metrologia cieplna i przepływowa.pdf

(3129 KB) Pobierz
Metrologia cieplna i przep ywowa
Systemy Maszyny i Urz dzenia Energetyczne IV rok
Pomiar wilgotno ci powietrza za pomoc
psychrometru Assmanna
Instrukcja do wiczenia
© Katedra Systemów Energetycznych i Urz dze Ochrony rodowiska AGH
Kraków 2012
1. INSTRUKCJA DO WICZENIA LABORATORYJNEGO
1.1 Cel i zakres wiczenia
Celem wiczenia jest zapoznanie si z jednym z przyrz dów do pomiaru wilgotno ci
powietrza: psychrometrem Assmanna, z metodyk pomiarów oraz przeprowadzanie pomiarów.
1.2 Stanowisko laboratoryjne
Na stanowisku laboratoryjnym znajduj si dwa psychrometry Assmanna. Jeden z nich ma
nap d elektryczny, drugi za , nap d spr ynowy. Oba psychrometry maj t sam konstrukcj .
Rys.1. Uproszczony schemat psychrometru Assmanna.
Na rysunku 1 przedstawiono w sposób uproszczony budow psychrometru Assmanna.
Sk ada si on z dwóch termometrów, tzw. termometru suchego (po prawej stronie) i termometru
mokrego (po lewej stronie). Oba termometry s zabezpieczone ekranami (1) przed wp ywem
promieniowania. Termometr suchy wskazuje temperatur powietrza. Czujnik termometru mokrego
jest owini ty higroskopijn koszulk (wykonan np. z batystu, mu linu) zwil an wod
destylowan . Wskazuje on tzw. temperatur termometru mokrego.
W górnej cz ci korpusu jest zamocowany zespó wentylacyjny (3) wymuszaj cy przep yw
powietrza wokó termometrów ze sta pr dko ci . Mo e on posiada nap d spr ynowy lub
elektryczny.
2
1.3 Zasada pomiaru wilgotno ci psychrometrem Assmanna
Podstaw pomiaru wilgotno ci za pomoc psychrometru Assmanna jest fakt, e przy
parowaniu wody pobierane jest ciep o parowania. Zak ada si , e w warstwie powietrza
granicz cego bezpo rednio z naczyniem termometru mokrego ustali si stan nasycenia powietrza
par wodn . Na skutek ró nicy ci nie cz stkowych pary wodnej w tej warstwie granicznej i w
dalszych warstwach powietrza b dzie mia o miejsce parowania wody z gazy termometru mokrego.
Parowanie to obni y temperatur powietrza naoko o naczynia termometru mokrego, który z tego
powodu wskazuje temperatur ni sz ni suchy.
Ró nic wskaza termometru suchego i mokrego nazywa si ró nic psychrometryczn . Jest
ona tym wi ksza, im powietrze otaczaj ce jest bardziej suche. W powietrzu nasyconym (linia =1;
100%) oba termometry wskazuj jednakow temperatur .
Znaj c temperatur termometru suchego t
s
(która jest równa temperaturze badanego
powietrza) i temperatur termometru mokrego t
m
, mo na wyznaczy z dostateczn dok adno ci
wilgotno powietrza dla temperatury do 50°C ze wzoru Sprunga:
j
=
p
p
'
p
'
ps
=
'
p
'
pm
-
A
(
t
s
-
t
m
)
p
b
'
p
'
ps
100%
(1)
Gdzie:
p
p
- ci nienie sk adnikowe pary wodnej w badanym powietrzu, [Pa]
p''
pm
- ci nienie nasycenia pary wodnej w temperaturze termometru mokrego, [Pa]
p''
ps
- ci nienie nasycenia pary wodnej w temperaturze termometru suchego, [Pa]
p
b
- ci nienie barometryczne w chwili pomiaru, [Pa]
t
s
- temperatura termometru suchego, [°C] lub [°K]
t
m
- temperatura termometru mokrego, [°C] lub [°K]
A - sta a psychrometryczna lub wspó czynnik psychrometryczny, [1/°C] lub [1/°K].
Sta a psychrometryczna jest zale na od rodzaju gazu, pr dko ci przep ywu gazu wokó
czujnika termometru mokrego, temperatury termometru mokrego oraz od konstrukcji psychrometru.
Na podstawie bada ustalono empiryczny wzór dla powietrza:
6,75
ö
æ
-
5
A
= ç
65
+
÷ ×
10 1 /
K
w
ø
è
(2)
gdzie: w jest pr dko ci przep ywu powietrza wokó czujnika termometru mokrego, m/s.
Badania przeprowadzone w ostatnich latach wykaza y, e warto sta ej psychrometru A
zale y nie tylko od pr dko ci przep ywu powietrza, ale i od konstrukcji psychrometru (wymiarów i
kszta tu czujnika - zbiorniczka cieczy termometrycznej) oraz w mniejszym stopniu od temperatury,
ci nienia i wilgotno ci badanego powietrza.
3
W typowych psychrometrach Assmanna przep yw powietrza jest wymuszony z pr dko ci
2,5 m/s, czemu odpowiada warto sta ej psychrometrycznej A = 67,70 · 10
-5
[1/K]. Spotyka si
psychrometry o pr dko ciach przep ywu powietrza 1,5 - 4 m/s. Zakres pomiarowy wilgotno ci
wzgl dnej wynosi 5-95% dla temperatur 0-50°C. Przy temperaturach wy szych od 50°C ro nie b d
spowodowany nieadiabatycznym procesem nawil ania.
W niskich temperaturach badanego powietrza woda w koszulce termometru mokrego mo e
zamarzn , co spowoduje pewn zmian sta ej psychrometrycznej. W zwi zku z powy szym nie
nale y dokonywa pomiaru psychrometrem, gdy na koszulce termometru znajduje si jednocze nie
woda i lód.
Je eli s znane odczyty termometrów suchego i mokrego, to wilgotno
powietrza mo na wyznaczy trzema sposobami:
wzgl dn
1) Ze wzoru (2) okre la si sta psychrometryczn A. Nast pnie, w chwili pomiaru mierzy
si ci nienie barometryczne. Z tablic opracowanych dla pary nasyconej lub z wykresu h-x okre la
si warto ci ci nienia nasycenia p''
ps
oraz p''
pm
pary wodnej (hPa). Znaj c te warto ci, korzysta si
ze wzoru (1).
2) Odczytuj c z gotowych tablic lub wykresów psychrometrycznych. Przy pos ugiwaniu si
psychrometrem Assmanna mo na korzysta z tablic psychrometrycznych, które opracowano dla
ci nienia = 1007 hPa, sta ej psychrometrycznej: dla wody, dla lodu oraz dla zakresu temperatury
od -30°C do + 50°C. Tablice umo liwiaj wprowadzenie pewnych poprawek w zale no ci od
aktualnego ci nienia barometrycznego. Dla odczytanej temperatury termometru suchego i ró nicy
psychrometrycznej odczytuje si wilgotno wzgl dn .
3) Wyznaczanie wilgotno ci wzgl dnej powietrza
rysunek 2.
za pomoc wykresu h-X przedstawia
Rys. 2. Wyznaczanie wilgotno ci wzgl dnej
wg wskaza psychrometru na wykresie h-X.
Prowadz c z punktu M izentalp h = const. do przeci cia z izoterm t
s
= const. otrzyma si ,
jako stan powietrza otaczaj cego, punkt A o wilgotno ci wzgl dnej
0
. Z przeci cia = 1 i t
m
'
4
znajduje si punkt M (rys. 2), nast pnie prowadz c izentalp h
M'
= const. do przeci cia z izoterm
t
s
, znajduje si punkt A o wilgotno ci rzeczywistej j.
Je eli na wykresie h-X wyst puj izotermy obszaru mg y, wówczas z punktu M prowadzi
si lini b d c przed u eniem izotermy t
m
obszaru mg y w obszar powietrza niedosyconego i w
miejscu przeci cia z izoterm t
s
znajduje si punkt A, znaleziony poprzednio przy u yciu wykresu
b dów (rys. 3).
1.3 Tok post powania podczas badania
1. Wyj oba psychrometry z pojemnika trzymaj c je za uchwyt, zwil y wod zbiornik prawego
termometru oznaczony kolorem niebieskim.
2. Pod czy zasilacz do psychrometru i uruchomi wentylator wy cznikiem umieszczonym w
górnej cz ci psychrometru.
3. Nakr ci mechanizm spr ynowy dmuchawy drugiego psychrometru, obracaj c w prawo
(zgodnie z kierunkiem ruchu wskazówek zegara) wieczkiem os ony mechanizmu. Nakr canie
nale y przeprowadza ostro nie, do momentu, gdy dalsze nakr canie spowoduje przyspieszenie
obrotów wentylatora.
4. Po ustaleniu si równowagi cieplnej (mo e to trwa kilka minut) odczyta temperatury t
m
oraz
t
s
. Wykona kilka takich pomiarów.
5. Odczyta na barometrze ci nienie atmosferyczne panuj ce w pomieszczeniu podczas pomiarów.
6. Wyniki zanotowa i na podstawie trzech wymienionych w instrukcji metod wyznaczy warto
wilgotno ci wzgl dnej.
Tabela 1 jest przyk adow tabel pomiarow , s u c do gromadzenia danych pomiarowych.
Tab. 1 Tabela do gromadzenia wyników badania
Psychrometr z nap dem spr ynowym
Lp.
Temperatura
termometru
suchego t
s
[°C]
Temperatura
termometru
mokrego t
m
[°C]
Psychrometr z nap dem elektrycznym
Temperatura
termometru
suchego t
s
[°C]
Temperatura
termometru
mokrego t
m
[°C]
1
2
3
4
5
W niskich temperaturach badanego powietrza woda w koszulce termometru mokrego
mo e zamarzn , co spowoduje pewn zmian sta ej psychrometrycznej. W zwi zku z
powy szym nie nale y dokonywa pomiaru psychrometrem, gdy na koszulce termometru
znajduje si jednocze nie woda i lód.
5

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin