9) Вимірювання вологості та швидкості руху повітря

Вологість повітря зумовлюється наявністю в ньому водяної пари. Маса водяної пари може змінюватись як за абсолютною величиною, так і за ступе­нем насичення, що відповідно характеризується абсолютною і відносною во­логістю.

Абсолютна вологість повітря т кількісно дорівнює масі водяної пари в грамах, що міститься в 1 м повітря, тобто її густині.

Коли температури невисокі і пара далека від стану насичення (в цьому разі до водяної пари можна застосувати рівняння Менделєєва - Клапейрона), значення абсолютної вологості мало відрізняється від парціального тиску во­дяної пари в повітрі.

Тому прийнято визначати абсолютну вологість також через величину парціального тиску водяної пари і виражати її в одиницях тиску.

Під відносною вологістю слід розуміти відношення абсолютної волого­сті до маси або до парціального тиску водяної пари, яка насичує простір при тій самій температурі. Це відношення виражають у процентах.

Точкою роси називається температура, при якій наявна в повітрі водяна пара стає насиченою, тобто починає конденсуватися на охолодженій поверх­ні.

Основні способи визначення вологості повітря ґрунтуються на методах точки роси і психрометра.

Метод точки роси.

В ологість повітря методом точки роси визнача­ють гігрометром Ламбрехта. Він складається з тонкого металевого полірова­ного диска 1, на зворотному боці якого є резервуар 5. У резервуар наливають ефір і вставляють термометр 3 через отвір 4. Через другий отвір за допомо­гою гумової трубки з грушею 6 продувають повітря. Ефір швидко випарову­ється і диск 1 при цьому охолоджується. Одночасно охолоджується і повітря, що прилягає до диска, а на поверхні диска виступає роса внаслідок конденса­ції водяної пари з повітря (поверхня диска стає ніби матовою, що добре помі­тно, коли порівнювати її з блискучою поверхнею кільця 2). Фіксують темпе­ратуру, що відповідає моменту потемніння поверхні диска 1 t_Р1. Припинивши продування повітря, визначають температуру t_Р2 зникнення роси. Для обчис­лення вологості повітря беруть за точку роси t_Р середнє арифметичне вели­чин t_Р1 і t_Р2.

Визначення вологості повітря можна здійснити за методом точки роси без застосування ефіру, якщо скорис­татися конденсаційним гігрометром (рис.). Основною частиною його є виготовлений з червоної міді диск 3 з стержнем 2, верхня плоска поверхня диска покрита ніке­лем і прошліфована до блиску. Стержень 2 поміщають у посудину Дьюара 1 з танучим льодом. Температуру точки роси вимірюють диференціальною термопарою 4. Тут та­кож фіксують температуру у момент виникнення та зник­нення роси і знаходять середнє значення t_Р.

З таблиць визначають густину насичуючої водяної пари при температурі t_р, тобто абсолютну вологість. Знаючи кімнатну темпе­ратуру t_к, з таблиць знаходять густину насичуючої водяної пари. Відношення цих двох величин і дає значення відносної вологості повітря.

Метод психрометра. Якщо взяти два однакових нормальних тер­мометри, кулька одного з яких неперервно змочується водою через батист, занурений у склянку з водою, то покази обох термометрів («сухого» і «мок­рого») відрізнятимуться. Внаслідок випаровування води з батисту мокрий термометр показуватиме нижчу температуру, ніж сухий. Чим менша воло­гість навколишнього повітря, тим інтенсивніше випаровування і тим менші покази мокрого термометра. Значення показів сухого t_с і мокрого t_м термоме­трів дають можливість визначити вологість повітря.

Покази мокрого термометра в психрометрі дещо відрізняються (в бік завищення) від справжньої температури мокрого термометра. Пояснюється це тим, що кульці мокрого термометра передається певна кількість теплоти випромінювання навколишніх тіл і деяка кількість її надходить через висту­паючий стовпчик ртуті термометра, що має температуру навколишнього по­вітря. Щоб зменшити цей вплив, треба захистити кульку екранами, обгорну­ти батистом виступаючий стовпчик ртуті, підвищити швидкість руху повітря і цим збільшити швидкість випаровування.

Як показують спеціальні дослідження, при швидкості повітря 1,5 - 2 м/с і температурі мокрого термометра t_м > 20°С помилка становить приблиз­но 1% психрометричної різниці, і нею можна знехтувати.

Психрометричну формулу можна вивести з рівняння теплового балансу для кульки мокрого термометра; кількість теплоти Q₁, передана від повітря в стаціонарному стані (температура мокрого термометра вже встановилась) і при відсутності тепловитрат, дорівнює кількості теплоти Q₂, потрібної для випаровування води з поверхні батисту S, тобто

де - коефіцієнт теплообміну; Н - питома теплота випаровування, g_m - шви­дкість випаровування з одиниці поверхні. Рівняння (1) віднесемо до оди­ниці часу.

Найпростіший тип психрометра - психрометр Августа - показано на рис.2.

Психрометричний коефіцієнт А дуже залежить від швидкості руху по­вітря в області малих значень швидкості, а при великих швидкостях зміню­ється мало. Тому запропоновано конструкцію психрометра з примусовим ру­хом повітря (рис.3). Це так званий аспіраційний психрометр.

Кулька правого термометра обгорнута батистом. Лівий термометр су­хий. По двох трубках 1, в які вміщено термометри 2, повітря з швидкістю 3 - 5 м/с продувається вентилятором 3. Батист змочують дистильованою водою за допомогою груші і піпетки.

За показами термометрів визначають температури t_с і t_м, коли вони встановляться при роботі вентилятора на повну потужність. Знаючи t_с і t_т і користуючись таблицями, визначають т і .

Швидкість руху повітря в приміщеннях вимірюють приладами-анемометрами: термоанемометрами, анемометрами чашковими, індукційними та крильчастими.

При вимірюванні в приміщеннях малих швидкостей руху повітря можна користуватися кататермометром (від 0,02 до 1 м/с). Це спиртовий термометр, шкала якого поділена на три градуси (35-38 °С). Для визначення швидкості руху кататермометр підігрівають у воді з температурою 65-75 °С до того моменту, коли спирт із термобалона заповнить капіляр і підніметься до половини верхнього розширення. Після цього кататермометр виймають з води, протирають насухо і підвішують в зоні, де треба визначити швидкість руху повітря. За секундоміром фіксують час охолодження приладу від температури 38°С до температури 35°С. По таблиці або по графіку, що додається до приладу, визначають фактичну швидкість руху повітря.

Анемометр - прилад для вимірювання швидкості, а часто і напрямку руху потоків (газів і рідин), наприклад, повітря (вітромір). За конструкцією анемометри розподіляються на крильчасті, чашкові та термоелектричні. Найпростішим типом анемометрів є флюгер. Швидкість потоку вимірюється за швидкістю обертання ротора з лопатками або півкулястими чашками. При виникненні повітряного потоку, вітер штовхає чашечки, які починають крутитися навколо осі. Залежно від конструкції анемометра, він або заміряє число обертів чашечок навколо осі за заданий час, що дорівнює певній відстані, після чого розраховується середня швидкість вітру: відстань ділиться на час (анемометр ручний). Або чашечки з’єднані з електричним індукційним тахометром, що дозволяє приладу відразу показувати швидкість вітру на даний момент, без додаткових обчислень, і слідкувати за змінами в швидкості вітру в режимі реального часу (анемометр індукційний).

Сучасні анемометри мають значно ускладнену конструкцію. Лопасті і вимірювач розміщені в міцному корпусі, який не тоне у воді, настройки дозволяють вказувати одиниці вимірювання, які буде відображати анемометр на дисплеї. Використання додаткових пристосувань значно покращує результати вимірювань. Сучасні анемометри, крім швидкості повітряного потоку, здатні також вимірювати об’єм повітря, який проходить через крильчатку та визначати його температуру.

Основні технічні характеристики анемометра:

а) діапазон вимірювання швидкості (м/с);

б) чутливість (м/с);

в) основна похибка (м/с);

г) час вимірювання (с);

д) час індикації показників (с);

е) габаритні розміри (мм);

є) маса (кг).

Анемометри легкі і невеликі за розмірами, завдяки чому, застосування їх на виробництві та в подорожах не викликає ніяких труднощів.

Швидкість повітря є важливим параметром стану атмосфери і повинна враховуватися при проектуванні, монтажі та налаштуванні систем вентиляції і кондиціонування. Анемометри знаходять широке застосування при вимірюванні швидкості повітря у системах вентиляції і кондиціонування промислових і громадянських споруд, у лабораторіях з охорони праці для атестації робочих місць, а також при метеорологічних дослідженнях. У гірничій справі анемометр використовується для контролю повітряного режиму шахти, кар’єру тощо.

ВИСНОВОК

Отже, на польовій практиці із метеорології і кліматології ми закріпили теоретичні знання про взаємозв’язок метеорологічних елементів і взаємодію нижніх шарів атмосфери з підстилаючою поверхнею, навчилися працювати з метеорологічними приладами, вести метеорологічні спостереження, аналізувати їх, обробляти інформацію, складати характеристику клімату району дослідження. За літературними джерелами ознайомились із особливостями клімату району, ознайомились з принципами роботи метеорологічних приладів, методикою спостережень за окремими метеорологічними елементами, правилами запису їх та обробки. У звіті із польової практики ми склали характеристику погоди за даними спостережень метеостанції (метеомайданчика), склали характеристику мікроклімату місцевості Тернопільської області.

Список використаної літератури

1. http://allref.com.ua/skachaty/Vimiryuvannya_vologosti__ta_shvidkosti_ruhu_povitrya/

2. http://www.lnu.edu.ua/faculty/geology/phis_geo/fourman/E-books-FVV/Interactive%20books/Meteorology/Meteo-climat/Meteo-pressure-winds.htm

3. http://www.meteoprog.ua/ua/climate/Ternovka/

4. http://www.lnu.edu.ua/faculty/geology/phis_geo/fourman/E-books-FVV/Interactive%20books/Meteorology/Air%20and%20Atmosphere.htm

5. http://www.ggf-dnu.org.ua/publ/sbornik_konferencii_2007/osoblivosti_klimatu_mista_ternopolja/10-1-0-305

39