Инжекционная камера влажности с увлажнением паром и прямым термостатированием

1- датчик влажности; 2 - термодатчик; 3 - канал циркуляции воздуха; 4 - вентилятор; 5- испаритель системы охлаждения; 6 - форсунка увлажнения; 7 - нагреватель; 8- сток конденсата; 9 - холодильная установка

Для получения требуемой постоянной влажности воздуха можно использовать камеры с принудительной циркуляцией влажного воздуха, принцип действия которых основан на зако­номерности равновесного состояния между насыщенным солевым раствором и окружаю­щей атмосферой. Относительная влажность воздуха в камере регулируется с помощью насыщенных растворов солей, а также смесей глицерина с водой. Насыщенные соляные рас­творы обладают большой способностью по­тощать или отдавать влагу, не оказывая влия­ния на относительную влажность воздуха.

Воздух над насыщенным соляным рас­твором при постоянной температуре сохраняет определенную относительную влажность, ха­рактерную для данного раствора соли и дан­ной температуры, что позволяет не измерять относительную влажность во время испыта­ний. Насыщенный раствор должен иметь из­быток соли, при котором он может отдавать и поглощать большое количество влаги, что не влияет на его способность регулировать отно­сительную влажность воздуха. Соляной рас­твор можно использовать без замены в течение длительного времени.

Применяемые для испытаний насыщен­ные соляные растворы не должны создавать коррозионную атмосферу, опасную для испы­туемых изделий. Следует избегать использова­ния за1рязненных растворов, а также выкри­сталлизования или выползания соли на стенки сосуда.

Для осуществления испытаний с приме­нением насыщенных солевых растворов нахо­дит применение солевой гигростат.

При работе в климатической камере со­левой гигростат обеспечивает колебание тем­пературы во времени ± 0,02 °С, колебание температуры в данный момент времени

°С и колебание относительной влаж­ности 0,2 %.

Гигростат не требует применения специ­альных средств измерений, так как относи­тельная влажность определяется температурой в полезном объеме камеры и в кассете, а также родом солевого раствора. Солевой гигростат обеспечивает воспроизведение относительной влажности в полезном объеме камеры в диапа­зоне 12... 95 % (в зависимости от применяе­мой соли) при температуре 0... +50 °С. По­грешность устанавливаемой влажности при Ф < 50 % составляет ± 0,4 %, при ф > 50 % -

±0,7 %. Время установления устойчивого зна­чения относительной влажности 20... 60 мин.

К достоинствам солевого гигростата от­носится обеспечение им высокого постоянства относительной влажности во времени и по объему.

В тех случаях, когда применение соляных растворов недопустимо, используют смесь глицерина с водой, от концентрации которой зависит относительная влажность. Смесь гли­церина с водой может находиться, как и соля­ной раствор, в специальном резервуаре - кас­сете. Однако большая вязкость глицерина при­водит к неравномерности концентрации рас­твора на поверхности и в толще смеси, поэто­му рекомендуют обеспечивать циркуляцию с помощью насоса смеси по большей части сте­нок камеры. При этом смесь должна также покрывать пол камеры.

В связи с непостоянством концентрации раствора, обусловленным его быстрым старе­нием, а также способностью некоторых изде­лий поглощать воду, необходимо систематиче­ски измерять и регулировать относительную влажность в камере и плотность смеси.

Таким образом, испытания с использо­ванием смеси шицерина с водой требуют большого внимания к измерениям и процессу регулирования.

Увлажнение камер больших габаритных размеров (камер комнатного типа) может осу­ществляться открытым способом с применени­ем подогрева воды электронагревателями или паром, а также закрытым способом путем не­посредственного введения водяного пара в объем камеры.

Конструкция термовлаго камеры отлича­ется от термокамеры введением в нее увлаж­нителя, устройства удаления конденсирован­ной влаги, более сложных измерительных уст­ройств и систем автоматического регулирова­ния, обеспечивающих поддержание заданных температур и влажности.

Для измерения влажности воздуха при­меняют приборы, называемые гигрометрами. В климатических испытательных камерах для измерения и автоматического регулирования влажности воздуха находят наибольшее при­менение следующие методы: психрометриче­ский, точки росы и сорбционный.

Психрометрический метод основан на определении разности температур, измеренных двумя термометрами: “сухим”, измеряющим температуру воздуха (tс), и “мокрым”, изме­ряющим температуру тела, с поверхности, ко­торого происходит испарение воды (tм), т.е.находящегося в термодинамическом равнове­сии с окружающей средой.

Пользуясь полуэмпирической психро­метрической формулой, можно определить относительную влажность

где Еm - максимально возможная упругость водяного пара при температуре tm; Е - мак­симальная упругость водяного пара при тем­пературе tc; А - психрометрический коэффи­циент; р - атмосферное давление.

По показаниям сухого и мокрого термо­метров с помощью психрометрических таблиц или диаграмм, составленных для определен­ных конструкций психрометров, можно опре­делить относительную влажность <р. Психро­метрический коэффициент А зависит от раз­мера и формы чувствительного элемента, вида и состояния смачиваемой поверхности тела, теплопроводности его защитной оболочки и ее защиты от радиации.

Существенное влияние на работу пси­хрометра оказывает скорость циркуляции воз­духа. При увеличении скорости воздушного потока усиливается испарение и уменьшается искажающее влияние теплового потока в теп­ловом балансе. В связи с этим в конструкции психрометра предусмотрена принудительная циркуляция воздуха. В аспирационном психро­метре жидкостные термометры обдуваются с помощью аспиратора (вентилятора) потоком исследуемого воздуха с постоянной скоростью. При этом они защищены от теплово­го воздействия прямых солнечных лучей.

Суммарная статическая погрешность из­мерения φ зависит от погрешностей измере­ния температур tс, tм, атмосферного давле­ния р, а также от факторов, влияющих на зна­чение коэффициента А Погрешности, обус­ловленные скоростью воздушного потока, уменьшаются при использовании вместо жид­костных (ртутно-стеклянных) термометров миниатюрных термодатчиков терморезисторов, так как скорость циркуляции при этом пони­жается.

К достоинствам психрометри­ческого метода можно отнести достаточно высокую точность измерений, относительно небольшую инерционность (постоянная вре­мени электронного психрометра с терморе­зисторами 1... 3 мин).

Недостатками метода являются: возможность измерений в ограниченном температурном диапазоне, особенно в области значений, близких к 0 °С;зависимость результатов измерений от скорости циркуляции воздуха и атмосферного давления.

Для измерений при отрицательных тем­пературах смачивание мокрого термометра рекомендуется производить 3 %-ным водным раствором формальдегида. В области повы­шенных температур психрометрический метод ограничен +100С.

Метод точки росы основан на определе­нии температуры, до которой необходимо охладить ненасыщенный водяной пар для до­ведения его до состояния насыщения, характе­ризуемого точкой росы. Температура точки росы определяется по началу конденсации водяного пара на плоской поверхности твердо­го тела (металлического зеркальца), охлаждае­мой в атмосфере влажного воздуха.

Сложность конструкции гигрометров точки росы, связанная с необходимостью при­менения охлаждающего устройства, практиче­ски исключает его использование в камерах влажности.

Сорбционные методы, получившие прак­тическое применение, основаны на примене­нии гигроскопических тел, изменяющих свои свойства в функции количества поглощенной влаги. В зависимости от материала, использо­ванного для построения влагочувствительного элемента и соответственно параметра, изме­няющегося под действием влаги, различают деформационные, электрические, массовые, цве­товые и другие сорбционные гигрометры.

В деформационных гигрометрах исполь­зуются свойства некоторых гигроскопических материалов изменять свои линейные размеры в функции влажности воздуха.

Наиболее широко применение в камерах влажности получили электрические гигромет­ры и, в частности, электролитические подогрев­ные гигрометры. Электролитический подогрев­ной датчик (рис.) представляет собой металлическую гильзу 1 (каркас), покрытую изоляционным материалом, на которую надет чулочек 2 из стекловолокна, пропитанный водным раствором соли хлористого лития. Поверх чулочка находятся проволочные элек­троды 3, представляющие собой биффилярную обмотку, закороченную на конце. По обмотке проходит электрический ток, вызывающий ее нагрев. Так как солевой раствор хлористого лития проводит электрический ток, то прово­лочные электроды замыкаются раствором соли хлористого лития, в результате их активное сопротивление уменьшается, а нагрев током увеличивается. При этом вода, содержащаяся в растворе соли, испаряется, сопротивление раствора увеличивается и нагрев уменьшается. Испарение способствует охлаждению элемента и вследствие гигроскопичности соли хлористо­го лития увеличению поглощения влаги из окружающей среды. Равновесное состояние наступает при температуре точки росы, изме­ряемой малоинерционным терморезистором 4, находящимся в гильзе.

Дата добавления: 2015-07-10