Лабораторная работа: Измерение влажности и скорости движения воздуха, плотности жидкостей
Лабораторная работа: Измерение влажности и скорости движения воздуха, плотности жидкостей
Измерение
влажности и скорости движения воздуха, плотности жидкостей
Цель
работы:
изучить устройство и принципы работы приборов для измерения влажности и
скорости движения воздуха, плотности жидкостей.
Измерение
влажности воздуха
При перевозке
некоторых скоропортящихся грузов требуется поддержание в грузовом помещении
определенной влажности воздуха. Поэтому грузовое помещение необходимо
вентилировать для регулирования его влажности в зависимости от вида СПГ, от его
термической обработки.
Влажность
воздуха характеризуется содержанием в нем определенного количества водяных
паров.
Различают абсолютную
и относительную влажность воздуха.
Абсолютная влажность – это масса
водяного пара в 1 м3 влажного воздуха, кг/м3.
Относительная влажность j – это
отношение количества водяных паров, содержащихся в воздухе, к количеству
водяных паров, насыщающих воздух при данной температуре и давлении, выражаемое
в процентах.
Относительная
влажность определяется по формуле
где rП – плотность
пара при его парциальном давлении и температуре влажного воздуха, кг/м3; rН – максимально
возможное количество пара в 1 м насыщенного влажного воздуха, кг/м.
Иначе относительную
влажность можно определить в процентах следующим образом:
где РП – парциальное
давление, МПа; РН – давление насыщенного водяного пара при температуре воздуха,
МПа.
Для измерения
относительной влажности воздуха в изотермических вагонах применяют гигрометры,
гигрографы и психрометры.
Гигрометры («гигро» – влажный) – приборы
для определения абсолютной и относительной влажности воздуха.
Существуют
несколько типов гигрометров, основанных на различных принципах:
а)
весовые – состоят из системы V-образных трубок, наполненных
гигроскопическим веществом, поглощающим влагу из воздуха. (Гигроскопичность – это
свойство материалов поглощать влагу из воздуха за счет образования химического
соединения с водой или за счет капиллярной конденсации);
б)
пленочные – имеют чувствительный элемент из органической пленки, которая
растягивается при повышении влажности и сжимается при её понижении;
в) волосные
– основаны на свойстве обезжиренного человеческого волоса изменять свою длину
при изменении влажности воздуха, что позволяет измерять относительную влажность
от 30 до 100%.
Рассмотрим
принцип работы гигрометра волосного (рис. 2.1).
Рис. 2.
Гигрометр волосной
Специально
обработанный человеческий волос (1) одним концом укреплен на винте (2)
установочного устройства. Второй конец волоса закреплен в дужке (3), жестко
связанной с осью (4) стрелки (5). Груз (7) всегда удерживает волос в натянутом
состоянии. Изменение длины волоса, зависящее от изменения влажности воздуха,
передается стрелке (5) гигрометра, которая перемещаясь относительно шкалы (6),
указывает относительную влажность воздуха в процентах. Чем суше воздух, тем
короче делается волос и наоборот. Таким образом, обезжиренный человеческий
волос является датчиком влажности.
Достоинства
гигрометра в том, что относительная влажность получается непосредственно в
процентах и этим прибором можно определять влажность воздуха при температурах
ниже 0 °С (без специальной подготовки прибора).
Недостатком
этого прибора является необходимость частой проверки и малая точность
показаний.
При измерении
влажности гигрометр волосной устанавливается в камере или в грузовом вагоне в
отвесном положении, в средней части помещения на высоте приблизительно 1,5 м
от пола.
Гигрографы – приборы для
непрерывной регистрации относительной влажности воздуха. Чувствительным
элементом гигрографа служит пучок обезжиренных человеческих волос или
органическая пленка, изменяющие свою длину в зависимости от влажности и
перемещающие по-средством системы рычагов специальное пишущее перо. Запись
происходит на разграфленной ленте, надетой на барабан, вращаемый часовым
механизмом. В результате движения барабана в горизонтальном направлении, а пера
– в вертикальном, на ленте вычерчивается непрерывная кривая (гидрограмма).
В зависимости
от продолжительности оборота барабана гигрографы бывают суточные и недельные.
Психрометры
– приборы
для измерения влажности воздуха и его температуры. Существуют несколько типов:
стационарные, аспирационные, дистанционные.
Стационарный
психрометр Августа предназначен для измерения относительной влажности воздуха в
стационарных условиях.
Рис. 2.2.
Стационарный психрометр Августа
Принцип действия
этого прибора (рис. 2.2) основан на разности показаний «сухого» (2) и «влажного»
(3) термометров в зависимости от влажности окружающего воздуха.
Прибор
состоит из двух термометров, укрепленных на щите (1). Чувствительная часть
одного из них обернута тканью (батист) (4), конец которой опускается в трубку с
дистиллированной водой (5). Таким образом, ртутный резервуар одного из
термометров всегда остается смоченным, а другой – сухим. Вода, пропитывающая
ткань, испаряясь с различной скоростью в зависимости от влажности и скорости
движения воздуха, отнимает тепло у термометра и охлаждает его. В результате «влажный»
термометр показывает более низкую температуру, чем «сухой». Чем суше воздух,
тем энергичнее происходит испарение, тем больше будет разница между показаниями
«сухого» и «влажного» термометров.
Затем для
определения влажности воздуха пользуются психрометрическими таблицами по
разности между «сухим» и «влажным» термометрами и показанию «влажного» термометра
с помощью психрометрической таблицы определяют относительную влажность при
скорости движении воздуха до 0,3 м/с.
Наиболее
совершенным прибором для определения относительной влажности в стационарных и
полевых условиях является аспирационный психрометр Ассмана. Искусственная
вентиляция в приборе осуществляется пружинным вентилятором. Принцип действия
этого психрометра (рис. 2.3) аналогичен психрометру Августа.
Прибор
работает следующим образом: вращением вентилятора в прибор засасывается воздух,
который обтекая резервуары термометров, проходит по воздухопроводной трубке (5)
к вентилятору и выбрасывается им наружу через прорези. (На рис. 2.3
стрелками отмечено движение воздуха.) Благодаря протеканию вокруг резервуаров
термометров потока воздуха с постоянной скоростью около 2,5 м/с «сухой» термометр
показывает температуру этого потока, а показания «влажного» термометра будут
меньше, так как он охлаждается вследствие испарения воды с поверхности ткани. И
чем суше воздух, тем сильнее испарение воды, и тем больше разница в показаниях
термометров.
Значение относительной
влажности воздуха находится аналогично, как и при измерении стационарным
психрометром Августа.
Дистанционное
определение относительной влажности воздуха можно производить по принципу
психрометра, т.е. по разности показаний «сухого» и «влажного» термометров
сопротивления и далее с помощью психрометрической таблицы или номограммы. В
этом случае один датчик помещают в батистовый чехол, постоянно смачиваемый
водой. За счет отбора тепла на испарение воды он будет показывать более низкую
температуру, чем «сухой» датчик. Разность показаний этих датчиков будет
зависеть от влажности воздуха в помещении.
Измерение
скорости движения воздуха
Скорость
движения воздушного потока при холодильной обработке и хранении СПГ измеряют с
помощью анемометров, электроанемометров, кататермометров и др.
Анемометр состоит из крыльчатого
или чашечного колесика, насаженного на ось счетчика (рис. 2.4). При
проходе воздуха колесико вращается, а счетчик отсчитывает скорость. Существуют
анемометры с часовыми механизмами, которые позволяют автоматически
регистрировать скорость воздуха от 0,5 м/с и выше.
Принцип
действия электроанемометра основан на зависимости температуры проволоки,
нагретой постоянным током, от скорости воздуха, в котором находится проволочная
нить. Температуру нагретой нити воспринимает «горячий» спай, «холодный» спай
имеет температуру окружающего воздуха. Электротоки замеряются гальванометром.
Кататермометры – термометры с
цилиндрическом сосудом для спирта применяют для незначительных скоростей
воздуха (до 0,5 м/с) при его слабой естественной циркуляции в охлаждаемом
помещении. Работа с прибором заключается в определении охлаждающего эффекта
воздуха.
Анемометром
определяют скорость движения воздуха на входе и выходе воздуха из
воздухоохладителе в грузовом помещении вагона. Затем, имея среднее значение
скорости воздуха в данном сечении канала определяют количество воздуха,
проходящее в час по воздуховоду по формуле:
V в = 3600 · f · v,
где V в –
объем воздуха, м3/час; f – площадь поперечного сечения канала, м2; v – средняя
скорость воздуха в канале, м/с.
Измерение
плотности растворов
Плотность
раствора измеряют ареометром. Этот прибор (рис. 2.5) состоит из стеклянной
трубки, нижняя часть которой имеет увеличенный диаметр и заканчивается шариком
(1), заполненным мелкой дробью или ртутью. Верхняя тонкая трубка (2) имеет
деления с обозначениями плотности жидкости (г/см3). Ареометр погружается в
сосуд (3) с жидкостью тем глубже, чем меньше ее плотность.
По плотности
раствора определяют содержание соли. Для этого после измерения ареометром
плотности раствора по таблицам физических свойств раствора определяют процент
соли в растворе. Измерив объем, занимаемый раствором, определяют содержание
соли в растворе по формуле:
прибор жидкость гигрометр влажность
Gсоли
= V · g · P/100,
где V – объем
жидкости; g – удельный вес жидкости; P – процентное содержание соли.
Концентрация
соли в растворе связана с температурой его замерзания. По мере увеличения
концентрации соли до криогидратного состояния раствора температура замерзания
его понижается, при увеличении концентрации в пределах выше криогидратного
состояния, температура замерзания раствора повышается.
Для измерения
плотности отдельных жидких пищевых и других продуктов существуют специальные
ареометры. Например, лактометром измеряют плотность молока (т.е. жирность в
процентах), спиртометром измеряют содержание спирта в растворе (в градусах).
|