Ẩm 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 điện polyme phụ thuộc vào ε, tức là phụ thuộc vào độ ẩm:
L C oA
ε – hằng số điện môi của màng polyme εo – hằng số điện môi của chân không A – điện 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 phủ 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 100oC - 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.
6.2 Đo độ ẩm bằng phương pháp điểm ngưng tụ
6.2.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của dụng cụ đo độ ẩm bằng phương pháp điểm ngưng tụ pháp điểm ngưng tụ
Dựa vào tính chất chuyển trạng thái của không khí từ không bão hòa hơi nước sang bão hòa hơi nước khi giảm nhiệt độ. Trước hết đo nhiệt độ của không khí dựa vào giá trị nhiệt độ này xác định áp suất hơi nước bão hòa trong khí Pmax.
Giảm nhiệt độ của không khí cho đến khi nó chuyển từ trạng thái không bão hòa sang trạng thái bão hòa hơi nước và đo nhiệt độ ở trạng thái này. Nhiệt độ này được gọi là nhiệt độ điểm sương. Để phát hiện thời khắc này thì đặt 1 cái gương để quan sát, khi mặt gương có phủ mờ bụi nước thì đấy chính là điểm sương. Dựa vào điểm sương để xác định phân áp suất hơi nước bão hòa Pđs. Đây cũng chính là áp suất hơi nước trong không khí. Độ ẩm tương đối được xác định theo công thức: (%) 100 . max P Pđs
Như vậy phương pháp điểm sương đo được độ ẩm tuyệt đối và tương đối.
6.2.2 Điều chỉnh được các dụng cụ đo
Những dụng cụ đo độ ẩm thường dựa vào kết quả đo của một số đại lượng khác như nhiệt độ, áp suất, khối lượng, sự thay đổi cơ học hoặc điện trong một chất khi độ ẩm được hấp thụ. Bằng cách hiệu chuẩn và tính toán, các đại lượng đo này dùng để tính ra độ ẩm. Các thiết bị điện tử hiện đại sử dụng nhiệt độ ngưng tụ (gọi là điểm sương) hoặc thay đổi điện dung hoặc điện trở để đo sự thay đổi độ ẩm
6.2.3 Đo độ ẩm bằng phương pháp điểm ngưng tụ
Đặt ẩm kế vào môi trường cần đo độ ẩm
6.2.4 Ghi chép, đánh giá kết quả đo
6.3 Đo độ ẩm bằng phương pháp điện trở
6.3.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của dụng cụ đo độ ẩm bằng phương pháp điện trở pháp điện trở
Các vật liệu cách điện khi thay đổi độ ẩm sẽ thay đổi khả năng cách điện của nó. 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 về độ nhạy, về tính nhất quán và về tính nhạy cảm với sự thay đổi độ ẩm môi trường xung quanh
6.3.2 Điều chỉnh được các dụng cụ đo
Ẩm kế điện trở sử dụng phần đế có kích thước nhỏ (vài mm2) được phủ chất hút ẩm và gắn hai điện cực bằng kim loại không bị ăn mòn và không bị oxy hóa. Giá trị điện trở đo được giữa hai điện cực phụ thuộc vào hàm lượng nước (tỉ số giữa khối lượng nước hấp thụ với khối lượng chất khô) và vào nhiệt độ chất hút ẩm. Hàm lượng nước phụ thuộc vào độ ẩm tương đối của khí và nhiệt độ. Cảm biến của ẩm kế điện trở có thể sử dụng ở dải đo từ 5% đến 95% RH, với sai số ±2–5%. Dải nhiệt độ hoạt động của ẩm kế điện trở từ −10 °C đến 60 °C, thời gian hồi đáp khoảng 10 giây.[46] Ẩm kế điện trở ít bị ảnh hưởng ô nhiễm bởi môi trường đo do đó thường dùng trong các ngành công nghệ
6.3.3 Đo độ ẩm bằng phương pháp điện trở
Đặt ẩm kế điện trở vào môi trường cần đo
6.3.4 Ghi chép, đánh giá kết quả đo
Giá trị hiển thị trên kim đồng hồ
6.4 Đo độ ẩm bằng phương pháp điện dung
6.4.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của dụng cụ đo độ ẩm bằng phương pháp điện dung pháp điện dung
Ẩm kế biến thiên trở kháng là những loại cảm biến mà các phần tử nhạy là các chất hút ẩm. Các loại ẩm kế này hoạt động dựa trên tính chất điện (như điện trở, điện dung) của các cảm biến phụ thuộc vào độ ẩm của môi trường. Khi độ ẩm môi trường thay đổi sẽ làm trở kháng của các cảm biến thay đổi theo (nên gọi là ẩm kế biến thiên trở kháng). Các phần tử nhạy có kích thước nhỏ để giảm thời gian hồi đáp của cảm biến. Các chất hút ẩm có khả năng hút nước phụ thuộc vào độ ẩm tương đối của không khí. Đầu đo độ ẩm có đặc tính điện là hàm số của lượng nước hấp thụ, hàm này phải ổn định theo thời gian, có tính chất thuận nghịch và tuyến tính. Ẩm kế biến thiên trở kháng được chia thành ba nhóm chính: ẩm kế điện trở, ẩm kế tụ điện điện môi polyme, và ẩm kế tụ điện điện môi nhôm oxit Al2O3.
6.4.2 Điều chỉnh được các dụng cụ đo
Ẩm kế điện dung không thể điều chỉnh được
6.4.3 Đo độ ẩm bằng phương pháp điện trở
Đặt ẩm kế điện trở vào môi trường cần đo
6.4.4 Ghi chép, đánh giá kết quả đo
Giá trị hiển thị trên kim đồng hồ
6.5 Đo độ ẩm bằng phương pháp nhiệt kế khô - ướt
6.5.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của dụng cụ đo độ ẩm bằng phương pháp nhiệt kế khô - ướt pháp nhiệt kế khô - ướt
Tốc độ bốc hơi nước của vật ẩm phụ thuộc vào độ ẩm của không khí. Khi độ ẩm càng tăng thì tốc độ bốc hơi ẩm càng giảm về nếu độ ẩm đạt 100% thì quá trình bốc hơi ẩm hầu như không xảy ra. Để đo độ ẩm bằng phương pháp này người ta sử dụng 2 nhiệt kế: một nhiệt kế bình thường dùng để đo nhiệt độ không khí gọi là nhiệt kế khô có nhiệt độ tk và một nhiệt kế có bầu dịch được bọc một lớp bông luôn luôn ẩm, bông ẩm bốc hơi lấy nhiệt của thân nhiệt kế nên nhiệt độ của nó giảm xuống có giá trị là ta gọi là nhiệt độ của nhiệt kế ẩm.
Độ ẩm của không khí được xác định:
k a k a P t t P A P . ( )
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.
Phương pháp này đo được độ ẩm tương đối.
6.5.2 Điều chỉnh được các dụng cụ đo
Ẩm kế khô–ướt hay còn gọi là ẩm kế bốc hơi ẩm dùng để đo độ ẩm tương đối của không khí. Ẩm kế khô–ướt có thiết kế gồm hai nhiệt kế: nhiệt kế bầu khô (dry-bulb thermometer) và nhiệt kế bầu ướt (wet-bulb thermometer). Trên đầu đo của nhiệt kế bầu ướt có bọc một lớp bông hoặc vải thấm nước để giữ ẩm. Nhiệt kế bầu khô (tk) chỉ nhiệt độ của không khí và nhiệt kế bầu ướt (ta) chỉ nhiệt độ bay hơi của nước ở trạng thái bão hòa. Ở nhiệt độ cao hơn điểm đông của nước, nước bay hơi nhờ ẩn nhiệt hóa hơi, làm giảm nhiệt độ, do đó nhiệt kế
bầu ướt sẽ ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt kế bầu khô. Khi đó giữa hai đầu đo có chênh lệch nhiệt độ (Δt= tk−ta). Nếu không khí càng khô thì nước bốc hơi càng mạnh, nhiệt độ đầu đo của nhiệt kế ướt càng giảm. Dựa vào chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu nhiệt kế sẽ xác định được độ ẩm tương đối của không khí.
6.5.3 Đo độ ẩm bằng phương pháp ẩm kế khô - ướt
Độ ẩm tương đối cũng có thể được xác định bằng đồ thị trạng thái của không khí ẩm hay còn gọi là đồ thị độ ẩm (humidity chart hoặc psychrometric chart). Có hai loại đồ thị độ ẩm phổ biến: đồ thị d-t và đồ thị I-d. Đồ thị d-t còn được biết đến với tên là đồ thị Grosvenor (Grosvenor chart) theo tên của hai kỹ sư thiết lập nên đồ thị này đầu tiên. Đồ thị d-t biểu thị mối quan hệ của các đại lượng độ chứa hơi (d), nhiệt độ (t), entanpy không khí ẩm (I), độ ẩm tương đối (RH hoặc φ), thể tích riêng (v), hệ số nhiệt hiện (SHR. Đồ thị I-d thường được nhắc đến trong tiếng Anh là Mollier-Ramzin chart do đặt theo tên của hai kỹ sư Mollier (người Đức) và Ramzin (người Nga) thiết lập nên đồ thị lần đầu tiên. Đồ thị I-d biểu thị mối quan hệ của các đại lượng entanpy (I), độ chứa hơi (d), nhiệt độ (t), độ ẩm tương đối (RH hoặc φ), và áp suất hơi nước riêng phần (ph) của không khí ẩm. Áp suất hơi nước riêng phần trong các mẫu khí là áp suất hơi bão hòa ứng với điểm sương được quan sát và khí trong ẩm kế có cùng áp suất với khí tại thời điểm lấy mẫu.
6.5.4 Ghi chép, đánh giá kết quả đo
Giá trị hiển thị trên kim đồng hồ ẩm kế
* Các bước và cách thức thực hiện công việc: 1. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, VẬT TƯ:
(Tính cho một ca thực hành gồm 20 HSSV)
TT Loại trang thiết bị Số lượng
1 Các thiết bị đo độ ẩm các loại 10 chiếc/loại 2 Bộ đồ nghề điện lạnh chuyên dụng 10 bộ
3 Ampe kìm 10 bộ
4 V.O.M 10 bộ
5 Mô hình kho lạnh, mô hình máy sấy 10 bộ
6 Xưởng thực hành 1