analog veya dijital termoelektrik soğutucu kontrol sistemi tarafından kontrol edilir. Düzgün tasarlanmış bir sistemle ayna, yoğunlaşma hızının çiy tabakasının buharlaşma hızına tam olarak eşit olduğu bir sıcaklıkta tutulur. Aynaya monte edilmiş hassas bir minyatür platin dirençli termometre (PRT), o noktadaki sıcaklığını ölçer ve bu da otomatik olarak bir nem okumasına dönüştürülür.
İlgilenilen tasarımın hava nemini ölçmek için kullanılan higrometre ayrıca gazın analiz edilen kısmında pompalamak için bir vakum pompası ve kirli koşullarda ek filtreleme elemanları içerir.
Değerlendirilen higrometrelerin avantajları
Geniş bir ölçüm aralığı, yüksek doğruluk ve kararlı okumalar ile basit bir çalışma prensibine dayanan bu tür cihazlar, endüstride ve bilimsel araştırmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Tipik bir çiy noktası higrometresi, diğer birçok nem sensörünün aksine, yeniden kalibrasyon ihtiyacını en aza indirerek, çok kararlı, neredeyse aşınmaya dayanıklı hale getirilebilir. Çiy noktası nem higrometresi, 100 °C'den minimum -70 °C'ye kadar olan sıcaklık aralığında çiğlenme noktasını ölçebilir. Bu durumda, ölçüm doğruluğu bir derecenin onda biridir.
İlgilenilen tasarımın birçok higrometresi, mikroişlemci kontrolü ile donatılmıştır ve dirençli bir sıcaklık sensörü ile birlikte, çiğ noktası yerine veya buna ek olarak herhangi bir istenen nem parametresini harici bir göstergede hesaplayabilir ve görüntüleyebilir. Ayrıca bu cihazlar, kablosuz teknoloji kullanılarak sonuçların aktarılmasına olanak tanır. Doğal olarak, bu tür cihazlar, otomatik veri toplama ve ilgili teknik süreçlerin kontrolü için çeşitli endüstriyel sistemlerin bir parçası olarak yaygın olarak kullanılmaktadır.
Böyle bir higrometre ne kadara mal olur? Elbette fiyatı, cihazın elektronik kontrol sisteminin mevcudiyetine ve karmaşıklığına bağlı olarak, esas olarak uygulanan işlevler tarafından belirlenir. Bu nedenle, dijital osiloskopa benzeyen sabit bir yoğuşma higrometresinin maliyeti en az 4.000 ABD dolarıdır. Özellikle "gelişmiş" modeller 10.000 dolardan fazlaya mal olabilir. PiyasadaAyrıca tamamen işlevsel bir portatif higrometre de bulabilirsiniz. Fiyatı 1 ila 2 bin dolar arasındadır.
Yoğuşma higrometrelerinin dezavantajları
Değerlendirilen higrometre sistemi ölçüm sürecinde en verimli olarak kabul edilirken, dezavantajı, çalışma sırasında ölçüm yolunun parçalarının kaçınılmaz olarak kirlenmesidir.
Soğutulmuş aynalarla donatılmış higrometreler, ayna üzerinde biriken çözünür ve çözünmez kirleticilerin varlığı nedeniyle ölçüm hatalarını artırma eğilimindedir. Çözünmeyen parçacıklar aynanın optik özelliklerini etkiler. Orta derecede tozluluk veya ayna üzerinde çözünmeyen partiküllerin görünümü, üzerinde çiy veya donun oluşabileceği konsantrasyon merkezleri sağlayarak cihazın tepki süresini artırır. Çözünür safsızlıklar, ayna üzerinde yoğunlaşan nemden kaynaklanan buhar basıncı miktarını etkiler ve bu da çiğlenme noktasını değiştirir. Modern ölçüm higrometreleri (en azından daha gelişmiş modelleri), nem hesaplama algoritmalarında uygun ayarlamalar yaparak cihazın kontaminasyonu algılamasına ve tepki vermesine olanak tanıyan "kendi kendini test etme" özelliklerini içerir.
Bu özelliklerden bağımsız olarak, söz konusu neredeyse tüm higrometrelerin periyodik olarak kontrol edilmesi ve temizlenmesi gerekir.
Soğutulmuş Ayna Higrometrelerinin Bakımı
Kullanım kılavuzu bu anlamda cihazın kullanıcısına ne tavsiye ediyor. Kire duyarlı bir higrometre olmalıdır.bakım maliyetini artırabilmesine rağmen, ölçüm sonuçlarının kararlılığını sağlamak için periyodik olarak temizlenmelidir. Cihazın aynasının muayenesi genellikle yerleşik mikroskop kullanılarak gerçekleştirilir ve bakımı ölçüm bölmesi açıldıktan sonra manuel olarak gerçekleştirilir.
Ayna yüzeyinin temizliği, çalıştırma talimatlarında gerekli olan sıklıkta yapılırsa, bu şekilde ölçümlerin doğruluğunu korumak mümkündür. Temizleme için ayna yüzeyine kolay erişim, genellikle optik bileşenler ve ayna arasındaki bir menteşe ile sağlanır. Artık tüketicinin ihtiyaç duyduğu herhangi bir yoğuşma higrometresini piyasada bulabilirsiniz. Aşağıdaki fotoğraf, uygulamasının bir örneğini göstermektedir.
Higrometrelerin metrolojide kullanımı
Uygun şekilde tasarlanmış ve bakımı yapılmış bir soğutulmuş ayna higrometresi, diğer popüler nem ölçerlerden çok daha yüksek doğrulukta nem ölçümleri sağlar. Özellikle sıcaklık ölçümü için platin dirençli termometre, ayna izleme için bir ayna ve orta güçte bir mikroskop ile donatıldığında doğal ölçüm doğruluğu, metrolojik ölçümler için ideal hale getirir. Kablosuz dijital iletişim kanalları aracılığıyla bilgi aktarma olanakları, meteorolojik bilgilerin toplanması ve işlenmesi için küresel sistemlerde bu tür higrometrelerin kullanılması için geniş olanaklar sunar.
Fabrika laboratuvarlarında ve kirli ortamlarda kullanın
Bu hava nemi ölçer, fabrika iklim laboratuvarlarında mutlak değerini ölçmek için idealdir. Çevresel test odalarını kontrol etmek için kullanılan bağıl nem sensörleri gibi diğer cihazların doğruluğunu kontrol etmek için genellikle referans olarak kullanılırlar.
Bu higrometrelerin yapımında kullanılan malzemelerin stabilitesi ve ayrıca bunları tekrar tekrar temizleme yeteneği, cihazları, kalibrasyon kaybı olmadan en fazla kirletici bulunan ortamlarda çok uzun hizmet ömrü için uygun hale getirir. Bu performans kararlılığı, gaz numunelerindeki yüksek seviyedeki kirleticilerin daha az kararlı nem sensörü türleri için geri döndürülemez şekilde zararlı olduğu gaz akışlarında kullanım için uygun hale getirir. Örneğin, bu tip higrometre, metal ürünlerin yüzeylerinin özel safsızlıklarla bir hava ortamında ısıl sertleşmesi sırasında çiy noktasını kontrol etmek için yaygın olarak kullanılır. Bu gibi durumlarda temizlik için aynaya kolay erişim sağlanması özellikle arzu edilir.
Neme duyarlı üretim
İlaçların, filmlerin, kaplamaların ve diğer ürünlerin üretiminde gerekli olan özel paketleme işlemleri genellikle soğutulmuş ayna higrometreleri tarafından izlenir. Yine, bu durumda seçimleri, ölçüm doğruluğunun kararlılığından ve uzun hizmet ömründen etkilenir. Ayrıca, bu süreçler daha az duyarlı olma eğiliminde olduklarından,cihaz maliyetleri, bu higrometrelerin yüksek maliyeti, bir nem izleme şeması seçiminde belirleyici bir faktör değildir.
Yüksek sıcaklıktaki gazlar ve çiy noktaları
Bu tür higrometre genellikle ortam sıcaklığının üzerindeki çiy noktası sıcaklıklarını ölçmek için seçilir. 250°C ve 700 psi'de çalışan Apollo roketi hidrojen yakıt hücrelerini izlemek için 1966 gibi erken bir tarihte soğutulmuş ayna aletleri kullanıldı. Günümüzün termoelektrik ayna soğutma teknolojileri ile 100 °C'ye kadar (ve atmosfer basıncının üzerindeki basınçlar varsayıldığında daha yüksek) çiy noktaları kolaylıkla ölçülebilir. Bu gibi durumlarda, gaz numunesi ile temas halinde olan higrometrenin ölçüm odasının tüm yüzeyleri, beklenen en yüksek çiğlenme noktasının üzerinde bir sıcaklığa sahip olmalıdır, aksi takdirde bu yüzeylerde yoğuşma meydana gelir ve ölçüm hatalı olur.
Yüksek sıcaklıktaki gazların çiğlenme noktasını ölçmek için tasarlanmış higrometrelerde, ölçüm odasının duvarlarını beklenen en yüksek çiğlenme noktalarının üzerinde tutmak için termostatik kontrollü elektrikli ısıtıcıların kullanılması yaygın bir uygulamadır. LED'ler ve dedektörler gibi katı hal optik bileşenleri, higrometrenin bozulmasını ve hasar görmesini önlemek için nominal çalışma sıcaklıklarında (tipik olarak 85°C) tutulur. Bu, bu bileşenlerin ısıtılmış ölçüm odasından termal olarak yalıtılmasıyla sağlanabilir.
