Měření vlhkosti vnitřního vzduchu – zařízení a jednotky měření, stručně vzorec

Z kurzu fyziky v 8. ročníku víme, že stupeň nasycení vzduchu vodní párou se nazývá vlhkost. Tato hodnota má významný vliv na pocit teploty člověka, proto je potřeba ji měřit. Pojďme si krátce povědět o měření vlhkosti vzduchu v interiéru a exteriéru, jaké přístroje k tomu existují a na jakých principech fungují.

Vlhkost a její druhy

Vzhledem k tomu, že vlhkost závisí na množství vodní páry v atmosférickém vzduchu, nejjednodušší způsob, jak si představit vlhkost, je hmotnost vody na jednotku objemu vzduchu. Ve skutečnosti je to hustota a jednotkou měření vlhkosti vzduchu jsou gramy na metr krychlový. Tato vlhkost se nazývá absolutní.

Dalším typem vlhkosti je relativní vlhkost. Tato hodnota ukazuje, jak blízko je vodní pára ve vzduchu nasycení. Pokud je pára nasycená a vzduch obsahuje maximální množství vlhkosti, bere se relativní vlhkost jako 100 %.

Pokud ve vzduchu není žádná vodní pára, bere se relativní vlhkost jako 0 %.

Přístroje na měření vlhkosti

K měření vlhkosti se používají následující přístroje.

Kondenzační vlhkoměr

Podle vzorců molekulární kinetické teorie, když se vzduch ochladí, parciální tlak vodní páry v něm klesá a v určitém okamžiku se pára nasytí, začne její kondenzace a ve vzduchu se objeví mlha a rosa.

Teplota, při které pára ze vzduchu začíná kondenzovat, se nazývá rosný bod. Při znalosti rosného bodu lze určit parciální tlak vodní páry, a tedy i absolutní vlhkost.

Na tomto principu je založen kondenzační vlhkoměr. Jedná se o uzavřenou krabičku s gumovou žárovkou a teploměrem. Uvnitř je snadno odpařitelná kapalina (éter). Jedna strana krabice je leštěná pro snadné pozorování.

Profukováním vzduchu vlhkoměrem způsobíme odpařování éteru a teplota vlhkoměru se snižuje. Jakmile je dosaženo rosného bodu, leštěný povrch vlhkoměru se zamlží a tento okamžik je zaznamenán na teploměru.

Při znalosti rosného bodu, parciálního tlaku nasycené vodní páry a absolutní vlhkosti vzduchu lze zjistit z tabulek. A když znáte teplotu okolního vzduchu, můžete zjistit relativní vlhkost. Jedná se o nejpřesnější a nejúplnější metodu měření vlhkosti.

Vlasový vlhkoměr

Použití kondenzačního vlhkoměru není příliš pohodlné, proto se v každodenním životě nejčastěji používá vlasový vlhkoměr. Jeho působení je založeno na skutečnosti, že molekuly bílkovin, které tvoří normální vlasy, mění svou strukturu při změně relativní vlhkosti a znatelně se roztahují, zatímco vlasy se prodlužují. Toto prodloužení se přenáší na ukazatel a relativní vlhkost se odečítá přímo ze stupnice.

Psychrometr

Dalším zařízením, které měří relativní vlhkost, je psychrometr. Skládá se ze dvou teploměrů – suchého a mokrého. Čím nižší je relativní vlhkost, tím rychleji dochází k odpařování a tím nižší je teplota vlhkého teploměru.

Pomocí tabulky na přístroji se tedy určí aktuální relativní vlhkost na základě údajů dvou teploměrů.

co jsme se naučili?

Nejpřesnější a nejúplnější měření vlhkosti je pomocí kondenzačního vlhkoměru. V každodenním životě je pro měření vlhkosti vhodnější vlasový vlhkoměr nebo psychrometr.

Vlhkost vzduchu je důležitým parametrem pro vytvoření příznivého mikroklimatického prostředí doma i v práci.

Co je psychrometr

Psychrometry jsou zařízení určená k měření vlhkosti vzduchu v domácnostech, průmyslových podnicích a na meteorologických stanicích. Toto zařízení se instaluje ve výrobních prostorách, kancelářích a bytech pro kontrolu úrovně vlhkosti. Například pro vytvoření optimálního mikroklimatu v domě musí být vlhkost vzduchu udržována v rozmezí od 30 % do 60 %. Příliš suchý nebo naopak nasycený párou vzduch má negativní vliv na zdraví, stav nábytku a dekorativních prvků interiéru.
Pokud jde o průmyslovou sféru, úroveň vlhkosti pro vysoce specializované prostory, jako jsou sklady, laboratoře, dílny, inkubátory a mnoho dalších, se stanovuje individuálně s přihlédnutím k určitým požadavkům na skladování a výrobu produktů.
Psychrometr používají také pracovníci meteorologické služby k vytváření předpovědí počasí. Vlhkost vzduchu totiž přímo závisí na pohybu vzdušných hmot a změnách teploty.

Jaký je rozdíl mezi vlhkoměrem a psychrometrem?

Psychrometr a vlhkoměr jsou zařízení pro stejný účel. V podstatě je psychrometr jen jednou z variant vlhkoměru, měřicího zařízení pro stanovení úrovně vlhkosti plynných látek. Rozdíl mezi nimi spočívá v jejich konstrukci. Činnost vlhkoměrů je založena na změně fyzikálních a chemických vlastností různých materiálů při nasycení vzduchem. Nejoblíbenější jsou váhové, konduktometrické, kondenzační, elektronické, keramické a vlasové modely. Vlhkoměry jsou mobilnější a všestrannější, snadno se používají a ovládají. Kromě zjišťování vlhkosti plynů jsou některé typy schopny tento ukazatel stanovit i pro pevné látky.

Psychrometrický vlhkoměr se vyznačuje spolehlivostí měření. Často se používá nejen jako zařízení pro studium vlhkosti prostředí, ale také jako zařízení pro určení přesnosti jiných zařízení.

Princip fungování psychrometru

Fungování psychrometru si můžete představit na jeho nejjednodušší formě, tedy pomocí Augustova přístroje. Skládá se tedy ze dvou identických teploměrů, lihových nebo rtuťových. Jsou upevněny na stojanu ve vzdálenosti 4-6 cm ve stejné výšce.

Prvním zařízením pro měření teploty vzduchu je běžný teploměr, který se používá v každodenním životě a průmyslu. Jeho hodnoty se tedy rovnají pokojové teplotě při požadované vlhkosti.

Druhý teploměr se nazývá mokrý nebo vlhký teploměr. Lihová baňka (rtuťová kulička) přístroje je pokryta látkou, která dokáže dlouhodobě udržet vlhkost. Může to být batistická látka, šifon nebo gáza. Jeden konec pásky je omotán kolem baňky a druhý je umístěn do malé nádoby s vodou. Pro přesnost měření se doporučuje použít destilovanou nebo obyčejnou převařenou vodu, protože obsah solí v ní, které mohou ovlivnit zkreslení údajů, je výrazně nižší.

Princip fungování klasického psychrometru spočívá v nalezení dvou hodnot: teploty suchého a mokrého teploměru. Hodnoty mokrého teploměru přímo závisí na intenzitě odpařování. Čím vyšší je teplota, tím nižší bude hodnota mokrého teploměru. Děje se to proto, že molekuly vody se při odpařování odebírají část energie a ochlazují prostor kolem lihové baňky.

Jak používat psychrometrický vlhkoměr

Instalace psychrometru závisí na jeho typu. Může se jednat o stativový, nástěnný nebo ruční přístroj. Společné pro většinu přístrojů je příprava mokrého teploměru, která spočívá ve navlhčení gázy a naplnění kapacitní baňky vodou. Po dokončení postupů se přístroj ponechá v klidu po dobu 7-10 minut, poté se odečtou hodnoty z obou stupnic. Pro získání přesnějších hodnot lze psychrometrický vlhkoměr ponechat v klidu půl hodiny až hodinu.

Princip činnosti psychrometru spočívá v zaznamenání rozdílu teplot mezi suchým a mokrým teploměrem, aby se na základě naměřených hodnot zjistila vlhkost vzduchu. Většina psychrometrů je dodávána se speciální tabulkou nebo grafem, který lze použít k určení vlhkosti vzduchu v procentech na základě naměřených hodnot.

Jak se vypočítává relativní vlhkost psychrometrů?

Relativní vlhkost vzduchu v místnosti se nejčastěji vypočítává pomocí následujících metod: tabulkové, grafické a analytické.

Metoda 1 s využitím psychrometrických tabulek

Assmannova psychrometrická tabulka umožňuje zjistit vlhkost vzduchu pouze pomocí dvou ukazatelů: údaje ze suchého teploměru a rozdílu teplot mezi dvěma teploměry. Údaje ze suchého teploměru jsou vyneseny podél svislé osy. Mohou být vyjádřeny buď ve stupních Celsia, nebo v Kelvinech. Vodorovná osa obsahuje koeficienty rozdílu měřicích přístrojů. Pokud je hodnota přijata jako desetinný zlomek, zaokrouhlí se na celé číslo. Vlhkost vzduchu se zjistí v průsečíku dvou parametrů tabulky.
Vlhkost vzduchu je přímo úměrná rozdílu teploměrů. Čím větší je tento rozdíl, tím je vzduch sušší. Při nulovém koeficientu tohoto ukazatele bude naopak nasycení vzduchu parami vysoké. Při přesném měření dosáhne 100 %. To znamená, že místnost je tak nasycená parami, že nové molekuly vody z gázové pásky se prostě nemohou podílet na jejím dalším nasycení.

Stojí za zmínku, že většina výrobců vyrábí zařízení, která obsahují tabulku, jež zohledňuje technické vlastnosti a typ konkrétního zařízení. To se dělá nejen proto, aby se usnadnilo nalezení vlhkosti v místnosti, ale také proto, aby se zlepšila přesnost zařízení.

Metoda 2 grafická metoda

Psychrometrický graf neboli nomogram vám také umožňuje zjistit vlhkost vzduchu bez nutnosti složitých výpočtů. Princip práce s grafem je podobný tabulkové metodě. Místo diferenčního koeficientu se však používají hodnoty vlhkého teploměru. Dalším rozdílem je, že teplota na nomogramu je vynesena podél vodorovné osy.

Hodnota vlhkosti se nachází v průsečíku čar dvou teploměrů. Procentní koeficient se nachází uprostřed grafu podél svislé čáry.

Metoda 3 analytická metoda

Analytickou metodou pro zjištění vlhkosti je použití vzorce:

Vlhkost vzduchu = P/P(o) * 100 %, kde:

• P — absolutní vlhkost směsi páry a vzduchu;
• P(o) je hustota nasycené páry při stejné teplotě, měrná jednotka g/m^3.

Faktory ovlivňující chybu měření psychrometrů

Následující faktory ovlivňují psychrometrické měření vlhkosti:

• Znečištění vzdušných hmot a vody používané pro fyzikální experimenty. Přítomnost různých nečistot ve vzduchu, stejně jako přítomnost prachových částic a solí ve vodě, vede ke vzniku chyby ve výpočtech. Navíc čím vyšší je jejich koncentrace, tím větší je odchylka ve výsledku;
• Přítomnost neustálého odsávání. Použití Augustova zařízení, které na rozdíl od Assmanova zařízení neposkytuje dodatečné foukání, vede k měřením s chybou. Aby se tomu zabránilo, je nutné samostatně použít aspirační prvek, který zvyšuje přesnost odečtů;
• Smáčení a čistota tkaniny. Parametr ovlivňuje rychlost odpařování molekul vody. V normálním stavu cambric pásky probíhá proces odpařování přirozenou rychlostí pro danou teplotu. Znečištění tkaniny nebo její nedostatečná vlhkost však vede ke zkreslení údajů na vlhkém teploměru.

Typy psychrometrů

Existují tři hlavní skupiny zařízení: stacionární, aspirační a dálkové. Každá z nich má svůj charakteristický vzhled a konstrukci. Zároveň je spojuje společný princip fungování, který spočívá v měření teplot suchými a mokrými teploměry.

Stacionární psychrometr ze srpna

Stacionární psychrometr je klasický psychrometr (anglicky: „psychrometer“), který se vyznačuje snadnou použitelností a jednoduchou konstrukcí, jehož principem je nalezení rozdílu mezi suchým a mokrým teploměrem. Vynalezl ho v roce 1828 německý fyzik Erno August. Po téměř dvě století se vzhled zařízení prakticky nezměnil a zařízení neztratilo svůj význam a relevanci v mnoha fyzikálních oborech.
Jeho konstrukce zahrnuje dva teploměry, meteorologickou budku a ve většině případů psychrometrický stůl pro stanovení vlhkosti.
Nevýhodou stacionárního psychrometru je závislost údajů mokrého teploměru na proudění vzduchu v kabině.

Assmann aspirační psychrometr

Vzhled a složení aspiračního psychrometru lze pochopit na Assmanově přístroji. Tento model má složitější konstrukci než stacionární přístroj, ale výsledky s ním získané jsou přesnější. Assmanův psychrometr se skládá ze dvou teploměrů umístěných ve speciálním niklovém pouzdře a ofukovacího mechanismu (mechanického nebo elektronického). Baňka mokrého teploměru je také obalena cambrikem, který se dle potřeby zvlhčuje pipetou.

Niklové pouzdro je navrženo tak, aby chránilo teploměry před mechanickým a ultrafialovým zářením. Psychrometr začne fungovat po spuštění ventilačního zařízení, které nasává testovaný vzduch rychlostí 2 m/s. K odečtení údajů stačí 5–10 minut provozu přístroje. Vlhkost vzduchu se zjišťuje pomocí Assmannovy tabulky nebo grafickou metodou.

Dálkový

Princip fungování vzdáleného psychrometru je i přes automatizaci podobný psychrometrickému vlhkoměru Augusta a Assmana. Taková zařízení jsou určena pro podniky, které vyžadují vysokou přesnost měření. Zároveň je proces získávání dat ze vzdálených zařízení automatizován. To znamená, že regulátor nemusí zapisovat hodnoty přímo z psychrometru pokaždé, když se k němu přiblíží. Informace ze zařízení se automaticky přenášejí do počítače v oddělení, které se zabývá regulací mikroklimatu.
Dálkové přístroje se dělí na dva typy: manometrické a elektrické. První obsahují ve své konstrukci manometrické teploměry, což určuje jejich název. Druhé jsou založeny na odporových teploměrech, termočlánkech a termistorech. Elektrické psychrometry nahrazují mechanické.

Psychrometry VIT

Psychrometr řady VIT se používá ke stanovení teploty a vlhkosti vzduchu v průmyslových dílnách, skladech, kancelářích, jídelnách, knihovnách a bytech. Rozsah použití těchto psychrometrických vlhkoměrů je rozsáhlý, což je vysvětleno snadnou údržbou zařízení, jejich přesností a spolehlivostí.

Konstrukce psychrometru VIT je podobná přístroji August, stejně jako jeho princip fungování. Dva teploměry jsou upevněny na plastové základně. Mokrá baňka teploměru je zabalena do látky, jejíž jeden konec je umístěn ve speciální nádobě s vodou. Zásobník vody a konce obou teploměrů jsou na vnitřní straně základny.
Pro větší pohodlí se VITy vyrábějí se stolem umístěným na kovové desce spolu se dvěma teploměry.

Modely VIT-1 a VIT-2 se liší rozsahem použití. VIT-1 je určen k měření vlhkosti v teplotním rozsahu od 5 do 25 °C. Pokud je teplotní rozsah ve zkoumané místnosti vyšší než uvedené hodnoty, pak si s tímto úkolem poradí VIT-2. Jeho rozsah je od 20 do 40 °C.

Psychrometrická metoda v průmyslu

Psychrometrická metoda našla široké uplatnění v průmyslu: psychrometr se používá ke stanovení vlhkosti během sušení dřeva, pěstování hub, ve skladech, skladech zeleniny, v knihovnách, jídelnách a při výrobě složitých zařízení, jejichž součásti vyžadují splnění určitých norem týkajících se obsahu par v prostředí.

Typ a provedení psychrometrického zařízení se může lišit v závislosti na typu prostor a oblasti použití. Mnoho průmyslových podniků odmítá používat stacionární a aspirační zařízení kvůli jejich křehkosti. Stále větší oblibu získávají elektronické modely.

Údržba zařízení

Údržba přístrojů August a Assmann spočívá v kontrole integrity jejich součástí. Mechanické poškození psychrometru rtuťovými teploměry představuje zdravotní riziko. Proto je nutné neustále sledovat stav teploměrů.

Druhým, neméně důležitým faktorem je kontrola čistoty a vlhkosti cambricové látky. Vodní nádrž je malá baňka, z níž se voda odpařuje poměrně rychle.

Výhody a nevýhody

Mezi výhody psychrometru patří jeho přesnost a snadné použití. Assmanův psychrometr svými vlastnostmi předčí Augustův přístroj díky zabudované mechanické ventilaci. Ten však láká kupující svou nízkou cenou a účinností. Je to ten, který lze častěji vidět na stěnách průmyslových prostor a kanceláří.

Pokud jde o negativní aspekty, je to samozřejmě křehkost měřicího zařízení. A také zkreslení dat při absenci dodatečného nasávání vzduchu.

Zařízení pro kontrolu mikroklimatu

Kromě vlhkoměrů se ve výrobě k regulaci mikroklimatu používají specializovaná zařízení, jako jsou senzory, hygrostaty a vlhkoměry. Tato zařízení mohou být buď úzce zaměřená, určená pro použití v určitých průmyslových podnicích, nebo zařízení se širokou škálou možností. Typy se rozlišují teplotním rozsahem a pokrytím oblasti.

Pokud jde o hygrostat, toto zařízení nejen monitoruje vlhkost vzdušných hmot, ale také dokáže automaticky ovládat zvlhčovač. Například hygrostat vypne pracující zvlhčovač, pokud je vzduch v místnosti nasycen vodní párou. Toto zařízení se obvykle používá v klimatizaci a větrání.

Bezpečnostní opatření při práci s vlhkoměrem a psychrometrem

Práce s měřicím přístrojem vyžaduje zvýšenou opatrnost a přesnost, protože obsahuje skleněné lihové nebo rtuťové teploměry. Nesmí být narušena integrita psychrometru. Pokud je rtuťový přístroj mechanicky poškozen, musí být okamžitě zlikvidován ve sběrném dvoru nebezpečného odpadu.