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.

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.

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".