Цель урока: дать учащимся понятие влажности воздуха, представить способы измерения; познакомить с характеристиками и значением влажности.

Задачи:

1. Выяснить теоретические знания учащихся по теме «Испарение. Кипение».
2. Сформировать представление об абсолютной и относительной влажности воздуха, точке росы.
3. Продемонстрировать способы измерения влажности воздуха при рассмотрении приборов для ее измерения — гигрометра, психрометра.

На материале урока указать важность понятия влажности воздуха в жизнедеятельности человека.

Тип урока: изучение нового материала.

Материалы и оборудование:

компьютер, мультимедиа презентация.

Формы работы: коллективная, индивидуальная, групповая.

Методы: словесный, словесно – наглядный, проблемный, эвристический.

Ход урока.

1.      Организационный момент.

2.      Актуализация знаний учащихся.

Учитель: Сегодня на уроке мы рассмотрим ещё один фазовый переход жидкости в пар, а для того, чтобы узнать названия этого перехода повторим материал прошлых уроков.

(на доске приготовлена таблица в первой строке которой отмечена нумерация вопросов, в третьей строке обозначена цифрой буква ответа, учащиеся угадывая ответ, прописывают букву в соответствующей клетке, таким образом разгадывают тему урока)

Вопросы:

1. Вещество, температура кипения которого зависит от атмосферного давления? или Вещество, встречающееся а природе сразу в трёх агрегатных состояниях? (Вода)
   Ученик: Знаете ли вы …, что агрегатные состояния вещества зависят не только от температуры, но и от давления. Были замечены новые свойства воды: при температуре -70 С и давлении 400тыс. атм. она становиться тягучей, словно мёд, но не затвердевает.
2. Вода в твёрдом состоянии? (Лёд)
3. На стенке висит тарелка, по тарелке ходит стрелка.
   Эта стрелка наперёд нам погоду узнаёт. (Барометр)
4. Единицы измерения количества теплоты, необходимой для испарения или отданной при конденсации? (Джоуль).
5. Процесс, обратный парообразованию? (Конденсация)
   (Ученик: Знаете ли вы…, что в газовой фракции табачного дыма находится газообразный дёготь, который при охлаждении переходит в жидкое состояние, т.е. конденсируется. При этом он оседает на пальцах рук, зубах, лёгких, желудке. При выкуривании одной пачки сигарет курильщик производит около 1г. жидкого дёгтя.)
6. Процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное? (парообразование)
7. Парообразование, происходящее с поверхности жидкости?(испарение)
   (Ученик: Знаете ли вы…, что капля воды, попавшая на раскалённую сковороду, начинает подпрыгивать, т. к. вокруг капли образуется оболочка пара, подбрасывающая её)
8. Мера нагретости тела? (Температура).
9. Состояние вещества, сохраняемое форму, но легко изменяющее объём? (жидкость).

3. Объяснение нового материала.

Учитель: Итак, тема урока ВЛАЖНОСТЬ. Попробуем разобраться в данном физическом явлении. Вода – это жизнь. И для вас, я думаю, не секрет, то, что:

• 78% поверхности Земли составляет вода;
• От 50% до 99,7% воды принадлежит живым организмам;
• От 13 до 15 тыс.куб. км воды находится в атмосфере Земли в виде снега, водяного пара, дождя.

Остаётся бесспорным факт – круговорот воды в природе.

Водяной пар очень сильно влияет на все процессы,протекающие на Земле:

• На развитие флоры и фауны;
• На урожай с/х культур;
• На здоровье человека.

А знаете ли вы о свойствах водяного пара?

Ученик: Знаете ли вы, что… при прекращении круговорота воды в природе за год с поверхности Мирового океана испарился бы метровый слой воды.

Ученик: Знаете ли вы, что … обнаружены антикоррозийные свойства пара: если обычным паром обработать разогретые поверхности, то на них образуется прочная оксидная плёнка, предохраняющая металл от ржавчины.

Ученик: Знаете ли вы, что… если облако попадает в полосу очень холодного воздуха, капельки воды превращаются в кристаллики льда и выпадают на землю в виде градинок и снежинок.

Ученик: Знаете ли вы, что… самая крупная градина в мире была найдена в Канзасе, США. Она имела длину 19см и по размерам напоминала небольшую дыню.

Учитель: Эта небольшая информация о свойствах пара пополнит ваш кругозор, а сейчас рассмотрим основные характеристики влажности воздуха.
Парциальное давление – давление, которое производил бы водяной пар, если бы другие газы отсутствовали.

1. Относительная влажность – это отношение парциального давления водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре к давлению насыщенного пара при той же температуре, выраженного в процентах.
2. Обсалютная влажность – это отношение плотности водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к плотности насыщенного пара при той же температуре, выраженное в процентах.
3. Точка росы – температура, при которой пар переходит в состояние насыщенного.

Как же определить влажность воздуха?

Для этого, во-первых, необходимо знать количество водяного пара в единице объема воздуха. Для этого вводится понятие абсолютная влажность воздуха, которая показывает, сколько граммов водяного пара содержится в воздухе объемом 1 м³ при данных условиях (т.е. при данной температуре и атмосферном давлении).

Обозначается — абсолютная влажность воздуха — плотность водяного пара [единица измерения — кг/м³].

При тех же условиях водяной пар может быть насыщенным. Существуют специальная таблица в которой для каждого значения температуры и давления приводится значение плотности насыщенного водяного пара, которая обозначается _0.

 Такая таблица находится в ваших сборниках задач по физике

Ученик: Знаете ли вы, что … холодной ночью воздух не может сохранять столько же водяных паров, что и тёплый воздух, и поэтому пар, конденсируясь, образует капли воды, которая называется росой. Если же температура падает ниже нуля, капли замерзают, и образуется иней.

Учитель: Итак, для того, чтобы выпала роса или появился туман какое условие должно выполняться?

Ученик: Пар должен стать насыщенным. При понижении температуры пар конденсируется и появляется туман, выпадает роса или образуется иней.

Учитель: Конденсация водяного пара также приводит к образованию облаков, что приводит к выпадению осадков, при данных процессах выделяется большое количество теплоты, что благоприятно влияет на флору и фауну земли. Существует интересный факт, подтверждающий влияние физических явлений не только на учёных, но и многих писателей, отмечающих в своих произведениях природные изменения.

 

Учитель: Влажность воздуха очень сильно влияет на здоровье человека.

Ниже 40% — пониженная влажность воздуха, человек чувствует себя не комфортно. (першит в горле, сухость в носоглотке и т.д.)

От 40% до 70% — нормальная влажность;

Более 70% — повышенная влажность воздуха, начинаются воспалительные процессы в носоглотке, что приводит к воспалению ни только верхних дыхательных путей, но и к воспалению бронхов, лёгких.

Ученик: знаете ли вы, что… жара труднее переносится при высокой влажности воздуха. В этих условиях затруднён отвод тепла за счёт испарения влаги, поэтому возможен перегрев тела, нарушающий жизнедеятельность организма.

Учитель: Чтобы соблюдать нормы влажности в сухих помещениях рекомендуют устанавливать к радиаторам отопления блюда с водой или закрывать радиаторы отопления влажной материей.

Для измерения влажности воздуха существуют специальные приборы.

1. Гигрометры (волосной и конденсационный) — рисунок 1, рисунок 2.

 

Рисунок 1.

Рисунок 2.

2. Психрометр  — рисунок 3, рисунок 4.

Рисунок 3.

Рисунок 4.

Учитель: А как измерить влажность воздуха, если нет специального прибора, а только комнатный термометр?

5. Закрепление изученного.

А сейчас подумайте над следующими задачами, которые приводятся у вас на листочках — задачи для закрепления.

Задача 1. Разность показаний сухого и влажного термометров равна 4⁰С. Относительная влажность воздуха 60%. Чему равны показания сухого и влажного термометра.

(Ответ t_c=14⁰C? t_вл=10⁰С).

Задача 2. Влажность воздуха равна 78%, а показание сухого термометра равно 12⁰С. Какую температуру показывает влажный термометр?

(Ответ: t_вл=10⁰С).

6. Подведение итогов урока и обсуждение домашнего задания.

Параграф 17, выполнить тест, подготовиться к лабораторной работе №3 « Определение влажности воздуха»

Проверочный тест.

1. Какие из процессов, при которых происходят агрегатные превращения вещества, названы ошибочно?

А) плавление, кристаллизация                                 В) парообразование, конденсация                

Б) сублимация, десублимация                                 Г) нагревание, охлаждение

2. Из  какого  сосуда быстрее испаряется жидкость ( температура  жидкости  в обоих сосудах одинакова)

3.   При испарении вода охлаждается. Это объясняется тем, что воду покидают частицы…

А) самые медленные                В) самые быстрые               

 Б) самые мелкие                      Г) самые крупные

4. Что вызовет более тяжелый ожог: стоградусная вода или стоградусный пар?

                  А. Пар

                  Б. Вода

                  В. Различий нет

5. Как изменяется скорость испарения жидкости  при повышении температуры?

                   А. Остается неизменной

                   Б. Увеличивается

                   В. Уменьшается

                   Г.  Иногда увеличивается, иногда уменьшается

                   Д. Не знаю                             

Полный текст материала смотрите в скачиваемом файле.
На странице приведен только фрагмент материала.

Прибор, используемый для измерения влажности воздуха, называется физикой класса 11 JEE_Main

Подсказка он основан на теории, для такого вопроса вы должны знать все измеряемые величины с их соответствующими единицами измерения и инструментами и методами, которые использовались для их измерения. И какая польза от измерения таких величин? Влажность – это мера концентрации водяного пара, присутствующего в воздухе.

Полный пошаговый ответ: Как вы читали, влажность – это мера концентрации водяного пара, присутствующего в воздухе.Влажность подразумевает наличие осадков, росы или тумана. Количество водяного пара, необходимое для достижения насыщения, увеличивается с повышением температуры. Когда температура воздуха понижается, он внезапно достигает точки насыщения, не добавляя и не теряя массы воды.

Влажность измеряется тремя способами:
(1) Абсолютная влажность описывает содержание воды в воздухе и выражается либо в граммах на кубический метр, либо в граммах на килограмм.
(2) Относительная влажность может быть выражена в процентах, что указывает на текущее состояние абсолютной влажности относительно максимальной влажности при той же температуре.
(3) Удельная влажность – это отношение массы водяного пара к общей массе влажного воздуха.

Гигрометр – это прибор, используемый для измерения количества водяного пара в воздухе, почве или замкнутых пространствах. Приборы для измерения влажности обычно зависят от измерений некоторых других величин, таких как давление, масса, температура, механические или электрические изменения в веществе при поглощении влаги.

Следовательно, вариант Б правильный.

Примечание Другими важными величинами и приборами, используемыми для их измерения, являются:
(1) Термометр – это прибор, который используется для измерения температуры.
(2) Анемометр – это метеорологический прибор, измеряющий скорость ветра.
(3) Дождемер – это прибор, который используется для измерения количества жидких осадков за определенный период времени.
(4) Барометры используются для измерения атмосферного давления.


Приборы метеорологические

Приборы метеорологические Приборы метеорологии В. К. Хокинг

1. Введение

Самые ранние инструменты, использовавшиеся для наблюдения за погодой. органы чувств человеческого тела – особенно зрение, осязание (осязание), обоняние, и слух. В какой-то мере и сегодня они являются наиболее важными. инструменты, потому что, в конце концов, мы изучаем погоду, потому что хотим узнать, как это повлияет на нашу повседневную жизнь, и именно через наши чувства, которые мы взаимодействуем с окружающим миром. Этот человек чувствительность к погоде показана в прикрепленном файле диаграмма ( щелкните диаграмму , чтобы увидеть ее увеличенную версию). Человечество и погода

Обратите внимание, что, как правило, в этом тексте вы можете нажмите на любую диаграмму, чтобы увидеть ее увеличенное изображение.Новый образ появится в новом всплывающем окне. Закройте всплывающее окно, нажав на «х» в правом верхнем углу.

Основные параметры, которые мы изучаем в связи с «погодой» и «климат» это:

(i) Температура воздуха
(ii) Атмосферное давление
(iii) Влажность
(iv) Облака – наличие, виды
(v) Осадки (дождь, снежный град и т.д.)
(vi) Видимость
(vii) Ветер
(viii) Солнечное излучение

Когда эти параметры известны, другие параметры, такие как точка росы, относительная влажность, точка инея и т. д. могут быть определены как «вторичные параметры».

Несмотря на то, что эти разные явления влияют на нашу жизнь во многом оказывается, что организм человека не особо хорошо при количественной оценке этих характеристик. Вода, которая чувствует холод одному человеку может казаться теплым другому, в зависимости от того, что это человек занимался. Например, после купания в ледяном озере, даже вода температуры воздуха может казаться теплой, тогда как человек кто не был погружен в такие условия в последнее время может рассмотреть такая же вода, как прохладная.

Кроме того, иногда мы просто не очень хороши в количественной оценке вещи. Например, скорость ветра. Мы можем получить представление о скорости ветра тем, как сильно он сдувает листья на деревьях вокруг, но это не слишком эффективен зимой, если на деревьях нет листьев. Можно получить грубое чувство направления, наблюдая, где находятся объекты. ветром, или подняв влажный палец на ветру и найдя ориентация, обеспечивающая самое быстрое охлаждение. Но эти методы являются лишь приблизительными, и ранним наблюдателям стало очевидно, что необходимо больше количественных измерительных инструментов.

2. Краткая история первых инструментов метеорологии

Самые ранние инструменты были довольно простыми, и серьезные исследования атмосфера с научной точки зрения на самом деле не начиналась до тех пор, пока 1800-е годы. До этого инструменты были очень простыми. Примеры включают термометры, и флюгеры.
Простой чашечные анемометры были еще одной формой раннего инструмента, и иногда давление измерялось приближенным образом (см. вкратце).

Даже с этими инструментами применение часто было только качественным. Например, флюгеры (часто с добавлением металлической копии петуха для эстетический эффект (в таком случае их называли «флюгерами»)) используется лишь для определения общего направления ветра, т.е. дул ли он от скажем, север или северо-запад. Чашечные анемометры давали меру ветра скорость, но этот показатель не всегда фиксировался количественно.

В 1800-х годах несколько ученых начали проводить более подробные измерения.Они также заинтересовались атмосферой в широком смысле, в том числе верхняя атмосфера. Примерами такой работы были усилия Джеймса Глейшера (1809-1903), который заинтересовался тем, что лежит «над» нами, и был первым человеком, поднявшимся на воздушном шаре на большую высоту. В 1862 году он и его пилот достигли высоты около От 29 000 до 36 000 футов (точно никто не знает) (около 9000-11200 метров — то же высотой, как гора Эверест), после чего он потерял сознание из-за отсутствия кислород, низкое давление и холодные температуры.Он измерил давление на этой высоте около одна треть давления на уровне земли. Его пилот воздушного шара, хотя также близкое бессознательное состояние, был в состоянии открыть регулирующий клапан зубами и тем самым позволить воздушный шар, чтобы снова плыть вниз. На прикреплённом фото пилот отпустить клапан в этот критический момент. Пилот Глейшера открывает клапан.

В развитии метеорологии было несколько критических периодов. научное применение инструментов измерения было одним из них.Другой критические периоды включают разработку сложных компьютеров моделирование для прогнозирования погоды и наступление космической эры, с выводом в космос метеорологических спутников.

3. Современные инструменты

В следующих разделах мы опишем различные типы современных метеорологические инструменты. Мы начнем с нижних слоев атмосферы, но также обсуждаем приборы для измерений на высотах до 100 км по высоте в более поздний момент.Мы также кратко упомянем о более современных разработках.

Современные инструменты можно использовать в одиночку, но они наиболее производительны при использовании совместно с другими инструментами. Часто инструменты помещаются вместе в МЕТЕОСТАНЦИЯ.

Метеостанции обычно измеряют давление, температуру, дневной максимум и минимальная температура, скорость ветра, направление ветра, влажность, облачный покров, солнечная радиация (часто на нескольких длинах волн) и осадки. Хорошая метеостанция должна отвечать достаточно жестким требованиям.Например, они должны находиться в чистом поле, чтобы местные постройки и препятствия не искажают их измерения скорости ветра и направление. Они должны быть свободны от тени и должны соответствовать другим важные критерии. Все инструменты также нуждаются в тщательном откалиброваны и регулярно обслуживаются.

На следующих фотографиях показаны примеры типов инструментов б/у (нажмите на маленькие фотографии, чтобы увидеть их в увеличенном виде).

Термометры являются одними из самых простых инструментов и измеряют температура.Первый термометр изобрел Галилей в 1592 г. Простейшие термометры используют расширение вдоль трубки жидкости, такой как спирт или ртуть как индикатор температуры. Есть также адаптации этого принципа, которые позволяют термометрам для определения суточных максимальных и минимальных температур. Например, максимум температуры можно найти с помощью специального термометр, в котором трубка с ртутью «пережата» в одной точке, так что Меркурий может пройти через нее, но когда Меркурий отступает по мере понижения температуры, часть над остается защемленный участок. Таким образом, он действует как небольшой клапан, оставляя ртуть позади, чтобы можно было прочитать максимальную температуру позже. Я не буду обсуждать эти термометры максимальной и минимальной температуры. подробнее тут — на страницах довольно продолжительное обсуждение 75–77 вашего учебника (C.D. Ahrens, Meteorology Today, 6-е изд., Brooks/Cole/Thomson Learning Book Co.)

Однако следует отметить, что не все термометры используют расширение жидкости в стеклянной колонке, как показано здесь.Современные устройства часто построены таким образом, что температура может быть оцифрована на компьютере, и, следовательно, использовать электронные средства для измерения температуры. За например, в некоторых термометрах используется тот факт, что электрическая сопротивление резистивных элементов изменяется в зависимости от температуры. Другие используют свойства термопар. Если можно записывать температуру в цифровом виде, конечно нет необходимости иметь специальные приборы для определения максимумов и минимумов температуры, т. к. легко записывать данные с небольшими временными шагами в течение всего дня, и затем используйте программное обеспечение для поиска в базе данных локальных максимумов и минимумов.

Давление датчики бывают разных форм. Первый изобрел Торричелли в 1643 году. Более ранние включают анероидные барометры и Ртутные барометры.

Как показано на изображении барометра-анероида, этот прибор полагается на герметичном гибком блоке, который содержит воздух в фиксированном объеме. Как при изменении атмосферного давления эта мембрана расширяется и сжимается, изменение положения стрелки барометра. Ртутные барометры используйте вакуумную трубку, и Меркурий поднимается или опускается в этой трубке по мере изменения атмосферного давления, толкая Меркурий выше или ниже в трубке.

Некоторые более чувствительные инструменты полагаются на другие функции, связанные с давлением. Например, так называемые «микробарографы» достаточно чувствительны, чтобы они могут обнаруживать изменения давления до 1 Паскаля или меньше, и они используют крошечные кремниевые диафрагмы, прикрепленные к емкостному датчику для выполнения их измерения. Диафрагма изгибается в разной степени в зависимости от на внешнее давление, изменяя емкость подключенного конденсатор. Данные с этих приборов могут быть легко записаны в цифровом виде, что позволяет исследования волн давления в атмосфере с высоким временным разрешением.Обычно их необходимо тщательно калибровать по сравнению с более традиционными микробарографы.

Датчики дождя будет следующим пунктом, который мы обсудим. Они в основном включают тщательно откалиброванные сборные ведра. Используемая единица количества осадков равна глубине воды. который имел бы в результате на земле если нет воды, которая упала может утечка (либо путем просачивания в землю, либо путем испарения) и если бы вода была равномерно распределена по всей земле.Таким образом, количество осадков «15 мм» означает, что если весь дождь выпал равномерно по ландшафту, он имел бы глубину 15 мм. Показаны примеры дождемеров здесь. Первый из них является стандартным инструментом, а второй разработан для непрерывной записи. Во втором случае вода из коллектора контейнер стекает в другой контейнер, который опирается на весы. Вес осадков поднимает ручку записывающего пера, который записывает сумму, записанную на бумажной диаграмме.

Для обеспечения автоматизации и оцифровки некоторых современных дождемеров (называемых «опрокидывающимися ковшовые дождемеры») высыпают свое содержимое на мерную шкалу с регулярной интервалы (например, 1 минута) и содержимое взвешивается электронным способом и хранится в цифровом виде. Общее накопление можно определить суммированием все веса во время дождя.

Духовые инструменты будет нашей следующей темой. Для измерения ветра требуются два параметра — скорость и направление.Направление обычно определяют по флюгеру, и есть различные типы этих. Мы видели несколько более ранних примеров уже напр. , но более современные, как правило, менее эстетичны и более практичны. Они также обычно содержат прикрепленный прибор для измерения ветра. скорость тоже. Примеры показаны ниже.

Приборы для измерения ветра этого типа обычно называют ветровые анемометры . Поскольку хвосты лопастей сконструированы чтобы повернуться лицом от ветра, они обычно организуются с острием с другой стороны, которая указывает на ветер.Следовательно, они укажите направление от куда дует ветер.

Существуют и другие формы ветровых анемометров, такие как указанный здесь, который использует вентилятор для измерения скорости ветра и содержит флюгер как его хвост. Также можно приобрести ручные анемометры скорости ветра, такие как один показан здесь. Они не так надежны для абсолютных измерений, но очень портативны. и удобен для проведения случайных измерений в местах, которые не иметь более совершенный инструмент.Наблюдатель должен стоять перед инструмент против ветра и запишите отображаемый числовой вывод. ниже вентилятора.

Высота облаков и видимость два других важных параметра, которые требуются для метеорологического измерения. Оба используют оптические лучи различных типов — часто лидары. Например, облакомеры определить основание высоты облака, отправив импульсы света к облаку. Встретившись с облаком, световые импульсы (частично) отражаются на землю, где они обнаруживаются.Временная задержка между передачей и приемом световых импульсов используется для определения высоты основания облаков. Инструменты видимости обычно измеряют снижение интенсивности узких световых лучей, пересекающих заданную область.

По отношению к облакам также не редкость записывать процент облачности, и часто для этого используются камеры всего неба. Можно сделать простую камеру всего неба, сфотографировав изображение видно в хорошо отполированной металлической сфере с радиусом типично 15-30 см.

Некоторые метеорологические сайты также включают специальные датчики для измерения солнечная радиация . Иногда это делается на всех длинах волн, и иногда это делается в дискретных диапазонах длин волн. ультрафиолет видимая полоса часто наблюдается из-за ее важности в отношении потери озона, но другие распространенные длины волн включают те, при которых растения наиболее чувствительны (особенно полезно для садоводство и садоводство).

Влажность – еще одна важная величина в метеорологии (как абсолютной, так и относительной влажности), но в в прежние времена оказалось очень трудно дать количественную оценку, даже несмотря на то, что люди очень чувствителен к этому.История измерения влажности довольно увлекательна и включает в себя некоторые довольно оригинальные разработки.

Фактически, один из первых инструментов для таких измерений был взят из чувствительность человека к влажности и, в частности, чувствительность человеческий волос! На прилагаемом рисунке показан ранний пример Гигрометр, Этот инструмент использует тот факт, что длина человеческого волоса изменяется в ответ на к изменениям влажности, при этом волосы становятся длиннее, когда относительная повышается влажность.Таким образом, по мере изменения влажности стрелка настраивается в положении, в ответ на изменение длины волос.

Такой прибор может показаться диковинкой, но на самом деле влажность измерительные приборы, которые зависели от человеческого волоса, были обычным явлением уже много лет. На прикрепленной фотографии изображен Гигротермограф. Этот прибор записывает как влажность, так и температуру на бумажную диаграмму. (отсюда и завершающий слог «граф», а не «метр», чтобы указать, что прибор создает график с течением времени).Это показано с его крышка снята (крышка находится на левом конце рисунок). Этот инструмент использовался еще двадцать лет назад и снова зависел от человек волосы для измерения влажности. Можно увидеть, как человеческие волосы тянутся от сверху вниз на правом конце инструмента — в этом случае представляют собой несколько волосков, образующих ленту из волос, а не один волос.

Другим важным вариантом, который можно использовать для измерения влажности, является Психрометр.Представленный здесь инструмент имеет полное название вентилируемого психрометра Асманна . Двигатель с пружинным приводом, заведенный шпонкой внизу, приводит в действие вентилятор, который пропускает воздух через колбы двух термометров. Лампочка одного из термометры накрывают муслиновым фитилем, смоченным дистиллированная вода. Этот термометр с влажным термометром охлаждается за счет испарения. (за счет проходящего над ним воздушного потока, который создается вентилятором) до значения ниже температуры, показываемой термометром с сухим термометром.Расчет влажности осуществляется путем сравнения двух показаний термометров, так как разница между ними зависит от влажности и давление (давление измеряется самостоятельно с помощью барометра). На самом деле вентилируемый психрометр Ассмана был разработан быть переносным инструментом, летать на воздушном шаре — что-то для которых нельзя было использовать гигрометры.

Этот вентилируемый психрометр Ассмана на самом деле является адаптацией более старый прибор под названием «пращевой психрометр», который работает на том же принцип как блок Ассмана.Однако с помощью пращевого психрометра поток воздуха, который вызывает испарение из смоченного термометра генерируется не вентилятором, а вращение агрегата вокруг головы на высокой скорости. Как и в случае с Ассмана, влажность считывается из таблицы, в которой указано отношение между разницей температур по мокрому и сухому термометру, и (относительная) влажность. Такую таблицу можно найти, например, в Агуадо и Берт, «Понимание погоды и климата», 2-е изд., Прентис-Холл, п.103. Аналогичную таблицу можно также найти в приложении D вашего учебника.

В более современных измерителях влажности используется конденсатор, состоящий из двух металлические пластины, разделенные тонкой полимерной пленкой. Пленка впитывает или выделяет водяной пар при увеличении или уменьшении влажности, тем самым изменяя диэлектрическая проницаемость пленки. Это, в свою очередь, изменяет емкость устройства, которые могут быть записаны в электронном виде. Емкость затем можно преобразовать в меру влажности с помощью подходящего формулы конверсии.Эти инструменты очень портативны и может быть откалиброван с достаточно высокой точностью.

Другие приборы, используемые для измерения влажности, включают: электрический гигрометр , инфракрасный гигрометр , гигрометр точки росы и датчик росы . Электрический гигрометр пропускает электрический ток через пластину с углеродным покрытием и измеряет изменение сопротивления на пластина за счет поглощения или высвобождения водяного пара при изменении влажности. Инфракрасный гигрометр измеряет поглощение инфракрасного света при его прохождении через воздух, при этом поглощение тем больше, чем больше абсолютная влажность. Гигрометр точки росы измеряет температуру, при которой происходит конденсация. производится на холодной пластине и использует эту информацию для работы вне влажности. Наконец, ячейка росы фактически измеряет давление паров воздуха непосредственно. См. учебник на стр. 121. для дальнейшего обсуждения этого устройства (последний абзац на странице).

Это обобщает основные инструменты уровня поверхности, хотя список конечно не полный.Теперь перейдем к измерениям над поверхностью.

4. Приборы для изучения верхних слоев атмосферы

Хотя измерения на уровне земли явно важны, ученые давно признали, что необходимо измерять на больших высотах, если бы мы когда-либо действительно понимали наша атмосферная среда. Мы уже упоминали о полет на воздушном шаре Джеймса Глейшера, но более устойчивый верхний уровень исследования действительно начались к концу 1800-х годов и в начале 1900-х годов, с работами Р. Ассманн (1845-1918) и Л. П. Тейссеренк де Борт (1855-1913). Эти ученые разработали различные инструменты, которые могли работать во время полета на воздушных змеях и воздушные шары. Примером может служить вентилируемый психрометр Ассмана. которые мы уже обсуждали. Затем эти ученые разработали искусство управлять своими инструментальными коллективами на воздушных змеях, в самолетах и под воздушные шары. Однако их нужно было еще собрать. инструменты для записи данных.

Долгое время воздушные змеи были основой метеорологических измерений. словно коробка воздушный змей показано здесь.Они использовались для поднятия инструментов, а затем можно было смотать, и оборудование было восстановлено.

Даже в наши дни воздушных змеев иногда используют для специальных исследований. На следующем рисунке показана пара воздушных змеев (один красный, один черный) в некоторых недавние эксперименты. Другие современные исследователи использовали специальные воздушные змеи в форме парашютов, используемые в современном каскадерском парашютизме, и с помощью этих устройств достигли высоты в несколько тысяч метров.
Текущий рекорд максимальной высоты, достигнутой одним воздушным змеем. кажется, принадлежит канадцу, г-нуРичард Синергия, достигший высотой около 4 км в августе 2000 года. Вы можете увидеть его веб-сайт по адресу
Веб-сайт Richard Synergy
Тем не менее, воздушные змеи в конечном итоге были заменены в качестве основных верхних слоев атмосферы. платформы, как мы скоро увидим.

Большой прогресс в исследованиях верхних слоев атмосферы пришли с развитием радиотехники что позволяло хранящейся на приборах информации передаваться обратно на землю, так что даже если шар была утеряна, у пользователя осталась бы копия информации.Вайсала в Финляндии был ключевым игроком в этой области, и его работа в этой области привело к развитию компании Vaisala, один из крупнейших производителей метеорологического оборудования в мир сегодня.

В настоящее время воздушные шары запускаются с тысяч площадок. по всему миру, перевозя специальные пакеты, которые записывают температура, давление и влажность. Как правило, эти воздушные шары все запускаются два раза в день, в 00:00 и 12:00 по Гринвичу. Время, хотя и другое время, безусловно, может быть использовано для особых эксперименты.Радиометоды также используется для отслеживания воздушных шаров (либо с помощью навигационных систем или методы GPS), так что скорость ветра на больших высотах тоже можно определить.

Из-за снижения атмосферного давления снаружи шара, воздушные шары расширяются при подъеме, чтобы поддерживать давление равновесия на внутренней и внешней поверхностях баллона. В конце концов воздушные шары становятся настолько большими, что лопаются в в какой момент они падают обратно на землю. Обычно воздушный шар достигает высоте 20-25 км, но специально сконструированные аэростаты могут достигают высоты 35 км.

Исследования воздушных шаров действительно начались скоординированным образом в с начала до середины 1900-х гг. На следующих фотографиях показаны примеры воздушные шары, выпущенные во время Второй мировой войны. (Выпуск воздушного шара Второй мировой войны). (Выпуск воздушного шара Второй мировой войны).
Примеры более поздних выпусков воздушных шаров показаны ниже. фотографий. (Щелкните картинки для увеличения.)

Эти аэростаты несут на себе радиозонда . С годами эти инструменты стали меньше и легче.Они также относительно дешевы — обычно в диапазоне от 100 до 200 долларов. Как правило, воздушные шары летят на высоту около 20 км, где они взрыв, как мы уже описали. К тому времени, когда они лопнут, они часто дрейфовали по горизонтали на целых 100 км (в зависимости от ветровых условий). В некоторых случаях небольшие парашюты прикреплены к радиозондам, они плавают вниз и иногда могут быть восстановлена. Однако чаще всего радиозонды отправляются без парашют, а радиозонд просто падает на землю и теряется.Стоимость восстановления этих радиозондов обычно превышает стоимость строительства новых для каждого полета. Обычно зонды изготавливаются с большим процентом пенопласта, поэтому они достаточно легкие что они не причинят вреда, если ударятся о предмет на земле.

Сами радиозонды с годами претерпели значительные изменения. Современные зонды очень легкие и используют очень маленькие датчики. для определения температуры, давления и влажности. На следующем рисунке показано типичный современный радиозонд.Радиозонд Vaisala RS80. Фактические датчики находятся на небольшой руке, которая выступает из картонный корпус во время полета. Вся система питается от водоактивируемая батарея.

Следующий изображение . показывает радиозонд после того, как он был открыт на экспертизу. Основная электроника расположена на небольшом печатная плата скользнула в пенопластовый корпус (в оборотная сторона картины). Рука, направленная вниз, держит датчики для определения температуры и влажности.

На следующем рисунке показан схематический (нажмите, чтобы увеличить) типичного радиозонда.

На следующем изображении показан вид на электронная плата который составляет основу электроники системы, и который получает данные и передает их обратно приемнику в земля.

Ранее упоминалось, что помимо «стандартных» аэрозондов-радиозондов как те, что только что показаны, есть также специальные воздушные шары большего размера. размер, который может достигать больших высот, прежде чем они взорвутся.Эти часто иметь при себе озонозонда , специально предназначенных для измерения озона в стратосфере. Пример показан на следующем рисунке. (Нажмите, чтобы увеличить.) Эти инструменты имеют особое значение в настоящее время, в связи с недавним озабоченность по поводу потери стратосферного озона из-за техногенных (антропогенных) влияет.

Интересно, что в последнее время технология воздушных шаров пережила значительное второе рождение. Примеры включают недавние попытки построить воздушные шары, которые могут оставаться в воздухе в течение достаточного времени, чтобы они могли совершить кругосветное плавание.Первыми это сделали Пикар и Джонс, облетевшие земной шар. в марте 1999 года в крафте Breitling Orbiter 3 .

Подробнее об этом можно прочитать в ноябрьском номере «Научного Американец». Для того, чтобы сделать воздушный шар, который мог оставаться в воздухе достаточно долго, а также необходимость активного участия метеорологов в направить воздушный шар в правильных ветровых условиях, чтобы обеспечить его дальнейшее движение вперед.

Еще одна распространенная форма «высотной» платформы — самолет с приборами. Могут существовать самолеты, способные летать на большие высоты — даже в стратосферу. и они часто используются для специальных экспериментов. Такой самолет попадали даже в самый центр ураганов.

5. Ракеты и спутники

В предыдущем разделе мы неявно рассматривали любую часть атмосфера над уровнем земли как «верхняя атмосфера». По факту, у ученых несколько более строгая номенклатура.Вы знаете слоев атмосферы, которые определяются температурой средние градиенты, то есть тропосфера, стратосфера, мезосфера и термосфера. Но ученые используют и другую классификацию. Область от 10 до 100 км высоты часто называют средняя атмосфера , а область выше 100 км является тогда «верхняя атмосфера». В течение многих лет «средняя атмосфера» была часто называют «игноросферой», поскольку мы были невежественны его характеристик. Однако в период с 1980 по 2000 г. многие ученые (в том числе и этот конкретный автор!) работали активно улучшать наше понимание этого региона.Это имеет было сделано особенно с высотными аэростатами, радарами, оптическими методы зондирования и визуализации, лазеры и лидары, ракеты и спутники. Другие интересные инструменты включали изучение метеоров и даже исследования распространения звука. (Интересно, что стратосфера был впервые предположен из-за случайных наблюдений наблюдателей в отношении под звуки подрыва взрывчатки в ВОВ — оказалось что наблюдателей вблизи источника и в сотнях километров от источника. источника, часто оба могли слышать звуки, но промежуточные наблюдатели не могли.Предполагалось, что это связано со слоем теплого воздуха над тропосферой, преломляющего звуковые волны вниз к земле на больших расстояниях, и это предположение в конечном итоге оказался правильным. Более подробная информация об этих более ранних типах исследований можно найти в книге А. П. Митры под названием The Upper Atmosphere , Азиатское общество, Калькутта, 1952 г. Обратите внимание, что в 1950-х, 60-х гг. и начало 70-х, область, которую мы теперь называем «средняя атмосфера» считался частью «верхней атмосферы»).

Я не буду обсуждать здесь все эти методы. Обсуждение радар оставлен для другого раздела этого курса, и я уже говорил что-то о воздушных шарах. Полезная дискуссия о лазеры и лидары можно найти по адресу pcl.physics.uwo.ca и нажмите «Общее введение в лидар». (Нажмите на стрелку «назад» в верхнем левом углу экран, чтобы вернуться на эту страницу.) Пассивный оптический методы здесь обсуждаться не будут, хотя они являются мощным класс методов в своем собственном праве, и может быть использован для получить подробные изображения структуры волновых событий в средняя атмосфера.Здесь я сосредоточусь на ракетной технике и спутниках.

5(i) Ракеты

Использование ракет для изучения атмосферы началось после Второй мировой войны, когда американские военные начали испытания Ракеты V2 которое было разработано в Германии как оружие войны, и которое США конфисковали. Их испытания включали запуск ракет на большую высоту. высоте, и поскольку они будут летать в режимах высоты, которые были ранее неизвестны, они дали ученым возможность их, чтобы добавить научные приборы на борту.Типы инструменты, которые были добавлены, были простыми и включали температуру и аппаратура для измерения давления, аппаратура для измерения космических лучей, и оборудование для изучения ионосферы. Телеметрия тоже была добавлено, чтобы информация о приборе могла быть передана обратно к приемникам на земле для записи. Схема показана «полезная нагрузка» одной из этих более ранних ракет. здесь (нажмите, чтобы увеличить). Такие полеты положили начало исследованиям ракетной техники в средней атмосфере.

После этих первых полетов, особенно в 1960-х и 1970-х годах, ученые приступили к разработке собственных ракет для средней атмосферы исследовательская работа.Эти ракеты были меньше, чем у Фау-2, но особенно предназначен для научных полезных нагрузок. Примеры таких меньших ракет: показано на следующих изображениях, на которых сначала показана ракета на своем стартовая площадка, а потом вид на ракету сразу после взлет. (нажмите, чтобы увеличить).

Эти ракеты несут различную полезную нагрузку, а их состав полезной нагрузки варьируется от ракеты к ракете, в зависимости от запланированного эксперименты. Примеры включают датчики давления, датчики плотности, масс-спектрометры, детекторы пыли (для обнаружения метеорной пыли), ионные датчики, зонды Ленгмюра, датчики электронной плотности и многие другие.Ученые постоянно думают о новых экспериментах, потому что средняя атмосфера представляет собой увлекательную область, содержащую явления относящиеся как к нейтральной, так и к плазменной динамике. В разделе ниже Я выделю лишь некоторые из многих проведенных экспериментов. Следует также отметить, что измерение температуры в этих большие высоты — это не просто полет на термометре через регион, потому что очень низкая плотность (и связанная с этим большие молекулярные длины свободного пробега) и высокие скорости ракет (километров в секунду) затрудняют работу более медленных датчиков чтобы реагировать достаточно быстро, чтобы сделать значимые измерения. Специальные приемы необходимо использовать даже для таких «простых» измерений, как температура, и в прошлых экспериментах использовались такие эксперименты, как измерение скорость звука в различных высотных режимах с использованием взрывов гранат как источников и измерения высот в атмосферном масштабе по давлению и изменения плотности с высотой.

Ветры и динамические движения составляют ключевой объект для изучения в этих местах. большие высоты. Ветры очень сильные и очень переменчивые, особенно на высотах от 80 до 100 км.Один из первых методов измерения верхней ровный ветер должен был оставить след люминесцентного газа позади ракеты. как он летит вверх. Эти конкретные измерения лучше всего проводить на закате. или восход солнца. Тропа продувается ветром, а также развивается «пухлый» вид из-за местной турбулентности, как показано на рисунке здесь. Сфотографировав эти тропы с земли с помощью высокого камеры с разрешением и использование нескольких камер, чтобы триангуляция можно использовать, можно определить как ветер верхнего уровня (от след смещается) и силы турбулентности (от скорости расширение пухлого следа). Цифры на фотографии указать высоту в километрах, как определено такой триангуляцией. Также интересно отметить, что на высотах выше примерно 103 км (в данном случае) тропа не пухлая, но имеет более «ламинарный» вид. Это происходит на больших высотах потому что турбулентность не может легко развиться на этих высотах из-за большое увеличение так называемой «кинематической вязкости» атмосферы. Этот последний термин является величиной, указывающей, насколько легко (или наоборот) это возбудить в воздухе «вихревые движения» — и на более высоких высоты, пытаться расшевелить водовороты немного похоже на попытку создай их в мёде! — верхняя атмосфера очень вязкая.Переходная область между турбулентным и ламинарным движениями изменяется от одного дня к другому, но обычно довольно резкий, а где-то на высоте от 95 до 105 км. Это дает название турбопауза.

Паровые тропы лучше всего работают на высоте от 80 до 100 км над уровнем моря. На более низких высотах используются другие процедуры. Один пример надувной падающая сфера, (здесь показано, что его держит в воздухе человек) представляет собой легкую блестящую металлическую «кожу», которая надувается воздухом в вершине траектории ракеты, а затем позволили упасть на землю.Поскольку он гладкий и металлический, его можно отследить с помощью радара. земле, и, следя за движением этого объекта, верхний уровень можно определить ветер. Другие процедуры включают выпуск тысяч крошечных металлических «иголки», которые опять же развеваются ветром и могут быть отслеживается радаром.

Проводится много других ракетных экспериментов, но в настоящее время нет реальной регулярной всемирной программы ракет средней атмосферы измерения, подобные программе радиозондирования. Большая часть информации о многолетней изменчивости ветров средней атмосферы определяется с помощью радаров и спутников.Это подводит нас к следующей теме.

5(ii) Спутники

По мере того, как ракеты становились все мощнее, в конце концов стало возможным использовать их для вывода спутников на орбиту. Первый успешный спутник был выведен на орбиту российскими учеными и инженерами 4 октября 1957 г. и назывался «Спутник». С тех пор многие другие спутники были выведены на орбиту. В настоящее время есть 8600 объектов на околоземной орбите размером более 10 см. через.

Многие из этих спутников существуют для конкретных практических целей, как телекоммуникации и военное наблюдение, но другие помещены туда для изучения атмосферы.Первый специалист метеорологический спутник был спутник ТИРОС, который был выведен на орбиту в 1960 году. Вот вид на еще один исследовательский спутник. Эти спутники имеют множество различных применений, от мониторинга облачных активность (часто на нескольких разных оптических длинах волн), запись стратосферный озон, измерение средней температуры атмосферы, фотографирование ураганов и измерения концентраций загрязняющих веществ. Недавний канадец спутники использовались для наблюдения за полярным сиянием, измерения средней атмосферы ветра (WINDII, специальный оптический прибор на спутник УАРС ) и измерять концентрации загрязняющих веществ (MOPITT). Спутники обеспечивают глобальное покрытие, которое невозможно ни с одним другого отдельного инструмента и, несомненно, будут главными инструментами во всех будущая работа, но они обычно гораздо более эффективны, если используются параллельно с наземными приборами, такими как радары и радиозонды. Будущее атмосферных исследований, несомненно, будет включать в себя все многочисленные инструменты, о которых я говорил.

Авторские права В.К. Хокинг, 2000.

Последнее обновление 31 октября 2000 г.

Академия влажности — Что такое влажность?

Влажность определяется как некоторая мера содержания водяного пара в воздухе (или другом газе).Термин «влажность» является общим термином для количественной оценки количества водяного пара в газе.

Термин «влажность» часто взаимозаменяем с «относительной влажностью», но между этими двумя терминами есть существенная разница в контексте точного измерения.

В этой главе объясняется, почему разница между этими двумя терминами имеет значение для людей, занимающихся измерением водяного пара в чувствительных средах, и рассматриваются термины и определения, используемые для количественного определения количества водяного пара в газе.

Водяной пар играет решающую роль в поддержании качества и эффективности продуктов, которые улучшают нашу повседневную жизнь — продукты, которым доверяют потребители, производятся в соответствии со спецификациями. Производителям в различных отраслях промышленности важно понимать, как работают точные измерения влажности и какую роль играет ваш измерительный прибор.

Важность точности

Влажность измеряется с помощью гигрометра, инструмента, который использует различные материалы и измерения для измерения уровня водяного пара в комнате или пространстве.Хотя ни одно научное измерение не является абсолютно верным, получение максимально точных измерений влажности имеет решающее значение во всех отраслях. Поскольку водяной пар выше определенного уровня может привести к конденсации и, в конечном итоге, к коррозии или плесени, высокоточные измерения влажности жизненно важны для предотвращения деградации всего, от деревянных строительных материалов, пищевых продуктов, фармацевтических препаратов, топлива, бумаги, электронных компонентов и многих других материалов. Измерения влажности помогают поддерживать оптимальные условия окружающей среды для продуктов и предотвращают дорогостоящее повреждение ценных товаров.

Техническая информация

В этом разделе мы раскроем основные законы физики, управляющие относительной влажностью. В интервале температур от -50 до 150°С и давлениях не выше 1000 кПа водяной пар практически ведет себя как идеальный газ. Мы будем использовать примеры, чтобы проиллюстрировать влияние температуры и давления на относительную влажность и как преобразовать относительную влажность в точку росы и температуру. абсолютная влажность.

Сначала давайте познакомимся с основами и рассмотрим общие свойства водяного пара во влажном газе.

Свойства водяного пара во влажном газе

Испарение

Когда молекула воды покидает поверхность и принимает форму газа, она испаряется. Путем поглощения или выделения кинетической энергии молекула воды переходит из жидкого состояния в парообразное. Жидкая вода, которая становится водяным паром, забирает с собой часть тепла в процессе, называемом испарительным охлаждением.

Определение:

Испарительное охлаждение – это снижение температуры воздуха в результате испарения жидкости, которое отводит тепло от поверхности, с которой происходит испарение.Энергия, удаляемая при испарительном охлаждении, известна как «скрытая теплота».

Испарительное охлаждение ограничено атмосферными условиями. Процесс испарения потребляет больше тепла, когда воздух очень горячий и сухой, что делает эффект охлаждения более выраженным по сравнению с испарительным охлаждением в горячем и влажном воздухе.

Конденсат

Превращение водяного пара в жидкость называется конденсацией. Водяной пар будет конденсироваться на поверхности только тогда, когда поверхность холоднее, чем температура точки росы, или когда равновесие водяного пара в воздухе превышено.Когда водяной пар конденсируется на поверхности, происходит чистое нагревание. Молекула воды выделяет тепло, а в свою очередь температура атмосферы немного повышается.

«Болотный охладитель» кондиционирует воздух в жаркую погоду за счет испарения воды. Они хорошо работают в сухом климате, таком как Денвер или Феникс, но не будут работать в Хьюстоне или Бостоне, где воздух более влажный.

Химические реакции.

В результате многих химических реакций образуется вода.Если реакции протекают при температурах выше точки росы окружающего воздуха, вода будет образовываться в виде пара и увеличивать количество водяного пара в газе. Если они будут происходить при температуре ниже точки росы, произойдет конденсация, и из газа выйдет водяной пар.

Другие химические реакции происходят в присутствии водяного пара, что приводит к образованию новых химических веществ, таких как ржавчина на железе или стали.

Узнайте больше о влажности из следующего видео: «Объяснение измерения относительной влажности»

См. соответствующие сообщения в блогах:
Humidity Academy, теория 2 – относительная влажность, давление и температура
Humidity Academy, теория 3 – влажность и давление пара
Humidity Academy, теория 4 – определения влажности: концентрация пара Давление на % относительной влажности


Прибор, используемый для измерения влажности: классические и современные гигрометры

Прибор, используемый для измерения влажности, обычно работает на основе измерений некоторых других параметров, включая температуру, давление, массу и механическое или электрическое изменение материала по мере впитывания влаги.

Гигрометры — это приборы, которые измеряют количество водяного пара в воздухе, в почве или в закрытых помещениях. Эти измеренные величины можно применять для расчета влажности на основе калибровки и расчетов. Современные электронные устройства измеряют влажность путем измерения точки росы (температуры конденсации) или изменения электрической емкости или сопротивления. Данный объем воздуха может содержать очень разное количество водяного пара (насыщенность) в зависимости от температуры; холодный воздух содержит меньше воды на единицу объема, чем нагретый воздух.На влажность может влиять температура.

Влажность 

Количество водяного пара (жидкая вода, превратившаяся в невидимый газ) в воздухе называется влажностью.

Абсолютная влажность 

Абсолютная влажность показывает, сколько водяного пара содержится в данном объеме воздуха.

Относительная влажность

Измерение относительной влажности — это отношение количества влаги в воздухе к максимальному количеству, которое воздух может удерживать, которое зависит от температуры. Например, более горячий воздух может содержать больше влаги.

Когда температура такая же, но влажность выше, мы чувствуем себя теплее, а когда влажность ниже, мы чувствуем себя прохладнее. Это происходит потому, что наши тела пытаются охладиться через пот, а когда воздух содержит больше влаги, наши тела не могут легко испарять влагу.

Важно знать относительную влажность в помещении, так как она влияет на комфорт и здоровье, а также на состояние домашнего имущества.Несмотря на то, что в комнате может быть комфортная температура, люди склонны воспринимать ее как жаркую и душную, когда влажность в помещении слишком высока (выше 55%). Сухой воздух снижает комфорт, когда влажность падает ниже 25%.

Мониторинг уровня влажности обеспечивает нормальную работу увлажнителей, осушителей и кондиционеров. Кроме того, надлежащий контроль влажности может снизить потребление энергии и повысить производительность оборудования.

Он также может изменить ощущение определенной температуры в зависимости от влажности на улице. Когда влажность высокая, нашему телу труднее переносить жаркую погоду. Хотя контроль влажности на открытом воздухе невозможен, знание относительной влажности при любой заданной температуре может дать нам представление о том, насколько теплым будет воздух. Использование устройств контроля влажности на открытом воздухе также может уведомлять вас о дожде, снеге и ограниченной видимости.

При 100% относительной влажности воздух становится насыщенным, что означает, что он больше не может удерживать влагу. Небольшое охлаждение приведет к образованию росы, тумана или тумана в воздухе или осадкам из облаков.

Влияние изменения температуры на абсолютную и относительную влажность (Ссылка: tech.alpsalpine.com )
Гигрометры 

Гигрометр — это устройство, применяемое для измерения влажности. Гигрометры могут быть предназначены для использования в помещении или на открытом воздухе (или в обоих случаях). Здесь мы опишем типы этого устройства.

Аналоговый гигрометр 

Аналоговый гигрометр состоит из цилиндрической пружины, к которой прикреплен чувствительный к влаге материал. Легко читаемый круглый циферблат управляется пружиной.Прочный, устойчивый к атмосферным воздействиям аналоговый гигрометр часто входит в состав устройства, которое также оснащено термометром.

Аналоговые гигрометры обладают преимуществами недорогой и простой эксплуатации. Вместе с термометром они обеспечивают быструю и точную информацию о погоде или условиях в помещении. Существует множество различных комбинаций термометров и гигрометров, включая размеры, формы и отделку. Гигрометры часто поставляются с красивыми часами или классическими метеостанциями, которые отображают относительную влажность вместе с условиями окружающей среды.Этот тип гигрометра обычно имеет циферблат, помеченный, чтобы указать, что является подходящим, а что проблематичным с точки зрения уровня влажности.

Аналоговые гигрометры менее точны, чем цифровые. Их точность обычно находится в пределах 10%. Кроме того, может потребоваться до часа, чтобы появились точные показания, если происходят внезапные изменения влажности. Хотя некоторые аналоговые гигрометры калибруются индивидуально и, как правило, не требуют дополнительной настройки, важно внимательно следовать прилагаемым инструкциям, если вам необходимо откалибровать аналоговый гигрометр.

Аналоговый гигрометр (Ссылка: canadahumidor.com )
Цифровые гигрометры 

Влажность измеряется цифровыми гигрометрами, которые используют датчик для измерения электрического тока, на который влияет уровень влажности. Они обычно включаются в состав многофункциональных измерительных устройств, которые варьируются от простых датчиков температуры и влажности в помещении до многофункциональных приборов для установки внутри и вне помещений.

С помощью цифрового гигрометра вы можете отслеживать измерения высокой и низкой влажности, а также исторические данные. Они имеют более высокую степень точности, чем аналоговые гигрометры, обычно в пределах 5%. Цифровые устройства влажности не нуждаются в повторной калибровке; некоторые из них можно настроить вручную.

Базовый цифровой гигрометр отображает температуру и влажность на ЖК-дисплее, а также может отображать такую ​​информацию, как ежедневные максимумы и минимумы, а также оптимальные диапазоны комфорта. Для удобства их можно прикрепить к холодильнику с помощью магнитов, повесить на стену или поставить на ровную поверхность.

Цифровой гигрометр (Артикул: amazon.com )
Метеостанции с гигрометрами

Цифровые метеостанции позволяют измерять уровень влажности внутри и снаружи помещений, а также получать другую информацию об окружающей среде и погоде. Наружные датчики передают данные по беспроводной сети на внутреннюю ЖК-консоль для отображения, что позволяет измерять уровни влажности как внутри, так и снаружи. Цифровая метеостанция может предложить несколько полезных функций, таких как прогноз погоды, атомные часы и индикация фазы луны.

Принципы работы гигрометров 

В зависимости от типа используемого гигрометра его рабочая основа различается. Ниже мы обсудим принципы работы различных типов гигрометров.

Механические гигрометры 

Гигрометры, основанные на механических принципах, построены с использованием органических материалов (особенно более тонких материалов, таких как кожа голдбитера [бычья кишка] и человеческие волосы), которые сжимаются и расширяются в зависимости от влажности.Когда волосяной элемент в механическом гигрометре сжимается и расширяется, пружина перемещает иглу на циферблате.

Электрические гигрометры

Электрические гигрометры измеряют изменения электрического сопротивления, вызванные изменением относительной влажности в тонком слое хлорида лития или в полупроводнике. Другие типы гигрометров обнаруживают изменения веса, объема или прозрачности различных веществ, подвергающихся воздействию влаги.

Гигрометры точки росы 

Гигрометры точки росы обычно включают полированное металлическое зеркало, охлаждаемое при постоянном давлении и постоянном содержании пара до тех пор, пока на нем не начнет конденсироваться влага. Конденсация начинается, когда температура металла достигает точки росы.

Точка росы воды в этом приборе определялась добавлением к ней холодной воды до образования росы; температура точки росы обеспечивает прямую меру влажности. Одним из основных применений конденсационного гигрометра является измерение влажности верхних слоев атмосферы, которую невозможно измерить другими способами из-за слишком низкого давления пара.

Психрометр (термометр с влажным и сухим термометром)

В психрометре используются два калиброванных термометра, один из которых сухой, а другой смоченный дистиллированной водой на носке или фитиле.Термометры с влажным термометром будут иметь более низкую температуру, чем термометры с сухим термометром, при температурах выше точки замерзания воды, поскольку испарение воды снижает температуру.

Однако, чтобы показания влажного термометра были точными, его необходимо покрыть тонким слоем льда, когда температура воздуха ниже точки замерзания. Из-за тепла сублимации температура по влажному термометру в конечном итоге будет ниже, чем у сухого, после непрерывного использования психрометра в течение нескольких минут.

Относительную влажность (RH) можно определить, используя температуру окружающей среды, измеренную термометром с сухим термометром, и разность температур между термометрами с мокрым и сухим термометрами.Кроме того, можно рассчитать относительную влажность, найдя точку пересечения температур смоченного и сухого термометров на психрометрической диаграмме.

Когда воздух полностью насыщен, показания сухого и влажного термометров совпадают. Чем больше разница между температурами сухого и влажного термометров, тем суше воздух. Психрометры часто используются в метеорологии, а также в жилых и коммерческих системах кондиционирования воздуха для определения наилучшей заправки хладагентом.

Пращевой психрометр 

Пращевой психрометр, в котором используются термометры, прикрепленные к рукоятке, вручную вращается в свободном потоке воздуха до тех пор, пока обе температуры не стабилизируются. Хотя это устройство иногда применяется, электронные датчики предпочтительнее для использования в полевых измерениях.

Структура пращевого психрометра (Ссылка: sciencedirect.com )
Современные гигрометры 

В настоящее время гигрометры используются для различных целей с разным уровнем точности.

Емкостной гигрометр 

Если важны пространство, стоимость или хрупкость, можно использовать другие типы электронных датчиков, хотя они имеют меньшую точность.

Емкостной гигрометр измеряет влияние влажности на диэлектрическую проницаемость полимера или оксида металла. Эти датчики имеют точность ±2% относительной влажности для диапазонов влажности 5-95%. Без калибровки точность снижается до трех раз. Емкостный датчик может выдерживать конденсацию и внезапные высокие температуры. Хотя емкостные датчики имеют такие проблемы, как загрязнение, дрейф и старение, их можно использовать во многих различных приложениях.

Резистивный гигрометр 

В резистивных гигрометрах измеряется изменение электрического сопротивления материала под воздействием влажности.Типичными материалами являются соли и полимеры с проводящими свойствами. В датчиках сопротивления свойства материала изменяются меньше, чем в емкостных датчиках, поэтому их схема сложнее, и они менее чувствительны, чем емкостные датчики.

С практической точки зрения необходимо комбинировать датчик влажности с датчиком температуры, поскольку свойства материала могут зависеть как от влажности, так и от температуры. Точность и устойчивость к конденсации зависят от выбранного резистивного материала.Сегодня существует надежный датчик с точностью измерения влажности до 3%.

Термогигрометр 

Тепловые гигрометры измеряют изменение теплопроводности воздуха, вызванное влажностью. Вместо измерения относительной влажности эти датчики измеряют абсолютную влажность.

Гравиметрический гигрометр

Образец воздуха взвешивается с равным объемом сухого воздуха с помощью гравиметрического гигрометра. Считается наиболее точным методом определения влажности воздуха.В общем, это устройство используется только для калибровки менее точных инструментов, таких как эталоны переноса, потому что им неудобно пользоваться.

Оптический гигрометр 

Оптический гигрометр измеряет количество воды в воздухе путем измерения поглощения света. Светоизлучающие устройства и светоприемники располагаются с воздушным зазором между ними. Согласно закону Бера-Ламберта ослабление света, регистрируемое датчиком, указывает на влажность.

Измерение влажности – обзор

1.4.3.3 Другие ударные кратеры

Модели диффузии водяного пара (раздел 1.3.3) предполагают, что в настоящее время лед не должен присутствовать в ближайших нескольких метрах поверхности на экваториальных широтах примерно 40–50° из-за сублимации. неравновесного льда. Ледяной стол поднимается примерно на 1 м в глубину в средних широтах и ​​мелеет всего на несколько сантиметров в полярных широтах. Бирн и соавт. (2009) сообщили об обнаружении пяти свежих ударов (возрастом менее 10 лет) в узкой полосе средних широт (43–56 ° с. присутствует наблюдаемый столб водяного пара.Моделирование (Mellon et al., 2004) предполагает, что такие отложения могут находиться в равновесии при концентрации воды в атмосферном столбе около 20 проммкм, что примерно вдвое превышает современное значение.

Предлагается один из двух вариантов. Во-первых, если водяной пар не перемешан в атмосферном столбе однородно, а имеет большее содержание у поверхности, то такие ледяные отложения могли бы в настоящее время находиться в равновесии с этой «утяжеленной дном» атмосферой. Такой аргумент согласуется с измерениями влажности, сделанными посадочным модулем Phoenix Lander (Whiteway et al., 2009; Zent et al., 2010) и некоторые атмосферные профили прибора CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars) (Smith et al., 2009b), которые предполагают хорошо перемешанный паровой профиль только через планетарный пограничный слой. Однако она контрастирует с моделью подавленной приповерхностной влажности Чемберлена и Бойнтона (2007), хотя масштабы, в которых действуют эти два процесса, несколько различаются. Во-вторых, эти отложения могли образоваться в прошлом, в период более высокого наклона, когда атмосфера была более влажной.Эти отложения, погребенные под сухим сублимационным лагом, являются остатками этого более раннего периода и все еще активно отступают к современному равновесию. Другими словами, остаточная пыль действует как замедляющее воздействие, увеличивая продолжительность времени до достижения равновесия.

Дандас и др. (2014) выявили 15 дополнительных свежих кратеров, обнажающих лед, в обоих полушариях между 39° и 74° широты (все, кроме двух, находились в северном полушарии). Они составляют лишь часть всех идентифицированных свежих кратеров, большинство из которых не обнажает лед — свежие кратеры к экватору от 39° всегда свободны ото льда.Обнаженный лед в кратерах под углом 39 ° к полюсу выглядит очень чистым, с небольшой долей примеси реголитового материала (~ 1%). Его яркая природа сохраняется в некоторых случаях месяцами или годами, за это время несколько миллиметров обнаженного льда должны были сублимироваться. Это кажется несовместимым с тем, что лед представляет собой диффузно внедренный пористый лед. Обнаженный пористый лед на месте посадки в Фениксе отступил всего через несколько дней и первоначально казался темнее, чем окружающая сухая местность (Смит и др., 2009a).Если бы этот лед, подвергшийся ударам, в основном был пористым льдом, разумно было бы ожидать аналогичного поведения с потемнением с течением времени, поскольку остается только остаточный сухой материал.

Хотя данные указывают на то, что этот лед образовался в более раннюю эпоху (100 тыс. лет – 1 млн назад), нельзя полностью исключить более современное происхождение или происхождение из-за пористого льда. Во-первых, лед не кажется равномерно распределенным под поверхностью в этих более низких широтах, о чем свидетельствует наличие некоторых кратеров без обнаженного льда. Эта неоднородность в локальных масштабах может указывать на образование ледяных линз в неоднородном реголите, хотя глубина обнажения льда в этих кратерах значительно больше, чем предполагают модели образования ледяных линз (Sizemore et al., 2015).

Во-вторых, во многих случаях на близлежащей местности наблюдаются большие валуны с неопределенным происхождением. Если бы эти ледяные отложения были молоды (возраст <1 млн лет), то, по-видимому, после сублимационного захоронения не было бы достаточно времени для последующего садирования вышележащего реголита и извлечения этих валунов на поверхность.Однако, если ледяные отложения образовались в результате диффузионного внедрения, нет ограничений на возраст поверхности поверх погребенного льда — возраст поверхности может составлять десятки или сотни миллионов лет, а промежуточный пористый лед все еще может образовываться как недавно, как последний экскурс с большим наклоном несколько сотен тысяч лет назад. Источник этого льда остается открытым вопросом.

Регистратор данных для одного айнзатца, Digitale Sensoren — Ahlborn Mess

Регистратор данных для jeden Einsatz, Digitale Sensoren — Ahlborn Mess- und Regelungstechnik GmbH

Diese Seite Wird Nur mit JavaScript correkt dargestellt.Немного скачайте JavaScript в своем браузере!

АЛМЕМО® Datenlogger, Messgeräte и датчики für jeden Einsatz, универсальный, модульный, vernetzbar

DAkkS Kalibrierdienst für Temperatur, Strömung, Feuchte und Elektrische Größen вайтер Einzigartiger Funk Datenlogger для мониторинга климата и индивидуального Messaufgaben вайтер АЛМЕМО® 710 регистратор данных с сенсорным экраном для цифровых и аналоговых датчиков вайтер АЛМЕМО® 500 автотаркер Datenlogger mit Веб-сервис и Bedienung über Tablet, для всех датчиков вайтер Wir bieten die Lösung zur Digitalisierung Ihrer Sensoren! Контакты Sie uns. .. вайтер

Wir freuen uns über Ihr Interesse und laden Sie ein, unser Familienunternehmen kennen zu lernen. Nutzen Sie unseren Support und unser Wissen. Entdecken Sie die Welt der AHLBORN Datenlogger, Messgeräte und Sensoren.

Датенлоггер ALMEMO®

ALMEMO ^® bedeutet, ein einziger Datenlogger oder Messgerät für die Messung fast aller physikalischer, elektrischer oder chemischer Größen, nur der Sensor muss getauscht werden.Dieser wird über einen vorkonfigurierten, Intelligenten Stecker angeschlossen. Jedes ALMEMO ^® Messgerät zeigt autotisch den Messbereich und den Messwert. Nach dem Wechseln der Sensoren ist am Datenlogger keine Einstellung notwendig. Jeder weitere Sensor wird Automaticisch erkannt und der Messwert sofort im Display angezigt. Die ALMEMO® Steckertechnologie ermöglicht eine autarke Messdatenerfassung mit individuellem Messaufbau. Die Messgeräte wurden für ein sehr weites Einsatzgebiet entwickelt und eignen sich besonders für Aufgaben in Forschung und Entwicklung.Neben den messtechnischen Standardaufgaben können auch komplexe Sonderlösungen realisiert werden.

Цифровой датчик

Die ALMEMO ^® D7 Technologie erlaubt die Digitalisierung von Sensorsignalen. Der Vorteil: Digitale Sensoren können im Bedarfsfall ohne Verlust der Kalibrierdaten getauscht werden, da die Kalibierung eines digitalen Sensors ohne Messgerät erfolgt.Individuelle Sensorparameter werden zusätzlich im Stecker gespeichert. Auch frei wählbare Kommentare können hinterlegt werden. In den Displays der Anzeigegeräte sind erweiterte Darstellungsbereiche möglich. Mit 10 Messgrößen per D7 Anschlussstecker werden einfache Datenlogger zu Multifunktionsmessgeräten, auch mit Sensoren anderer Hersteller. Nutzen Sie die Vorteile und digitalisieren Sie Ihre Sensoren!

Messsoftware WinControl

Geräte zur Messdatenerfassung müssen auf unterschiedliche Weise mit ihrer Umgebung in Verbindung treten können.Устанавливается для всех ALMEMO ^® Datanlogger und Messgeräte eine komplexe Messsoftware for Monitoring, Auswertung und Systemintegration zur Verfügung. Больше программного обеспечения WinControl


DAkkS — Калибровочная лаборатория D-K-19342-01-00

Für умирают Messgrößen относительно Luftfeuchtigkeit, Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit унд für электрический Größen Синд Wir DAkkS akkreditiertes Kalibrierlabor нах дер Норма DIN EN ISO / IEC 17025: 2018 Darüber Hinaus Синд Wir bemüht unseren Kunden Ein möglichst lückenloses Kalibrierspektrum für Alle фон дер ALMEMO ^® Messtechnik erfassbaren Messgrößen anzubieten. mehr zu Kalibrieungen

Продукт

Шлиссен

Приватсфереинстеллунген

Diese Website nutzt Cookies, um Ihnen die bestmögliche Funktionalität bieten zu können.Мехр эрфарен

Физика сохранения: датчики относительной влажности

Физика сохранения: датчики относительной влажности

Традиционный волос , лошадиный или человеческий, до сих пор используется в высококачественных промышленных датчиках относительной влажности. Движение волос преобразуется в электрический сигнал с помощью тензодатчика (описанного в другом месте этой бессвязной книги). Подобные датчики сделаны из полоски бутирата целлюлозы, водопоглощающего полимера, который также растягивается и сжимается в зависимости от относительной влажности.
Тип датчика, который доминирует на рынке переносных регистраторов данных и портативных приборов, — это емкостный датчик.

Емкостной датчик относительной влажности состоит из тонкого слоя водопоглощающего полимерного или неорганического материала, нанесенного на проводящую основу. Затем этот слой покрывают пористым проводящим слоем. По мере увеличения относительной влажности содержание воды в полимере увеличивается. Вода имеет высокую диэлектрическую проницаемость.Это означает, что комбинация двух электродов с водой между ними может накапливать больше электрического заряда. Эта электрическая емкость измеряется путем приложения быстро изменяющегося (переменного) напряжения к пластинам и измерения проходящего тока. Обратите внимание, что полимер или неорганический материал (часто оксид алюминия) играет лишь косвенную роль в измерении: измеряется содержание молекул воды.
Устройство обычно имеет толщину 7 x 4 x 0,5 мм.

Принцип достаточно прост, но существует долгая история разработки практических датчиков, устойчивых к загрязнениям воздуха или погружению в жидкую воду. Я не рекомендую делать его из первых принципов, но читайте дальше, если вы любитель делать все своими руками.

Емкостные датчики имеют серьезное ограничение: изменение емкости мало по сравнению с емкостью даже нескольких метров кабеля. Это означает, что электронная обработка должна выполняться рядом с датчиком. Если к одному регистратору подключено несколько датчиков относительной влажности, для каждого потребуется свой блок питания (дополнительные провода в кабеле) и относительно громоздкая электроника.Это раздражающие дополнительные расходы, потому что в некоторые регистраторы данных встроена вся необходимая вычислительная мощность.

Резистивный датчик относительной влажности представляет собой тонкую пластину из водопоглощающего полимера, на которую нанесены два взаимосвязанных гребня из проводящего металла или углерода.

Изображенное устройство производства General Eastern. Его длина составляет около 10 мм. Его можно купить отдельно, без обрабатывающей электроники.

Измеряемая величина теперь представляет собой простое электрическое сопротивление через или через поверхность полимера, которое изменяется в зависимости от содержания воды.Этот датчик, как ни странно, также нуждается в переменном напряжении возбуждения, но не для измерения, а для того, чтобы избежать его разрушения, вызывая одностороннее движение электролитических ионов в полимере. Регистратор данных Кэмпбелла, упомянутый ранее, выдает короткий импульс напряжения, затем делает паузу перед отправкой отрицательного импульса той же величины. Постоянный ток в каждом эпизоде ​​измеряется и используется для расчета относительной влажности.

Я упоминаю эту сложную деталь, потому что многие регистраторы данных не могут обеспечить такое возбуждение.


Резистивный датчик вышел из моды, хотя до сих пор используется в регистраторе данных «Trend Reader». Однако принцип измерения сопротивления водопоглощающего полимера хорошо подходит для самостоятельного изготовления, и такие устройства использовались в высококачественных исследованиях, в основном в исследованиях строительства, где быстродействие не имеет значения.

Первым из этих медленных и простых устройств, насколько мне известно, была спичка (депарафинированная), покрытая с двух сторон серебряной краской, известная как датчик Даффа.

Две проволоки, показанные на схеме, вклеены в пазы в древесине. Открытая половина проволоки затем спиливается. Затем на две поверхности со встроенными проводами наносится серебряная или углеродная краска. В этой модели «рафинированной спички» торцевые волокна древесины обнажаются на длинных непокрытых сторонах, чтобы обеспечить более быстрый отклик.

Тот же самый принцип измерения сопротивления относительно тонкого слоя древесины был применен еще проще, путем забивания двух гвоздей из нержавеющей стали на расстоянии около 3 мм друг от друга в деревянный брусок в форме пробки.Проблема здесь в том, чтобы ногти оставались параллельными. Предварительно просверленное отверстие помогает. Этим устройствам требуется несколько часов, чтобы достичь равновесия.

Недостатком этих дешевых и простых датчиков является то, что они требуют соответственно сложных регистраторов данных, способных обеспечивать импульсное возбуждение.

Они находят свое применение в таких местах, как музейные магазины, которые часто настолько стабильны, что нет необходимости в быстро реагирующих датчиках. В архивах объекты часто упаковываются, так что короткие циклы в RH будут «буферизоваться».Скользящее среднее за час или два, даваемое небольшим куском дерева, вполне адекватно.

Часто реальной потребностью в магазинах является дистанционное обнаружение катастрофы. Одно и то же измерение сопротивления можно использовать в качестве детектора затопления. Оголенные провода, ведущие к датчику относительной влажности, натянуты почти параллельно над полом на метр или два. Паводковая вода обычно является хорошим электрическим проводником по неприятным причинам. Более элегантный детектор воды будет описан позже в связи с метеостанцией.

Датчики относительной влажности деликатны. Они легко загрязняются водорастворимыми солями, которые почти универсальны в стенах. Датчик можно защитить, запечатав его в оболочку из Goretex или тонкой (менее 0,5 мм) силиконовой мембраны. Эти материалы останавливают ионы, позволяя молекулам воды воздействовать на датчик. Конверт не должен касаться поверхности датчика. Провода трудно герметизировать. Если есть два отдельных провода, их следует развести друг от друга, чтобы уменьшить вероятность образования отверстия, до которого герметик (силикон) не дотянется.Эти полупроницаемые мембраны увеличат время отклика тонкопленочных датчиков примерно с минуты до примерно двадцати минут.

Калибровка датчиков относительной влажности

Датчики относительной влажности общеизвестно ненадежны. Их НЕОБХОДИМО калибровать при установке и примерно каждые шесть месяцев после этого. Калибровка включает проверку точности по крайней мере при двух значениях относительной влажности. Обычный метод заключается в использовании насыщенных солевых растворов.

Световые и ультрафиолетовые датчики

 


Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.