Сайт по созданию и продаже "Умных Теплиц" и сопутствующих товаров.

Мокрый датчик температуры. Тест 2. Влажность 75%.

При тестировании датчиков на 100% влажность было все более менее понятно. Но как быть с промежуточными значениями, к примеру 60% или 80%.

Я ориентируюсь на гигрометр психрометрический, как на эталонный. Данные с  электронных датчиков совпадают с эталонным, при условии, что тестируемые цифровые датчики температуры расположены рядом и на одной высоте с гигрометром психрометрическим.

Но при расчётах фигурирует еще и «Значения психрометрического коэффициента»:
0,0013 — вентиляция в помещении закрыта, отсутствие сильного ветра снаружи;
0,0011 — вентиляция в помещении открыта, обычные условия движения воздуха;
0,0009 — едва заметное движение воздуха в помещении, кажущееся отсутствие ветра снаружи — используется этот коэффициент в расчётах;
0,00079 — снаружи отмечается небольшое движение воздуха;
0,0007 — снаружи отмечается умеренное движение воздуха;
0,00067 — снаружи отмечается большая подвижность воздуха

Влияние этих коэффициентов меняет показания влажности с 80,7% для 0,0013 до 85,7% для 0,00067. Для разных температур цифры будут разные, но грубо — разбег составляет около 5% и только из за коэффициента.

И тут заметил, что при работах с инкубаторами — тестирование резистивных датчиков влажности происходит по насыщенному раствору поваренной соли. Порывшись в интернете, выяснил, что да, такой способ поверки имеет место. Решил, а почему бы не протестировать определение влажности «мокрым способом» через раствор поваренной соли?


Вкратце — немного теории.

Как получить калиброванную относительную влажность без генератора. Всем водным растворам, а также самой воде свойственно определенное давление насыщенного пара. Давление насыщенного пара того или иного раствора зависит от того, какое вещество в нем растворено и в каком количестве. Насыщенные растворы различных солей обладают различным давлением насыщенного пара, то есть в закрытом контейнере относительная влажность над поверхностью этих растворов для каждой отдельной соли при определенной температуре будет постоянной.

Источник — ГОСТ 29244-91(ИСО 483-88). Указанные в стандарте значения относительной влажности являются средними значениями, выражаемыми в процентах, с допускаемым отклонением ±2%.

Таблица 1. Относительная влажность воздуха над насыщенными водными растворами солей при температурах от 5 до 60°С. Насыщенные водные растворы солей, содержащие избыток соли для поддержания насыщенности раствора.

Насыщенным называют такой раствор, в котором при данной температуре вещество больше не растворяется. И сколько бы ни перемешивали раствор с остатком нерастворившейся соли, больше соли не растворится — раствор будет насыщен этой солью при данной температуре.

Относительная влажность воздуха над насыщенными водными растворами солей при температурах от 5 до 60°С. Насыщенные водные растворы солей, содержащие избыток соли для поддержания насыщенности раствора.

Насыщенные водные растворы солей Относительная влажность, %, при температуре, °С
5 10 15 20 25 30 35 40 50 60
Гидроксид калия (KОН) 14 13 10 9 8 7 6 6 6
Хлорид лития (LiCI*Н2О) 12 12 12 12 12 11 11 11 11 11
Ацетат калия (СН3СООK) 25 24 24 23 22 22 21 20
Хлорид магния (MgCl2*6H2O) 34 34 34 33 33 33 32 32 31 30
Карбонат калия (K2СО3*2H2О) 46 45 44 44 43 42 41 40 38 36
Нитрат магния [Mg(NO3)2*6H2O] 58 57 56 54 53 51 50 48 46 43
Бихромат натрия (Nа2Сr2O7*2Н2O) 59 58 56 55 54 52 51 50 47
Нитрат аммония (NH4NO3) 73 69 65 62 59 55 53 47 42
Нитрит натрия (NaNO2) 66 64 63 62 61 60 58
Хлорид натрия (NaCI) 75 75 75 75 75 75 75 75 75 75
Сульфат аммония [(NH4)2SO4] 82 82 81 81 80 80 80 79 79
Хлорид калия (KСl) 88 87 86 86 85 84 84 83 81 80
Нитрат калия (КNО3) 97 96 95 94 93 91 89 88 85 82
Сульфат калия (K2SO4) 98 98 97 97 97 96 96 96 96 96

Примечания:
1. Раствор гидроксида калия вызывает раздражение, поэтому нельзя допускать попадания его на кожу.
2. Хлорид лития, ацетат калия, хлорид магния, карбонат калия, нитрат магния, нитрит натрия, хлорид натрия, сульфат аммония, нитрат калия рекомендуются для определения диапазонов влажности, так как изменение влажности в зависимости от изменения температуры очень мало в диапазоне от 20 до 30 °С.
3. Соли аммония могут вызвать коррозию медных деталей.
4. Добавление от 1 до 2% тетрабората натрия уменьшает обесцвечивание растворов нитрита натрия. При этом относительная влажность уменьшается на 1% при 20 °С.


Результаты тестов по попытке достигнуть влажности в 75%.

С самого начала эксперимента были сомнения. Ведь в определении влажности по пищевой соли имелись четкие ограничения:
1) система должна быть закрытой/герметичной
2) система должна быть полностью автономной/замкнутой
3) система должна выстоятся во времени.

Был смонтирован стенд. Запустилось тестирование. Что бы не делалось, влажность доходила до 85,5 % причем очень быстро — минут за 30. А вот дальше очень медленно (еще примерно час) вырастала до 87%. Что бы не делалось, всегда происходило примерно одно и то же. Не помогала ни концентрация соли (хотя и не должна была что то поменять), ни другие ухищрения (разве что на скорость устаканивания влажности).

Явно что тест проваливался и явно, что в эксперименте не выполнялся пункт №2 «система должна быть полностью автономной/замкнутой». Ведь влажность в 75% создавалась только в замкнутой системе, без воздействия внешних факторов. В нашем же тесте появлялась дополнительная переменная в виде дополнительной влаги от «мокрого датчика температуры».

Определение влажности с помощью соли
Определение влажности с помощью соли

Что происходит на самом деле. Если система замкнутая, то соль заберёт излишек влаги из воздуха закрытой ёмкости. Никаких внешних поступлений влаги нет. Со временем влажность приходит в точку равновесия равную 75%. В нашем же эксперименте было постоянное поступление дополнительной влаги в виде испарений с тряпочки «мокрого датчика температуры».

Раз за разом при тестировании влажность останавливалась на уровне 86-87% и выше не поднималась. Что наводило на мысль: «а может ниже и не получить»?

Тогда было принято решение сделать тот же тест с гигрометром психрометрическим. И если влажность будет одинаковая, даже и не 75%, то датчики определяют правильную влажность.

Вот что получилось в итоге:

Время Тип датчика Гигрометр психрометрический Влажность по разнице температур *
13-30 начало сухой 22,4 °С    — 19,5 °С    —
мокрый 15,2 °С 14,0 °С
14-00 сухой 22,5 °С ∆=2,7°С / 75,0% 19,7 °С 85,2 %
мокрый 19,8 °С 18,2 °С
14-30 сухой 22,8 °С ∆=2,0°С / 82,0% 19,6 °С 86,2 %
мокрый 20,8 °С 18,2 °С
15-00 сухой 22,8 °С ∆=1,8°С / 84,0% 19,7 °С 87,1 %
мокрый 21,0 °С 18,4 °С
15-30 сухой 23,0 °С ∆=1,8°С / 84,0% 19,7 °С 87,1 %
мокрый 21,2 °С 18,4 °С
16-00 сухой 23,0 °С ∆=1,7°С / 84,5% 19,8 °С 87,2 %
мокрый 21,3 °С 18,5 °С
16-30 сухой 23,0 °С ∆=1,7°С / 84,5% 19,9 °С 87,2 %
мокрый 21,3 °С 18,6 °С

* На основе двух датчиков температур: сухого и влажного. Датчики температуры на основе сопротивления (не ёмкостные).

Через 2 часа влажность практически уже не менялась. Отличия по влажности составили 2,7% от эталонного образца (гигрометр психрометрический). И то трудно сказать — или это погрешность самого датчика, программы (выбор коэффициента) или же это отличия в объеме при тестировании. В первом случае объём стеклянной банки был всего 0,9 литра, а во втором случае объем пластикового бокса составил уже 16 литров. Да и поверхность площади испарений с датчика в стеклянной банке была раза в 4 больше, чем у гигрометра психрометрического в пластиковом боксе. И на выходе получили, что в стеклянной банке влажность была больше. В общем, есть повод дополнительно поразмышлять на эту тему.

Что можно сказать по итогам данного эксперимента. Влажность в 75% не получили и на это есть объективные причины (был постоянно приток свежей влаги от «мокрого датчика»). Но зато в обоих тестовых образцах с мокрой солью результаты практически одинаковые и составили около 85%, причем держались более 7 часов (затем эксперимент прекратил, в 21-30 результаты были без изменений на обоих стендах).

В 07-30 утра, то есть через 18 часов с начала тестов, получились следующие результаты:
Гигрометр 22,1-20,8=1,3 ºС. Влажность = 88,0%
Влажность по разнице температур 19,0 ºС и 17,9 ºС. Влажность = 89,6%

На что хочу еще обратить внимание. Если делать тест влажности без соли, то влажность достигнет 99,9% уже через 40 минут. Об этом подробнее можно прочитать в статье «Мокрый датчик температуры. Тест 1. Влажность 100%».

Итак, цифровой способ определения влажности по «мокрому датчику температуры» позволяет получать результаты сопоставимые по эталонному способу определения влажности «гигрометр психрометрический», которому уже скоро исполнится 150 лет.

 

Фото тестовых стендов приведены ниже.

Да, отличия есть, но составляют всего 2,7%. Но вот скорость реакция на изменения влажности и температуры у цифрового датчика гораздо выше.

 

Рекомендую прочитать статью «Сравнение цифрового и аналогового датчика влажности» .

 

 

Добавить комментарий

Войти с помощью: 
Закрыть меню
×

Корзина