I. Психрометричний метод

Психометричний метод визначення вологості повітря заснований на наявній залежності між швидкістю випаровування води та вологістю навколишнього повітря. Практичне здійснення цього методу полягає в наступному.

Береться звичайний термометр, резервуар якого обгортається шматочком батиста. Батист змочується водою. Завдяки добрій гігроскопічності батиста вся його поверхня стає зволоженою. Цим досягається те, що з поверхні резервуара термометра відбуватиметься безперервне випаровування води.

Випаровування води викликає охолодження резервуара термометра, температура якого в умовах теплообміну з навколишнім середовищем буде зберігатися постійною. Підрахуємо прихід та витрату тепла для резервуара термометра.

За формулою Дальтона маса М води, що випаровується протягом 1 секунди з поверхні резервуара термометра, дорівнюватиме

, (5)

де S - площа випарної поверхні, Р¢H - пружність насичувальної водяної пари при температурі рідини, що випаровується (тобто температурі t1), P - пружність водяної пари, що міститься в повітрі, Н - величина атмосферного тиску, К - коефіцієнт пропорційності, величина якого залежить від швидкості руху повітря поблизу резервуару термометра.

Звідси видно, що кількість тепла Q1, що втрачається резервуаром термометра за одиницю часу, буде дорівнювати

, (6)

де l – питома теплота випаровування води.

З іншого боку, завдяки виниклій різниці температур між резервуаром термометра і навколишнім середовищем, до резервуару термометра надходитиме кількість тепла Q2,яку можна підрахувати за формулою Ньютона:

, (7)

де t - температура навколишнього середовища, t1- температура резервуара термометра, S-площа охолодженої поверхні термометра, b – коефіцієнт пропорційності.

У разі температурного режиму прихід тепла до резервуару термометра дорівнюватиме витраті тепла на випаровування, тобто. Q2 = Q1. Звідси

. (8)

Вирішуючи це рівняння щодо Р та позначаючи дріб b/Kl через a (психрометричний коефіцієнт), ми знаходимо

Формула (9) зветься психрометричної формули Реньо.

Підставляючи знайдений вираз для P формулу (2), ми знаходимо

r = [P¢H – a×(t–t1)×H]×100%. (10)

Найпростішим психрометром є психрометр Августа, який складається з двох абсолютно однакових термометрів – "сухого" та "вологого", укріплених на одній дошці. Резервуар "вологого" термометра обернутий шматочком батиста, кінчик якого занурений у воду. Якщо відома величина психрометричного коефіцієнта a, то визначення вологості повітря зводиться до вимірювання температури "сухого" термометра - t, температури "вологого" термометра - t1 і величини атмосферного тиску Н. Величини РH і РH можуть бути знайдені з таблиці залежності тиску насиченого водяного пари від температури.

Незважаючи на простоту психрометричного методу, його практичне здійснення ускладнюється тим, що величина коефіцієнта a,входить у формулу Реньо (9), залежить від швидкості руху повітря в безпосередній близькості від резервуара "вологого" термометра. Зі збільшенням швидкості руху повітря a зменшується. Це і зрозуміло, якщо врахувати, що швидкість випаровування води з резервуару "вологого" термометра підвищується зі збільшенням швидкості руху повітря (відповідно зростає коефіцієнт К у формулі Дальтона (5), що входить у вираз a). У таблиці 3 наведено дані, що характеризують залежність від швидкостіруху повітря для психрометра серпня. З цієї таблиці видно, що з малих швидкостях руху повітря психрометричний коефіцієнт змінюється дуже швидко. Навпаки, при більших швидкостях, що перевищують 2,5 м/с, він змінюється мало.

Тому практичне застосування психрометра серпня обмежується тим, що ним користуються тільки для

Швидкість руху повітря V,(м/с)Психрометричний коефіцієнт a, (град -1)
0,130,00130
0,250,00110
0,500,00089
0,750,00081
1,000,00078
2,000,00071
3,000,00068
4,000,00067

наближених визначень вологості повітря у закритих приміщеннях, де швидкість руху повітря мала. Зазвичай для полегшення визначення вологості повітря користуються спеціальною психрометричною таблицею, обчисленої виходячи з формули (10). У ній наводиться залежність між різницею показань "сухого" та "вологого" термометрів психрометра серпня і величиною відносної вологості повітря r для різних показань "сухого" термометра. При складанні таблиці приймається, що a = 0,0013 (майже нерухоме повітря). Розмір атмосферного тиску Н береться рівною 980 гПа. Оскільки коливання атмосферного тиску зазвичай перевищують 2-3% величини атмосферного тиску Н, то визначення вологості повітря з допомогою психрометричної таблиці призводить до досить надійним результатам.

Більше досконалим психрометром є аспіраційний психрометр Ассмана (рис. 5). Аспіраційний психрометр відрізняється від психрометра Августа тим, що резервуари його термометрів поміщені в захисніметалеві трубки, через них з постійною швидкістю проходить повітря, яке засмоктується в прилад за допомогою аспіраційного вентилятора, що рухається годинниковим механізмом. Блискуча поверхня трубок захищає термометри і від нагрівання сонцем, і від випромінювання навколишніх тіл.

Розмір психрометричного коефіцієнта для психрометра Ассмана має значення a = 0,00066 за будь-яких умов спостереження. Дане значення дещо відрізняється від того, яке ми маємо для психрометра Августа за тієї ж швидкості руху повітря (2 м/с),це пояснюється тим, що в психрометрі Ассмана мають місце інші умови обтікання повітрям резервуара "вологого" термометра, ніж у психрометрі серпня.

p align="justify"> При роботі з аспіраційним психрометром Ассмана шукане значення відносної вологості обчислюють за формулою (10). У менш відповідальних випадках користуються спеціальною психрометричною таблицею, в якій наведено залежність між різницею показань "сухого" та "вологого" термометрів та величиною відносної вологості повітря для різних показань "сухого" термометра. При складанні даної таблиці враховується, що з аспіраційного психрометра Ассмана величина психрометричного коефіцієнта a становить 0,00066 град -1 . Розмір атмосферного тиску 900 гПа.