Физические принципы приборов измерения точки росы

  1. Точка росы под давлением [°Cтрд]
  2. Атмосферная точка росы [°CtdA]
  3. Психрометрическая диаграмма (диаграмма Молье) для систем под давлением
  4. Вычисление точки росы [°Cтр]
  5. Пропорциональный объем [ppmоб.]
  6. Абсолютная влажность [г/м3]
  7. Зависимость параметров влажности от давления
  8. Реакция параметров влажности на изменение давления и/или температуры
  9. Зависимость переменных влажности от температуры и давления

 


 

1. Точка росы под давлением [°Cтрд]

Точка росы под давлением [°Cтрд] - это температура, до которой сжатый воздух может быть охлажден без образования конденсата. Точка росы зависит от давления процесса. Когда давление падает, точка росы также снижается.

Говоря о системах под давлением, мы имеем в виду точку росы под давлением, но не атмосферную точку росы. Описание различий между этими двумя физическими параметрами приводится ниже.

Вверх ↑

2. Атмосферная точка росы [°CtdA]

Атмосферная точка росы [°CтрА] – температура, до которой атмосферный воздух (воздух под давлением приблиз. 1 бар абс.) может быть охлажден без образования конденсата.

2.1 Разница между точкой росы под давлением и атмосферной точкой росы

Точка росы под давлением или атмосферная точка росы? Атмосферный воздух способен удерживать больше паров воды нежели сжатый воздух. По мере охлаждения сжатый воздух достигает точки росы при более высоком значении температуры (“точка росы” в °Cтр или °Fтр), в то время как атмосферный воздух может быть подвержен дальнейшему охлаждению до момента образования конденсата (атмосферная точка росы, в °Cтр или °Fтр).

Для мониторинга систем сжатого воздуха важным является значение точки росы под давлением, поскольку она является индикатором удаленности от “опасного порога“ (= точки росы). Тем не менее, некоторым пользователям требуются данные с указанием непосредственно атмосферной точки росы – testo 6740 предоставляет возможность выбора выходного параметра, т.е. пользователь может выбрать точку росы под давлением или же атмосферную точку росы (для последней через меню управления вводится значение давления процесса).

Рассмотрим куб с 1 м3 воздуха при температуре 20 °C и 20 % относительной влажности. Эти условия соответствуют содержанию в нем 3 граммов водяного пара, при том воздух может содержать максимум 15 г/м3 при 20 °C (насыщение влажностью в зависимости от температуры).

В случае А (атмосферная точка росы):

Давление остается постоянным (1 бар), куб охлаждается до температуры точки росы. 3 г водяного пара также может содержаться в 1 м3T, как и при первоначальной температуре, с охлаждением же снижается способность воздуха содержать влагу. При. -3.2 °C, только 3 г водяного пара может быть в воздухе.

Куб воздуха достигает точки росы и начинает выделять конденсат. Эта точка росы носит название атмосферной (-3.2 °Cтр), поскольку процесс происходит при атмосферном давлении.

В случае В: (точка росы под давлением):

Давление поднимается до 3 бар, вызывая уменьшение объема куба до 1/3 от его изначального размера. Даже после сжатия воздушный куб сохраняет массу водяного пара в 3 г (влага не была добавлена или извлечена), при этом значение абсолютной влажности теперь: 3 г/(1/3м3) = 9 г/м3.

Поскольку температура до сих пор 20 °C и насыщение (максимально возможное содержание влаги) зависит только от температуры, 15 г/м3 водяного пара могут находиться в воздушном кубе. Таким образом, относительная влажность 9/15 = 60%ОВ, т.е. изменение давления с 1 бара на 3 привело к повышению относительной влажности в 3 раза.

Если охладить сжатый куб воздуха, то он достигнет точки росы уже при 12 °Ctd, при которых воздух достигает своего насыщения (9 г/м3 = макс. возможное содержание влаги).

Это явно указывает на то, что повышение давления поднимает температуру точки росы. Таким образом, при постоянной температуре процесса удаленность от критического значения (температурная дистанция до точки росы) становится меньше!

 

2.2 Преобразование точки росы под давлением в атмосферную точку росы

 

2.3 Точка росы и относительная влажность

Точка росы сжатого воздуха – это температура, при которой вода конденсируется из сжатого воздуха. Она зависит от относительной влажности и температуры процесса (см. диаграмму ниже). Чем ниже относительная влажность, тем меньше точка росы (при постоянном давлении и температуре процесса).

Как показывает диаграмма, переменная влажности “точка росы” обеспечивает в значительной степени большую разрешающую способность, чем относительная влажность в диапазоне низкой влажности (<2%ОВ, и в частности <1%ОВ). Поскольку диапазон остаточной влажности -60 ... -20 °Cтр включает в себя приблизительно половину шкалы сжатого воздуха (-60 ... +30 °Cтр), то 0 ... 5 %ОВ соответствует только двадцатой части шкалы относительной влажности (0 ... 100 %ОВ).

 

2.4 Относительная влажность и атмосферная точка росы

Как видно из диаграммы ниже, при постоянной температуре процесса (25 °C) относительная влажность возрастает при увеличении давления и постоянном значении атмосферной точки росы.

Увеличение давления не влияет на атмосферную точку росы! Изменяется только точка росы под давлением.

Пример: воздух с атмосферной точкой росы 0 °Cтр сжимается с 1 до 2 бар. Это удваивает относительную влажность с 20 %ОВ (а) до 40 %ОВ (b).

Соотношение атмосферной точки росы и относительной влажности при температуре процесса 25 °C

 

2.5 Абсолютная влажность и атмосферная точка росы

На диаграмме ниже видно, что при постоянной температуре процесса (25 °C), абсолютная влажность возрастает при увеличении давления при постоянной атмосферной точке росы, до тех пор, пока не конденсируется вода при 23050 мг/м3 (25 °C), что соответствует 100% относительной влажности.

Увеличение давления не влияет на атмосферную точку росы. Изменяется только точка росы под давлением.

Пример: воздух с атмосферной точкой росы 0 °Cтр сжимается с 1 до 3 бар. Это утраивает значение абсолютной влажности с 4440 мг/м3 (1) до 13320 мг/м3 (2).

Соотношение атмосферной точки росы и абсолютной влажности при температуре процесса 25 °C

 

Вверх ↑

3. Психрометрическая диаграмма (диаграмма Молье) для систем под давлением

Традиционные психрометрические диаграммы верны только при одном уровне давления, обычно при атмосферном давлении (применение в области технологий кондиционирования воздуха, см. “Стационарные технологии для измерения влажности, дифференциального давления и температуры”).

Психрометрическая диаграмма ниже показывает соотношение разных переменных влажности (точка росы [°Cтр],относительная влажность [%ОВ] и степень влажности [г/кг] также, как и температура [°C] ) в том числе при неатмосферном давлении.

 

Вверх ↑

4. Вычисление точки росы [°Cтр]

Разница в подсчете точки росы/точки образования инея

Если температура точки росы выше 0 °Cтр, задается температура точки росы; в случае же, если она ниже 0 °Cтр, задается температура точки образования инея.

Для температур точки росы, значения, полученные с помощью testo 6740 и зеркала точки росы, совпадают при соблюдении погрешности измерений.

В редких случаях различия между testo 6740 и зеркалом точки росы могут иметь место в температурах точки образования инея между -35 °C и 0 °C. Это происходит, когда (при температурах <0 °C) вместо льда на поверхности зеркала точки росы образуется сильно охлажденная вода. Зеркало точки росы измеряет температуру точки образования инея (соответственно коэффициентам 2, приведенным выше), в то время как testo 6740 использует коэффициенты 1. При сравнении измерений необходимо выполнять преобразование в соответствии с приведенной выше формулой.

Вверх ↑

5. Пропорциональный объем [ppmоб.]

Единица “частиц на миллион по объему” (ppm) описывает отношение парциального давления водяного пара к общему давлению сухого газа (без парциального давления водяного пара):

Согласно закону Дальтона (закон о парциальных давлениях), сумма всех парциальных давлений Pi равна общему давлению смеси газов Pобщ.

Влажный воздух состоит из сухого воздуха и водяного пара. В результате:

Поскольку testo 6740 измеряет (зависимую от давления) точку росы, для получения выходного ppm-значения (независимого от давления) в меню proG вводится абсолютное давление в качестве компенсации; микропроцессор вычисляет значение ppmоб на основе этих данных.

Пример:

В случае, если задано давление в 6 бар при 10 °Ctd, прибор показывает значение 12.446 ppmоб 1, для отображения корректного значения 2053 ppmоб 2 необходимо ввести значение абсолютного давления (6 бар) через меню ProG.

Вверх ↑

6. Абсолютная влажность [г/м3]

Абсолютная влажность [г/м3] указывает на фактическое количество граммов воды в одном кубическом метре сухого воздуха или сухого газа.

Поскольку при измерениях в диапазоне остаточной влажности мы имеем дело с очень небольшими значениями абсолютной влажности, testo 6740 показывает абсолютную влажность в мг/м3.

Вверх ↑

7. Зависимость параметров влажности от давления

Сенсор влажности testo измеряет относительную влажность %ОВ напрямую (без необходимости в “знании”/введении значения давления). Поскольку этот параметр зависит от давления, все зависящие от давления параметры (°Cтр, г/м3,%ОВ) также подсчитываются без ввода данных о давлении. Для параметров влажности, не зависящих от давления (ppm, °Ctd = температура атмосферной точки росы), тем не менее, необходимо выполнять корректировку давления путем ввода абсолютного давления (через меню управления/градуировочный адаптер) (см. изображение).

Вверх ↑

8. Реакция параметров влажности на изменение давления и/или температуры

В таблице ниже приведены сведения о реакции параметров влажности при изменении давления и/или температуры. Атмосферная точка росы и влагосодержание не зависят от давления и температуры.

Вверх ↑

9. Зависимость переменных влажности от температуры и давления