Пристрій для підтримки вологості повітря.

У практиці часто виникає завдання вимірювання і підтримки вологості повітря. Відомі такі методи вимірювання вологості газів: абсорбційної-масовий, конденсаційний, психрометрический, електричний і за точкою роси. Найбільше застосування знайшов психрометрический метод – завдяки своїй простоті і досить високої точності вимірювання.

Психрометрический метод заснований на залежності між швидкістю випаровування вологи в навколишнє середовище і вологістю самого середовища. У цьому методі вимірюється різниця температур – температури tc, виміряної звичайним термометром, і температури tm, виміряної термометром із зволоженою поверхнею термочувствительной частини. Прилади, що працюють на цьому принципі, називають психрометрами. Вони мають два термометра. Термочутлива частина одного з них безперервно зволожується водою із спеціального резервуара. Внаслідок випаровування вологи з поверхні мокрого термометра, він покаже більш низьку температуру, ніж сухий термометр, що показує дійсну температуру газу. Чим менше відносна вологість газу Ф, тим інтенсивніше випаровування вологи з мокрого термометра і тим нижче температура tm мокрого термометра. Отже, тим більше різниця

U = tc – tm.

Є залежність між відносною вологістю повітря ф і психрометрический різницею U. Відносну вологість з достатньою для практичних цілей точністю можна визначити за показаннями сухого і мокрого термометрів за допомогою психрометрический номограми, наведеної на рис.1.

16032011120000636 min vs Зволожувач повітря

Як видно з номограми, один з можливих варіантів підтримки певної відносної вологості ф полягає в тому, щоб при даній температурі повітря tc, яка вимірюється сухим термометром, підтримувати температуру tm, виміряну мокрим термометром.

Іншими словами, як сухого термометра можна використовувати терморезистор. В якості мокрого термометра зручно використовувати аналогічний терморезистор (у захисному кожусі), на який можна одягти "Панчоху" з бавовняної тканини, один кінець якого опущений у посудину з водою. Вважаємо, що обидва термометра знаходяться в замкнутому повітряному обсязі.

На рис.2 показана схема терморегулятора, який використовується для підтримки температури tm і може включити пристрій, що збільшує вологість повітря (водяний насос, пульверизатор і т.п.), а потім відключити його по досягненні заданої tm. Температура виключення (tm викл.) Регулюється подстроечним потенціометром RP1, а температура включення (tm вкл.) – Потенціометром RP2. Різниця між двома цими величинами tm пропорційна діапазону, в якому змінюється відносна вологість повітря. За допомогою запропонованого пристрою можна досягти діапазону близько 5 … 10% у повітряному обсязі близько 15 м3.

16032011120000637 min vs Зволожувач повітря

Схема терморегулятора реалізована на основі компаратора напруги DA (К521СА3), який через транзистор VT управляє реле К. Зі свого боку, реле за допомогою контакту К1-1 включає і вимикає пристрій регулювання вологості. На неінвертуючий вхід DA за допомогою дільника, утвореного R2 і R3, подається опорна напруга, рівне половині напруги живлення (6 В). Термодатчик RK типу ТРН-22000 разом з подстроечним потенціометром RP1 підключені до інвертує входу DA. Очевидно, що при кімнатній температурі необхідно за допомогою RP1 задати на виводі 3 напруга, на 2 … 3 У перевищує напруга на виведенні 2 (6 В); тоді, при подачі живлення на терморегулятор, реле До спрацьовує. Це призводить до включення через контакти К1-1 виконавчого пристрою, який починає збільшувати вологість повітря. Воно працює до тих пір, поки відносна вологість повітря не досягне максимального значення, пропорційного температурі tm викл. При цій температурі напруги на висновках 2 і 3 DA однакові, тому що опір термодатчика RK при нагріванні зменшується. Компаратор DA перемикається, VT замикається, і реле До вимикається. Це призводить до зменшення вологості і триває до тих пір, поки температура tm не падає до значення tm вкл, яка пропорційна мінімальній величині вологості. Реле До знову включається, і вологість повітря починає збільшуватися. Індикація роботи реле До здійснюється світлодіодом "Волога".

Настройка. Перш ніж розміщувати датчик RK в захисному кожусі, потрібно перевірити спрацьовування реле До при вибраних температурах – tm викл. і tm викл. Це можна зробити, помістивши датчик у відповідну термокамеру, температура в якій вимірюється термометром, або в повітряний об'єм, в якому буде підтримуватися необхідна вологість. У крайньому випадку, якщо не вимагати точної відповідності заданій температурі, перевірку можна здійснити, наближаючи RK до запаленою електричній лампочці. У цьому випадку при нагріванні датчика до певної температури реле До повинно вимкнутися, а при видаленні його від лампочки – знову включитися. Між загальним проводом і виведенням 3 компаратора DA бажано включити цифровий вольтметр. Вимкнення реле До повинне відбутися в той момент, коли напруга на виводі 3 наблизиться до напруги на виводі 2 DA. За допомогою RP1 напруга на виводі 3 встановлюється при кімнатній температурі приблизно рівним 8 … 9 В. Остаточна настроювання здійснюється після того як датчик RK встановлюється в захисному алюмінієвому кожусі, заповненому теплопроводящей пастою, конструкція якого подібна резервуару ртутного термометра. На датчик одягається вологий бавовняний "панчоху", другий кінець якого опускається у воду, налиту в мініатюрну ванночку. Ванночка закріплюється біля датчика. Поруч розміщається другий "панчоху", натягнутий на ртутний термометр, прийнятий за еталонний. Ванночка, датчик RK і резервуар еталонного термометра повинні знаходитися в тому повітряному обсязі, вологість якого необхідно стабілізувати. У цьому ж обсязі можна встановити посудину з водою і виконавчий механізм пристрою, який буде збільшувати вологість. За номограмі рис.1 визначаються величини температур tm викл. і tm викл., пропорційні мінімальної і максимальної вологості.

Провідники від термодатчика обов'язково повинні бути екрановані. У процесі установки також може виявитися, що немає необхідності в установці tm вкл., Оскільки якщо потрібно підтримку вологості з високою точністю, температури tm викл. і tm вкл. будуть відрізнятися всього лише на 0,5 … 1 ° С. У цьому випадку між висновками 2 і 7 DA включається резистор з опором 1 … 1,5 МОм, точна величина якого визначається в процесі налаштування. Чим більше цей опір, тим більше зближуються температури tm викл. і tm вкл., – аж до розумного мінімуму діапазону регулювання.

Для підтримки постійної температури tc в замкнутому повітряному обсязі необхідний вентилятор, який перемішує повітря в ньому.

Обов'язковою умовою точного вимірювання вологості є обдування вологого термометра повітрям з постійною швидкістю (в психрометри типу 1470 потрібна швидкість 2,4 м / с).

У нашому конкретному випадку обдув проводиться вентилятором, який перемішує повітря. При експлуатації цього пристрою необхідно контролювати наявність води в резервуарі виконавчого механізму, регулюючого вологість, і рівень води у ванні, що забезпечує зволоження корпусу датчика RK.

Джерело: І. Христов, журнал "Радіоаматор".