Voorwaarden en fysieke wetten

Desamenstelling van de lucht

De volgende componenten komen voor in schone, droge lucht:

78,10 vol % stikstof

20,93 vol % zuurstof

0,93 vol % argon

0,03 vol % kooldioxide

0,01 vol % waterstof

evenals kleinere hoeveelheden neon, helium, krypton en xenon.

Naast deze componenten bevat onze binnen- en buitenlucht ook een bepaalde hoeveelheid vocht in de vorm van waterdamp. De lucht is dus een homogeen mengsel van verschillende gassen en kan worden beschouwd als het “ideale gas”. Zonnestraling en wind zorgen voor een gelijkmatige menging van de betrokken gassoorten, zodat ondanks verschillende specifieke gewichten geen stratificatie optreedt.

Dalton’swet P = P1 + P2 + …

De totale druk van een gasmengsel bestaat uit de som van de partiële drukken en hun componenten. Simpel gezegd, de lucht bestaat uit droge lucht en waterdamp,

P = P_w + P_trocken

waarbij (P_w) de partiële druk vertegenwoordigt die wordt gegenereerd door waterdamp en (P_trocken) de som van de partiële druk van alle andere gassen.

Verzadigingsdruk van waterdamp

De lucht kan een bepaalde hoeveelheid waterdamp absorberen en opslaan, afhankelijk van de temperatuur. De innamehoeveelheid neemt toe met toenemende temperatuur. De resulterende waterdampdruk kan alleen bij een bepaalde temperatuur tot de verzadigingsgrens stijgen wordt waterdampverzadigingsdruk (Ps) genoemd. De omgevingsdruk of de aanwezigheid van andere gassen of onzuiverheden hebben geen invloed op het getoonde gedrag.

Dauwpunt

De dauwpunttemperatuur (Td) is de temperatuur waarbij de lucht verzadigd is met waterdamp en condensatie optreedt wanneer waterdamp wordt toegevoegd of de luchttemperatuur wordt gekoeld. De overtollige hoeveelheid waterdamp ontdooit als regen, mist of condensatie. De verzadigde toestand blijft bestaan. De dauwpunttemperatuur komt overeen met de waterdampverzadigingstemperatuur en kan bij normale druk maximaal 100 °C bedragen.

Meeteenheden

Er zijn twee meetvariabelen beschikbaar om het vochtgehalte in de lucht te identificeren. Er wordt onderscheid gemaakt tussen de relatieve vochtigheid en de absolute vochtigheid.

Wat is relatieve luchtvochtigheid?

De relatieve vochtigheid is de verhouding tussen de waterdampdruk (Pw) in een gas en de max. mogelijke waterdruk, d.w.z de waterdampverzadigingsdruk (Ps) bij de betreffende temperatuur.

rF=100 * ( P_w / P_s (t) ) [%]

De relatieve vochtigheid vertegenwoordigt een dimensieloze hoeveelheid, het is een verhouding en wordt gegeven in procent (%). Omdat de verzadigingsdruk alleen afhangt van de luchttemperatuur, is ook de relatieve vochtigheid temperatuurafhankelijk.

Invloed van temperatuurschommelingen van ± 1 K bij verschillende temperaturen en vochtigheid

Wat is absolute vochtigheid?

De absolute vochtigheid (a) geeft de hoeveelheid waterdamp in een bepaald luchtvolume aan.

a = massa van waterdamp / luchtvolume

De maateenheid voor absolute vochtigheid is g / m3. Het meten van de absolute luchtvochtigheid heeft als groot voordeel dat de werkelijke hoeveelheid water zoals bijvoorbeeld wordt weerspiegeld in een gas, ongeacht de temperatuur.

Mengverhoudingof waterinhoud (X)

De verhouding tussen de massa van waterdamp en de massa van droog gas wordt weergegeven. Meestal zijn de eenheden g/kg_{droge lucht} en %.

Er staat dus hoeveel gram waterdamp er in een kilo droge lucht zit. Bij procestechniek speelt de bepaling van het watergehalte een belangrijke rol, omdat dit veel zinvollere gegevens oplevert in vergelijking met de relatieve vochtigheid.

De afmetingen van de absolute en relatieve vochtigheid hangen nauw met elkaar samen. De eenheden van absolute vochtigheid kunnen worden geselecteerd op basis van de respectievelijke vereisten.

De meest voorkomende units zijn:

• Dauwpunt (temperatuur) - ° C
• Mengverhouding - g / kg droge lucht
• Absolute vochtigheid - g / m3

Relatie tussen temperatuur, vochtgehalte en relatieve vochtigheid

De bijbehorende relaties worden weergegeven in het i-x-diagram (Mollier-diagram).

Voorbeeld van het gebruik van het diagram:

a)Bepaling van het watergehalte X en de waterdampdruk e

Gemeten:

• Luchttemperatuur 28 ° C
• Luchtvochtigheid 60% rF

Zoek de gemeten waarden in het diagram en bepaal snijpunt A. Maak een verticale lijn op het snijpunt en trek door naar de boven- en onderkant van het diagram. Het snijpunt aan de bovenrand geeft de waterdampdruk e = 17 mm QS, de onderrand het watergehalte X = 14 g / kg.

b) Bepaling van dedauwpunttemperatuur
Gemeten:

• Luchttemperatuur 28 ° C
• Luchtvochtigheid 60% rF

Bepaal snijpunt A zoals in a). Ga vanaf snijpunt A verticaal naar de maximale vochtigheid 100% en trek vanaf dit punt een lijn op de as (links) met de temperatuurverdeling. Het nieuwe kruispunt resulteert in de gezochte dauwpunttemperatuur van 19,4 ° C.

Vochtmeetmethoden en hun toepassingsgebieden

Voor het bepalen van de luchtvochtigheid kunnen verschillende meetmethoden worden gebruikt. De keuze van de meest geschikte meetmethode wordt meestal door de gebruiker gemaakt in verband met het meetobject. Het is vaak mogelijk om een hogere meetnauwkeurigheid te bereiken of om aan de gewenste eisen te voldoen met een eenvoudig maar correct opgesteld vochtmeetinstrument. Voor algemene hulp worden hieronder enkele van de bekendste en meest gebruikte vochtmeetmethoden en hun toepassingsgebieden beschreven.

Psychrometrischemeetmethode

Met de psychrometrische meetmethode wordt de relatieve luchtvochtigheid direct bepaald. De meetmethode is gebaseerd op het principe van warmte-uitwisseling.

De psychrometer bestaat in feite uit twee onafhankelijke temperatuursensoren, waarvan er één wordt gebruikt als vochtigheidssensor en de andere als droge vochtigheidssensor. De vochtigheidstemperatuursensor is omgeven door een in water gedrenkt absorberend weefsel. Afhankelijk van de temperatuur en / of het vochtgehalte van de circulerende lucht komt er door verdamping een bepaalde hoeveelheid waterdamp vrij door een noodzakelijke luchtstroom. Hierdoor koelt het oppervlak van de vochtige thermometer merkbaar af (natteboltemperatuur). Tegelijkertijd wordt de omgevingsluchttemperatuur (droge temperatuur) gemeten met de tweede temperatuursensor. Het op deze manier bepaalde psychrometrische temperatuurverschil is een maat voor de relatieve vochtigheid in de lucht.

Met een zorgvuldige omgang kan de psychrometer worden gebruikt om de luchtvochtigheid nauwkeurig te bepalen. De Aspiratiepsychrometer van Assmann wordt bijvoorbeeld gebruikt als internationaal erkende referentie- en controleapparatuur. Een geïntegreerde ventilator met veerwikkeling zorgt voor een constante luchtsnelheid van ca. 3 m / s die rond de thermometer stroomt. Het temperatuurverschil wordt afgelezen op twee gekalibreerde glazen thermometers.

De evaluatie wordt handmatig uitgevoerd met behulp van een tabel of een grafische psychrometertabel.

Naast de aspiratiepsychrometer zijn er ook verschillende ontwerpen beschikbaar. Het toepassingsgebied van de meeste mechanische psychrometers met glasthermometers is beperkt tot het klimaatbereik voor metingen bij ≤ 60 ° C. Het voordeel van deze ontwerpen is dat er geen voeding nodig is.

De elektrische psychrometer maakt een uitgebreid toepassingsgebied mogelijk. De natte bol en droge temperaturen worden gemeten met behulp van Pt 100 weerstandstemperatuursensoren. Als resultaat kan de relatieve vochtigheid worden bepaald en volgens de Sprungsche-formule direct worden weergegeven of verwerkt met microprocessorgestuurde weergave-, controle- en opnameapparaten met het juiste ingangscircuit. Het temperatuurbereik loopt van bijna 0 tot 100 °C.

De psychrometrische meetmethode is ongevoelig voor andere vochtmeetmethoden en maakt daardoor grotendeels metingen in vuile, oplosmiddelhoudende en agressieve gassen mogelijk. Zo worden elektrische psychrometers gebruikt voor continue metingen in de slagerij en kaasindustrie.

Met de al meer dan honderd jaar bekende psychrometrische meetmethode is een eenvoudige en kostenbesparende vochtmeetmethode gerealiseerd. Betrouwbare continue metingen vereisen echter toepassingsspecifieke criteria waaraan moet worden voldaan. Bijvoorbeeld voldoende ventilatie en bevochtiging en onderhoud van de meetapparatuur. Details zijn te vinden in de bedienings- en procedurele instructies van het betreffende instrument.

Capacitieve meetmethode

Het vochtgehalte van de omgevingslucht, dat afhangt van de temperatuur, dringt als waterdamp door de hygroscopische bovenste elektrode van de vochtigheidssensor en bereikt de actieve polymeerfilm.

De hoeveelheid waterdamp die in de polymeerfilm wordt geabsorbeerd, verandert de elektrische eigenschappen van de vochtigheidssensor en heeft als effect dat de capaciteit verandert. De capaciteitsverandering is evenredig met de verandering in relatieve vochtigheid en wordt geëvalueerd door stroomafwaartse elektronica en omgezet in een gestandaardiseerd uitgangssignaal. De evaluatie-elektronica moet worden aangepast aan de basiscapaciteit van de betreffende vochtigheidssensor.

Door het speciale ontwerp en het lage eigen gewicht van de capacitieve vochtigheidssensoren worden zeer snelle reactietijden behaald. Bovendien zijn ze grotendeels ongevoelig voor lichte vervuiling en stof. Ter bescherming tegen contact met het oppervlak zijn de sensoren ondergebracht in een kunststof behuizing. Er zijn dauwbestendige versies beschikbaar voor toepassingen in het hoge vochtigheidsbereik.

Capacitieve meetmethoden worden bijvoorbeeld gebruikt in de klimaatsector en in industriële processen waar geen hoge concentratie aan corrosieve gassen of oplossingen is.

Het standaard meetbereik voor capacitieve vochtigheidssensoren is overwegend 10 tot 90% RH. Bij versies van hogere kwaliteit zijn metingen in het bereik tussen 0 en 100% RH mogelijk.

Een van de belangrijkste voordelen van de capacitieve meetmethode is het haalbare temperatuurbereik waarin de vochtigheidsmetingen kunnen worden uitgevoerd. Moderne vochtigheidssensoren voor industriële toepassingen maken bijvoorbeeld metingen tussen -40 tot +180 ° C mogelijk. Hierbij wordt de temperatuur gelijktijdig geregistreerd en ook beschikbaar als een gestandaardiseerd uitgangssignaal.

Afhankelijk van de instrumentversie zijn afwijkingen van het weergegeven werkbereik mogelijk.

Door de puur elektrische meting biedt de capacitieve meetmethode nog een voordeel. Zo kunnen hoogwaardige vochtigheidssensoren uitgerust met de nieuwste microprocessortechnologie worden uitgerust met een verscheidenheid aan mogelijke opties en functies.

Omdat verschillende gasdrukken en luchtsnelheden nauwelijks invloed hebben op de capacitieve vochtigheidssensor, zijn er instrumentversies beschikbaar die metingen in drukbelaste systemen tussen 0 en 100 bar mogelijk maken.

De meetnauwkeurigheid ligt tussen ± 2 en ± 5% rf, afhankelijk van de instrumentversie. Onder bepaalde omstandigheden kunnen zelfs meetnauwkeurigheden van ± 1% RH worden bereikt.

Hygrometrische meetmethode

De hygrometrische meetmethode maakt gebruik van de bijzondere eigenschappen van hygroscopische vezelmaterialen om de luchtvochtigheid te bepalen. Als deze vezels worden blootgesteld aan omgevingslucht, treden er na een compensatietijd meetbare lengteveranderingen op, afhankelijk van het vochtgehalte van de lucht.

Door de betreffende toestand van de pulp kan nu direct een conclusie worden getrokken over de aanwezige luchtvochtigheid. In hygrometrische meetelementen worden voornamelijk speciaal geprepareerde plastic draden en mensenhaar gebruikt.

Haar meetelement

De effectiviteit van het meetelement is gebaseerd op het feit dat het gebruikte haar vocht kan opnemen. De opname van vocht zorgt voor een zwellend effect op het haar, wat vooral merkbaar is bij een lengteverandering.

Bij toenemende luchtvochtigheid wordt het haar langer. De lengteverandering is ca. 2,5% in verhouding tot de haarlengte bij een verandering in vocht van 0 tot 100%. Het haar vertoont echter slechts een relatief kleine rek bij hoge luchtvochtigheid (zie figuur hierboven).

Haarmeetelementen worden bij voorkeur gebruikt in wijzerinstrumenten voor klimaat toepassingen. De verandering in lengte van het haar wordt overgebracht naar een aanwijzer of potlood door een speciale precisie mechanische overbrenging. Om redenen van mechanische stabiliteit worden verschillende haren gecombineerd tot een haarbundel of een haarharp.

De meetmethode garandeert een nauwkeurigheid van ± 3% in het meetbereik van 0 tot 90 (100)% RH. Omgevingstemperaturen van -35 tot +50 ° C zijn mogelijk. Voor langdurig gebruik in het lage vochtigheidsbereik onder 40% RH, moet het haarelement worden geregenereerd. Voor dit doel wordt de haarhygrometer ca. 100% blootgesteld aan bijna verzadigde lucht (ca. 94 tot 98%). 60 minuten. Een mogelijke correctie van de wijzerpositie kan dan worden uitgevoerd met een stelschroef. Haarhygrometers zijn gevoelig voor hygroscopisch stof en moeten daarom regelmatig worden beschermd of gereinigd.

Kunststofmeetelement

Het plastic meetelement worden plastic draden gebruikt in plaats van mensenhaar. Een speciaal proces geeft deze vezels ook hygroscopische eigenschappen. Veranderingen in relatieve vochtigheid veroorzaken een evenredige lengteverandering van het meetelement. De verlenging wordt ook overgedragen via een mechanische precisie-overbrenging.

Het voordeel van het kunststof meetelement is dat het gebruikt kan worden bij hogere temperaturen (tot 110 ° C) en ook over een langere periode bij lage relatieve vochtigheid. Een uit de haarmeetelementen bekende regeneratie is hier niet nodig.

Het kunststof meetelement is waterbestendig en ongevoelig voor droog vuil, stof, pluizen en dergelijke vervuiling. Het meet- of werkbereik is (0) 30 tot 100% RH, maar is afhankelijk van de omgevingstemperatuur (zie onderstaande afbeelding). De meetnauwkeurigheid is ± 2 tot 3%.

Hygrometrische sensoren met een plastic element worden gebruikt voor continue metingen in industriële procestechniek en in klimaat toepassingen vanwege hun hoge ongevoeligheid en hogere temperatuurcompatibiliteit. Afhankelijk van de betreffende toepassing is er een grote verscheidenheid aan instrumentversies beschikbaar.

Deze omvatten, maar zijn niet beperkt tot:

Hygro-sensor

De lengteverandering van het kunststof meetelement wordt door een geschikt systeem gemeten en meestal omgezet in een lineair weerstandssignaal. Er zijn ook versies met ingebouwde tweedraadszenders beschikbaar, waarbij gestandaardiseerde stroom- en spanningssignalen aan de uitgang beschikbaar zijn. Instrumenten met een extra temperatuurmeetbereik worden hygrothermo-sensoren genoemd.

Hygrostaat
Bij deze variant wordt de lengteverandering van het meetelement gebruikt om een ​​schakelcontact te bedienen. De hygrostaten worden gebruikt om bevochtigings- en ontvochtigingssystemen te regelen.

Hygrograaf

De hygrograaf is een vochtregistrerende recorder met hygrometrisch haar of plastic meetelementen. Een extra temperatuurregistratie is ook mogelijk (hygrothermograaf). Toepassingsgebieden zijn b.v. weerstations.

Met de hygrometrische meetmethode zijn vochtigheidsmetingen in drukloze en niet-agressieve lucht over het algemeen mogelijk. Metingen in oplosmiddelhoudende en agressieve media moeten worden vermeden, omdat hun type en concentratie onjuiste metingen kunnen veroorzaken of het meetelement kunnen vernietigen.