A = ϕ Trong đó: Pa – áp suất hơi nước bão hòa trong không khí có nhiệt độ ta, Pk - áp suất hơi nước bão hòa trong không khí có nhiệt độ tk, P – áp suất môi trường đo A – hằng số phụ thuộ
Trang 1
Chương 7: đo độ ẩm
7.1 kháI niệm chung
7.1.1 Caực khaựi nieọm cụ baỷn
- ẹoọ aồm: Laứ ủaùi lửụùng ủaởc trửng cho lửụùng hụi nửụực toàn taùi trong khoõng khớ ẹoọ aồm ủửụùc bieồu dieón dửụựi daùng ủoọ aồm tuyeọt ủoỏi vaứ ủoọ aồm tửụng ủoỏi
+ ẹoọ aồm tuyeọt ủoỏi laứ khoỏi lửụùng hụi nửụực coự trong 1m3 khoõng khớ
+ ẹoọ aồm tửụng ủoỏi ϕ laứ tyỷ soỏ phaàn traờm lửụùng hụi nửụực coự trong 1m3 khoõng khớ so vụựi lửụùng hụi nửụực cửùc ủaùi coự theồ hoứa tan trong 1m3 khoõng khớ co cuứng nhieọt ủoọ
(%) 100 G
G
max
h
=
Trong ủoự: Gh – Khoỏi lửụùng hụi nửụực hoứa tan trong 1m3 khoõng khớ,
Gmax – Lửụùng hụi nửụực cửùc ủaùi coự theồ hoứa tan trong 1m3 khoõng khớ coự cuứng nhieọt ủoọ
Tửứ phửụng trỡnh traùng thaựi cuỷa chaỏt khớ:
RT G V
P =
Ta coự:
T R
V P P G
h
h h
T R
V P G
h max max =
Trong ủoự: P – aựp suaỏt khớ
V – theồ tớch khớ
T – nhieọt ủoọ chaỏt khớ
R – heọ soỏ vaùn naờng cuỷa chaỏt khớ
G – khoỏi lửụùng cuỷa khớ Caực kớ hieọu coự chổ soỏ h laứ ủeồ cho hụi nửụực Nhử vaọy ta seừ coự:
(%) 100 P
P (%) 100 T R
V P
T R
V P
max h
h max h
h
=
=
Trang 2
Khi ϕ=100%thỡ khoõng khớ baừo hoứa hụi nửụực, nghúa laứ nửụực khoõng theồ boỏc hụi tieỏp vaứo trong khoõng khớ Neỏu nhieọt ủoọ khoõng khớ tk<100 oC thỡ khi taờng nhieọt ủoọ leõn, khaỷ naờng hoứa tan hụi nửụực vaứo khoõng khớ taờng leõn (Pmax taờng leõn) Nhử vaọy khi tk<100 oC thỡ khi taờng nhieọt ủoọ coự theồ chuyeồn traùng thaựi khoõng khớ baừo hoứa hụi nửụực sang khoõng baừo hoứa Ngửụùc laùi khi giaỷm nhieọt ủoọ thỡ coự theồ chuyeồn traùng thaựi khoõng khớ khoõng baừo hoứa hụi nửụực sang traùng thaựi baừo hoứa hụi nửụực
7.2 các phương pháp đo độ ẩm
7.2.1 Phửụng phaựp ủieồm sửụng
Cụ sụỷ lyự thuyeỏt cuỷa phửụng phaựp ủieồm sửụng laứ dửùa vaứo tớnh chaỏt chuyeồn traùng thaựi cuỷa khoõng khớ tửứ khoõng baừo hoứa hụi nửụực sang baừo hoứa hụi nửụực khi giaỷm nhieọt ủoọ Trửụực heỏt ủo nhieọt ủoọ cuỷa khoõng khớ vaứ dửùa vaứo giaự trũ nhieọt ủoọ naứy xaực ủũnh aựp suaỏt hụi nửụực baừo hoứa trong khớ Pmax(tra theo caực baỷng chuaồn) Giaỷm nhieọt ủoọ cuỷa khoõng khớ cho ủeỏn khi noự chuyeồn tửứ traùng thaựi khoõng baừo hoứa sang traùng thaựi baừo hoứa hụi nửụực vaứ ủo nhieọt ủoọ ụỷ traùng thaựi naứy Nhieọt ủoọ naứy ủửụùc goùi laứ nhieọt ủoọ ủieỷm sửụng, bụỷi vỡ ủaõy laứ nhieọt ủoọ maứ hụi nửụực trong khoõng khớ baột ủaàu ngửng ủoùng thaứnh sửụng ẹeồ phaựt hieọn thụứi khaộc naứy thỡ ủaởt moọt caựi gửụng ủeồ quan saựt Khi treõn maởt gửụng baột ủaàu phuỷ mụứ buùi nửụực thỡ ủaỏy chớnh laứ ủieồm sửụng Dửùa vaứo nhieọt ủoọ ủieồm sửụng xaực ủũnh aựp suaỏt hụi nửụực baừo hoứa Pủs ẹaõy cuừng chớnh laứ aựp suaỏt hụi nửụực trong khoõng khớ ẹoọ aồm tửụng ủoỏi ủửụùc xaực ủũnh theo coõng thửực:
max
ds
P
P
= ϕ Nhử vaọy phửụng phaựp ủieồm sửụng ủo ủửụùc ủoọ aồm tuyeọt ủoỏi vaứ tửụng ủoỏi
7.2.2 Phửụng phaựp boỏc hụi aồm:
Toỏc ủoọ boỏc hụi nửụực tửứ moọt vaọt aồm phuù thuoọc vaứo ủoọ aồm cuỷa khoõng khớ Khi ủoọ aồm caứng taờng thỡ toỏc ủoọ boỏc hụi aồm caứng giaỷm vaứ neỏu ủoọ aồm ủaùt 100% thỡ quaự trỡnh boỏc hụi aồm haàu nhử khoõng xaỷy ra Nhử vaọy neỏu ủo ủửụùc toỏc ủoọ boỏc hụi aồm thỡ qua ủoự coự theồ xaực ủũnh ủoọ aồm cuỷa khoõng khớ Quaự trỡnh boỏc hụi nửụực laứ quaự trỡnh thu nhieọt neõn thaõn nhieọt cuỷa vaọt aồm seừ giaỷm xuoỏng thaỏp hụn nhieọt ủoọ bỡnh thửụứng Toỏc ủoọ boỏc hụi nửụực caứng taờng, cửụứng ủoọ nhieọt toồn hao caứng lụựn, nhieọt ủoọ cuỷa vaọt aồm caứng haù thaỏp Nhử vaọy mửực ủoọ haù nhieọt cuỷa vaọt aồm laứ ủaùi lửụùng ủaởc trửng cho toỏc ủoọ boỏc hụi aồm vaứ cuừng chớnh laứ ủaùi lửụùng maứ qua ủoự xaực ủũnh ủoọ aồm cuỷa khong khớ ẹeồ ủo ủoọ aồm baống phửụng phaựp toỏc ủoọ boỏc hụi aồm coự theồ sửỷ duùng hai nhieọt keỏ dũch theồ Moọt nhieọt keỏ bỡnh thửụứng ủửụùc duứng ủeồ ủo nhieọt ủoọ khoõng khớ, ủửụùc goùi laứ nhieọt keỏ khoõ coự nhieọt ủoọ tk Nhieọt keỏ thửự hai coự baàu dũch theồ ủửụùc boùc moọt lụựp boõng luoõn luoõn aồm Boõng aồm boỏc hụi laỏy nhieọt cuỷa thaõn nhieọt keỏ neõn nhieọt ủoọ cuỷa noự giaỷm xuoựng coự giaự trũ laứ ta vaứ ủửụùc goùi laứ nhieọt ủoọ cuỷa nhieọt keỏ aồm ẹoọ aồm cuỷa khoõng khớ ủửụùc xaực ủũnh theo coõng thửực:
Trang 3
K
a k a
P
) t t(
P A
= ϕ Trong đó: Pa – áp suất hơi nước bão hòa trong không khí có nhiệt độ ta,
Pk - áp suất hơi nước bão hòa trong không khí có nhiệt độ tk,
P – áp suất môi trường đo
A – hằng số phụ thuộc vào cấu tạo của ẩm kế, tốc độ của không khí bao quanh nhiệt kế ẩm và áp suất môi trường đo
Aåmm kế bốc hơi nên lắp đặt ở những vị trí kín gió để tránh ảnh hưởng của gió lên tốc độ bốc hơi ẩm Phương pháp này đo được độ ẩm tương đối
7.2.3 Phương pháp biến dạng
Các chất khi thay đổi độ ẩm đều thay đổi kích thước Tuy nhiên muốn sử dụng tính chất này để làm cảm biến đo độ ẩm đòi hỏi phải bảo đảm độ nhạy cần thiết, mối liên hệ giữa kích thước và độ ẩm phải nhất quán, quán tính của cảm biến phải nhỏ nghĩa là vật chất làm cảm biến đo độ ẩm phải nhạy cảm với sự thay đổi độ ẩm của môi trường xung quanh Tóc là vật liệu bảo đảm đầy đủ những yêu cầu cơ bản trên đây của một cảm biến
đo độ ẩm và đã được sử dụng để chế tạo ra ẩm kế tóc Aåm kế tóc đo được độ ẩm tương đối của khong khí
7.2.4 Phương pháp điện dẫn
Các vật liệu cách điện khi thay đổi độ ẩm sẽ thay đổi khả năng cách điện của nó(thay đổi hệ số điện dẫn) Đo điện trở của vật liệu cách điện sẽ xác định được độ ẩm của nó,mà độ ẩm của vật liệu lại trực tiếp phụ thuộc vào độ ẩm của môi trường không khí bao quanh nó Một vật liệu cách điện được sử dụng làm cảm biến đo độ ẩm phải tuân thủ những yêu cầu cơ bản đã được nêu ra trên đây về độ nhạy, về tính nhất quán và về tính nhạy cảm với sự thay đổi độ ẩm môi trường xung quanh
Cũng có thể sử dụng các chất hút ẩm để làm cảm biến đo nhiệt độ theo nguyên lý điện dẫn Bởi vì khi độ ẩm môi trường khí quyển thay đổi thì độ ẩm mà nó hút được cũng thay đổi để đảm bảo sự cân bằng áp suất hơi nước trong không khí và trên bề mặt chất hút ẩm, dẫn đến hệ số điện dẫn của chất hút ẩm cũng thay đổi theo Có thể sử dụng nguyên lý tạo sự cân bằng áp suất hơi nước trong khí quyển và áp suất hơi nước bão hòa trên bề mặt chất hút ẩm bằng cách thay đổi nhiệt độ của chất hút ẩm
7.2.5 Các ẩm kế trong công nghiệp
7.2.5.1 Aåm kế dây tóc
Trang 4
Aåm kế dây tóc là ẩm kế làm việc theo nguyên lý: Khi độ ẩm của môi trường thay đổi thì chiều dài của dây tóc cũng thay đổi Hình 7.1 là sơ đồ cấu tạo của ẩm kế dây tóc
1- dây tóc(30÷50)mm với đường kính 0,05mm; 2- dây kéo; 3- lò xo; 4- kim tím;
5- gương; 6- kim chỉ; 7- bộ điều chỉnh; 8- bảng điều khiển
7.2.5.2 Aåm kế ngưng tụ
Để đo độ ẩm của môi chất ở nhiệt độ cao người ta sử dụng ẩm kế làm việc trên nguyên tắc đo nhiệt độ điểm đọng sương Hình 7.2 là một trong các sơ đồ của ẩm kế ngưng tụ Oáng trụ tròn (1) mà mặt ngoài của nó được gia công nhẵn bóng đóng vai trò như một mặt gương tiếp xúc với môi chất cần xác định độ ẩm Phía trong hình trụ cho một chất lỏng làm lạnh liên tục chảy qua với nhiệt độ được điều chỉnh bởi bộ đốt nóng bằng điện(2) Để duy trì nhiệt độ của dịch thể làm lạnh người ta dùng rơle điện từ (3) và tế bào quang điện (F) Tế bào quang điện (F) sẽ nhận được tia sáng của bóng đèn (4) qua sự phản xạ của gương Khi nhiệt độ vách trụ hay nhiệt độ mặt gương bằng nhiệt độ đọng sương thì trên mặt gương sẽ xuất hiện sương mù Chính sương mù đọng lại trên mặt gương đã làm giảm dòng ánh sáng phản xạ đến tế bào quang điện (F) Kết quả là rơle điện từ (3) tác động và ngắt dòng điện vào bộ đốt nóng (2) Căn cứ vào nhiệt độ đọng sương người ta xác định được độ ẩm của môi chất
Hình 7.1 Ẩm kế dây tóc
Trang 5
7.2.5.3 Aåm kế điện ly
Loại này dùng để đo lượng hơi nước rất nhỏ trong không khí hoặc trong các chất khí Phần tử nhạy của ẩm kế là một đoạn ống dài khoảng 10 cm
Trong ống cuốn hai điện cực bằng platin hoặc rođi, giữa chúng là lớp P2O5 Khi chất khí nghiên cứu chạy qua ống đo hơi nước bị lớp P2O5 hấp thụ và hình thành H2PO3 đặt điện áp một chiều cỡ 70V giữa hai điện cực sẽ gây hiện tượng điện phân nước và giải phóng O2, H2 và tái sinh P2O5
Dòng điện điện phân I= k.Cv, tỉ lệ với nồng độ hơi nước Cv trong đó
c
3 Q
10
9
96500
k= α , Qc là lưu lượng khí đi qua đầu đo(m3/s)
7.2.5.4 Aåm kế tụ điện polyme
Aûm kế tụ điện sử dụng điện môi là một màng mỏng polyme có khả năng hấp thụ phân tử nước Hằng số điện môi ε của lớp polyme thay đổi theo độ ẩm, do đó điện dung của tụ đệin polyme phụ thuộc vào ε , tức là phụ thuộc vào độ ẩm:
L
A
C= εεo
ε- hằng số điện môi của màng polyme
Hình 7.2 Ẩm kế ngưng tụ
Hình 7.3 Ẩm kế điện ly
Trang 6
o
ε - hằng số điện môi chân không
A - diện tích bản cực
L – chiều dày của màng polyme
Vì phân tử nước có cực tính cao, ngay cả khi hàm lượng ẩm rất nhỏ cũng dẫn tới sự thay đổi điện dung rất nhiều Hằng số điện môi tương đối của nước là 80 trong khi đó vật liệu polyme có hằng số điện môi từ 2 đến 6 vì vậy ẩm kế tụ điện polyme được hpủ trên điện cực thứ nhất bằng tantan, sau đó là lớp Cr dày 100 Ao đến 1000 Ao được phủ tiếp lên polyme bằng phương pháp bay hơi trong chân không
Các thông số chủ yếu của ẩm kế tụ điện polyme là:
- Phạm vi đo từ 0 đến 100%
- Dải nhiệt độ –40 đến 100 0C
- Độ chính xác ± 2% đến ± 3%
- Thời gian hồi đáp vài giây
- Ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, phần tử nhạy có thể nhúng vào nước mà không
bị hư hỏng
Hình 7.3 Ẩm kế polyme
Trang 7
1- Cơ sở kỹ thuật đo lường, NXB Đại học bách khoa Hà nội, 1995
2- Kỹ thuật đo lường các đại lượng vật lý, tập 1, 2 - Phạm thượng Hàn, Nguyễn trọng
Quế , Nguyễn văn Hòa, NXB Giáo dục, 1996
3- Đo lường và điều khiển bằng máy tính - Ngô Diễn Tập, NXB Khoa học kỹ thuật,
1996
4- Fundamentals of Temperature, Pressure, and Flow Measurements (Third Edition) -
Robert P Benedict, A Wiley- Interscience Publication John Wiley & Sons
