Termohigrometr

Temperatura i wilgotność należą do najczęściej mierzonych wartości w naszym otoczeniu. Są to wartości, które mają znaczenie nie tylko dla człowieka ale także: urządzeń, materiałów czy surowców. Ponieważ wilgotność względna jest bezpośrednio związana z temperaturą powietrza, wiele higrometrów mierzy zarówno temperaturę, jak i wilgotność.

Urządzenia te są zatem termometrami i higrometrami i dlatego są również określane jako termohigrometr. W przypadku niektórych metod określania wilgotności powietrza pomiar temperatury jest wręcz warunkiem określenia wilgotności powietrza. Typy urządzeń, takie jak higrometr z chłodzonym lustrem i psychrometr, są praktycznie zawsze urządzeniem typu termohigrometr. Urządzenia określające wilgotność bez porównania temperatur są często dodatkowo wyposażone w czujniki do jej pomiaru, a więc w praktyce nazywane są także termohigrometr.

Przy określaniu wilgotności powietrza należy rozróżnić wilgotność względną i bezwzględną. Większość urządzeń typu termohigrometr mierzy wilgotność względną. Jednak w warunkach stałego ciśnienia wilgotność bezwzględną można również określić na podstawie wartości wilgotności względnej i temperatury. Wilgotność bezwzględna jest określana jako określona wartość masy lub objętości dla określonej ilości powietrza. Typowymi jednostkami wilgotności powietrza i innych gazów są gramy wody na metr sześcienny powietrza lub, w przypadku bardzo małych wartości, części na milion w oparciu o ułamek objętościowy cząsteczek wody w mieszaninie gazowej.

Termohigrometr - zakres pomiarowy i dokładność pomiaru
Wiele urządzeń typu termohigrometr oferuje maksymalny możliwy zakres pomiaru wilgotności względnej od zera procent dla całkowicie suchego powietrza do stu procent dla powietrza nasyconego parą wodną. Inne mają ograniczony zakres pomiarowy, na przykład od dziesięciu do dziewięćdziesięciu procent. Zakres pomiarowy wilgotności można podzielić na podzakresy o różnej dokładności pomiaru. W zakresie pomiaru temperatury różnice między urządzeniami są znacznie większe niż w przypadku wilgotności. Porównując różne modele urządzenia typu termohigrometr, należy wziąć pod uwagę, jaka dokładność jest odpowiednia dla zamierzonego zastosowania.

Termohigrometr - warunki pracy
Podobnie jak w przypadku innych urządzeń pomiarowych, również w przypadku urządzenia jakim jest termohigrometr należy zwrócić uwagę, aby urządzenie było odpowiednie do danych warunków pracy. Chociaż istnieje duża liczba odpowiednich urządzeń do monitorowania klimatu w normalnych pomieszczeniach mieszkalnych i biurowych, termohigrometr ze specjalnym wyposażeniem są zwykle wymagane do pomiarów na zewnątrz oraz w procesach handlowych lub technicznych. W tym przypadku często trzeba brać pod uwagę nie tylko odchylenie szerokości pasma dla temperatury jaką oferuje termohigrometr, ale być może także funkcjonalność pod obciążeniem spowodowanym ciśnieniem, pyłem lub agresywnymi mediami. Dlatego dla niektórych czujników opracowano specjalne filtry.

Termohigrometr – pomiar stacjonarny lub mobilny
Stacjonarny termohigrometr jest instalowany np. w magazynach, muzeach, pomieszczeniach rekreacyjnych i produkcyjnych, jeśli trzeba monitorować lub wpływać na panujące tam warunki klimatyczne. Stacjonarny termohigrometr nadaje się do wielu zastosowań. Urządzenia te często posiadają wiele funkcji dodatkowych tj. funkcja alarmu, duży wyświetlacz. Termohigrometr stacjonarny może także posiadać funkcję przechowywania danych, interfejsy do transmisji danych, przełączanie lub interfejsy analogowe.

Mobilny termohigrometr służy nie tylko do indywidualnych pomiarów w różnych lokalizacjach. Termohigrometr ten jest również wykorzystywany jako rejestratory danych do dokumentowania warunków temperatury i wilgotności podczas transportu, do sprawdzania wpływu ustawień na systemy ogrzewania, klimatyzacji i wentylacji lub do rejestrowania wartości zachowania użytkowników budynków w zakresie ogrzewania i wentylacji.

Termohigrometr - dodatkowe pomiary i operandy
Oprócz temperatury i wilgotności wiele modeli urządzeń typu termohigrometr może również określać i wyświetlać odpowiedni punkt rosy. W przypadku niektórych rejestratorów danych punkt rosy jest automatycznie określany w oprogramowaniu komputerowym po przesłaniu danych pomiarowych. Ponadto niektóre mierniki typu termohigrometr oferują również specyfikację temperatury mokrego termometru. Ta temperatura jest granicą, do której powietrze może zostać schłodzone w obecnych warunkach poprzez odparowanie wody. Specjalny termohigrometr z dodatkowym czujnikiem ciepła promieniowania może również określać wskaźnik stresu cieplnego. Ta wartość ma na celu jak najbardziej obiektywne zarejestrowanie stresu fizycznego spowodowanego ciepłem, wilgocią i promieniowaniem cieplnym, aby uniknąć dodatkowego stresu związanego ze sportem lub pracą wymagającą fizycznie, jeśli wartości są wysokie.

Oto lista najczęściej używanych wartości:

- punkt rosy
- wilgotność bezwzględna
- temperatura termometru mokrego
- zewnętrzny czujnik temperatury typu K
- pomiar temperatury na podczerwień
- prędkość i strumień objętości powietrza
- wskaźnik stresu cieplnego
- ciśnienie powietrza
- zawartość CO2
- natężenie światła

Jeśli często potrzebujesz dodatkowych wartości, warto sprawdzić, czy nie taniej jest zastosować kilka pojedynczych urządzeń, czy też termohigrometr z dodatkowymi czujnikami. Urządzenia kombinowane są często wyposażone w taki sposób, że szczególnie nadają się do określonego obszaru zastosowania. Przykładami są rejestratory danych do monitorowania maszyn lub urządzenia podręczne do pomiarów bezpieczeństwa i higieny pracy lub wentylacji.

Podobnie jak większość innych urządzeń pomiarowych, termohigrometr jest kalibrowany przed dostawą do klienta. Ponieważ jednak niektóre typy czujników mają tendencję do dryfowania w czasie lub ich dokładność może być ograniczona przez inne czynniki, urządzenia typu termohigrometr powinny być regularnie kalibrowane. W przypadku niektórych modeli miernika typu termohigrometr użytkownik może samodzielnie przeprowadzić kalibrację pomiaru wilgotności za pomocą odpowiednich wzorców kalibracji wilgotności oraz temperatury za pomocą sprawdzonego, precyzyjnego termometru porównawczego. Inne typy urządzeń należy dostarczyć lub wysłać do laboratorium kalibracyjnego w celu kalibracji. W laboratorium kalibracyjnym termohigrometr jest następnie testowany zgodnie z normą ISO.

W laboratorium kalibracyjnym termohigrometr jest zwykle testowany w różnych punktach odniesienia w komorze klimatycznej. Wartości docelowe są mierzone za pomocą odpowiedniego urządzenia porównawczego z większą dokładnością. Wyniki pomiarów i warunki pomiaru wzorcowania potwierdzane są świadectwem wzorcowania, które jest przekazywane lub przesyłane wraz z wzorcowanym przyrządem. Za pomocą tych certyfikatów można udowodnić dokładność urządzenia w odpowiednim czasie testu. Jeśli użytkownik zgubił świadectwo kalibracji, może ponownie zwrócić się o nie do laboratorium kalibracyjnego.

Wilgotność bezwzględna (zawartość pary wodnej w powietrzu)
Wilgotność bezwzględną podaje się w gramach pary wodnej na metr sześcienny suchego powietrza. Może być zwiększany przez czynniki środowiskowe, takie jak oddychanie i parowanie, ale może być również zmniejszany przez zdolność sorpcyjną materiałów w środowisku. Określenie zawartości pary wodnej w gramach na kilogram suchego powietrza określa się mianem poziomu wilgotności.

Wilgotność względna
Wartość względna zawsze odnosi się do porównania dwóch zmiennych i często jest podawana w procentach. Wilgotność względna nie porównuje aktualnej ilości wilgoci z ilością suchego lub wilgotnego powietrza, ale z maksymalną ilością pary wodnej, jaką powietrze może zawierać w danych warunkach. Powoduje to, że maksymalna wartość mierzonej wilgotności względnej wynosi 100 procent. Z drugiej strony, przy poziomach wilgotności materiału, w których zawartość wody jest związana z suchą masą materiału, możliwe i mierzalne są również znacznie wyższe wartości wilgotności względnej. Maksymalna ilość pary wodnej, jaką może wchłonąć powietrze, nazywa się nasyceniem.

Ponieważ ta wielkość nasycenia zależy od temperatury i ciśnienia, wilgotność względna zmienia się wraz ze zmianami temperatury lub ciśnienia, nawet bez dodawania lub usuwania pary wodnej. Ilości pary wodnej powyżej poziomu nasycenia są uwalniane jako woda w stanie ciekłym. Wahania ciśnienia atmosferycznego mają stosunkowo niewielki wpływ, ale należy je brać pod uwagę, zwłaszcza w przypadku bardzo czułych pomiarów i kalibracji urządzenia typu termohigrometr.

Punkt rosy lub temperatura punktu rosy
Ciepłe powietrze może pomieścić więcej pary wodnej niż zimne powietrze i więcej, gdy ciśnienie powietrza jest niskie niż gdy jest wysokie. Jeżeli powietrze zawierające parę wodną ochłodzi się do tego stopnia, że wilgotność względna osiągnie 100 procent, to dalszy spadek temperatury spowoduje powstanie wody w stanie ciekłym z nadmiaru pary wodnej. Ta woda nazywana jest rosą. Temperatura, w której osiągana jest 100-procentowa wilgotność względna, nazywana jest temperaturą punktu rosy. Ponieważ ciepłe powietrze jest również schładzane na zimnych powierzchniach, kondensacja może również tworzyć się na zimnych powierzchniach w ciepłych pomieszczeniach. Efekt ten można łatwo zaobserwować, gdy osoby noszące okulary wracają z zimnego do ciepłego pomieszczenia i na okularach zbiera się para wodna. Temperatura powierzchni, przy której zaczyna się skraplanie, zależy od aktualnej temperatury i wilgotności powietrza.

Tabela nr 1 - Punkt rosy przy normalnym ciśnieniu powietrza jako funkcja temperatury i wilgotności powietrza

Zmiana wilgotności względnej w zależności od temperatury powietrza
Przy normalnym ciśnieniu powietrza ilość pary wodnej 10 g/m³ daje następujące wartości wilgotności względnej:

Zależności między temperaturą, a wilgotnością są często przedstawiane również w nomogramach. Jeśli znana jest temperatura i wilgotność powietrza, można użyć tego wykresu do odczytania, jak bardzo powietrze może się schłodzić, zanim nastąpi kondensacja. Mierzona jest temperatura powietrza w pomieszczeniu, wilgotność względna oraz temperatura na zimnych powierzchniach. Oprócz wilgotności niektóre modele urządzenia typu termohigrometr mogą również mierzyć temperaturę powietrza i temperaturę powierzchni za pomocą czujników kontaktowych lurb czujników podczerwieni. Dzięki tym zmierzonym wartościom można odczytać z wykresu, jak badzo wzrasta wilgotność powietrza, gdy się ochładza.

Sytuacja 1:
Temperatura w pomieszczeniu 20°C, wilgotność 40%, najniższa temperatura powierzchni 14°C Zaczynając od przecięcia krzywej wilgotności 40% z poziomą linią 20°C, rysowana jest pionowa linia do poziomej linii 14°C . Przecięcie tych linii znajduje się pomiędzy krzywymi dla wilgotności 50% i 60%. Linię pionową można pociągnąć dalej w górę, aż spotka się z krzywą wilgotności 100%. W tym punkcie temperaturę punktu rosy można odczytać na skali temperatury przy około 6°C.

Sytuacja 2:
Temperatura pomieszczenia 20°C, wilgotność 60%, temperatura powierzchni 11°C Wilgotność wzrasta powyżej 100% na zimniejszej powierzchni i tworzy się kondensacja. Punkt rosy wynosi około 12°C.

Zmiana wilgotności względnej w zależności od ciśnienia powietrza
Jeśli temperatura powietrza pozostaje taka sama, wilgotność względna i punkt rosy zmieniają się wraz ze wzrostem ciśnienia. Oto przykładowe wartości dla temperatury powietrza 25°C:

Zasada działania i konstrukcja urządzenia jakim jest termohigrometr mają decydujące znaczenie nie tylko dla wartości temperatur i wilgotności, w których urządzenia mogą być używane. Mają one również znaczący wpływ na to, czy termohigrometr może być używany do określania innych wartości klimatycznych oprócz wilgotności względnej.

Higrometr włosowy jako higrometr absorpcyjny
Wiele materiałów może wchłaniać wilgoć z otoczenia w postaci pary wodnej lub oddawać ją do niej, aż do osiągnięcia równowagi wilgotności. Jeśli ich właściwości zmienią się w trakcie procesu, można to wykorzystać do pośredniego pomiaru wilgotności względnej. W zależności od struktury materiału zmiana wilgotności może np. w większym lub mniejszym stopniu zmienić jego ekspansję. Odtłuszczone włosy dobrze nadają się do pomiaru wilgotności, ponieważ temperatura nie wpływa znacząco na zmianę długości związaną z wilgoci.

Ten typ analogowego termohigrometru jest wyposażony we wskazówkę i skalę, aby móc łatwo odczytać wilgotność. Podczas gdy na początku w tego typu urządzeniu jakim jest termohigrometr zawsze używano prawdziwej ludzkich, końskich lub owczych włosów, wiele z nich jest obecnie wyposażonych w materiał syntetyczny. Termohigrometr z ludzkim włosem reagują szybko i może być używany w temperaturach od -35 do 65 stopni Celsjusza. Jeśli jednak są używane głównie w suchych pomieszczeniach wewnętrznych, muszą być regularnie regenerowane przy wysokim poziomie wilgotności. W przeciwnym razie włosy za bardzo się wysuszą. Za pomocą zwykłego higrometru włosowego rejestrowana jest tylko wilgotność względna.

Higrometr absorpcyjny z czujnikami polimerowymi
Niektóre tworzywa sztuczne reagują również w mierzalny sposób na wilgotność względną otoczenia. Dzięki czujnikom polimerowym, które są obecnie szeroko stosowane, wilgotność można określić bezpośrednio poprzez zmianę rezystancji elektrycznej lub pojemności elektrycznej. Te kompaktowe higrometry cyfrowe są zwykle wyposażone w dodatkowy element do pomiaru temperatury. Odpowiednio wyposażony termohigrometr może również określić wilgotność bezwzględną i punkt rosy na podstawie zmierzonych wartości temperatury i wilgotności względnej.

Higrometr odśrodkowy jako higrometr aspiracyjny
Temperatura otoczenia spada, gdy woda odparowuje. Możesz to odczuć na własnym ciele, jeśli przez długi czas przebywasz poza domem w mokrym ubraniu. Pocenie się w letnie upały i w saunie jest aktywnym procesem chłodzenia regulującym temperaturę ciała. Chłodzenie działa tym skuteczniej, im bardziej suche jest powietrze otoczenia. Jeśli powietrze wzbogacone wilgocią zostanie odwiezione ze źródła wilgoci przez wiatr, suche powietrze może szybko napłynąć i ponownie wchłonąć wilgoć. Aby określić chłodzący efekt parowania, temperaturę można zmierzyć za pomocą suchego i zwilżonego termometru.

Ponieważ różnica temperatur jest bezpośrednio związana z wilgotnością względną środowiska, wilgotność można określić na podstawie temperatury mokrej i suchej. Higrometry działające zgodnie z tą zasadą nazywane są również psychrometrami. Przy prawidłowym użytkowaniu higrometry te mają dokładność od 0,5 do 1,0 procent i dlatego są bardzo precyzyjne. W tym celu jednak wilgotny termometr musi być stale przepłukiwany powietrzem. Psychrometr aspiracyjny Assmanna i psychrometr zawiesia należą do najczęstszych typów odprowadzania wilgotnego powietrza. Podczas gdy higrometr Assmann wykorzystuje zintegrowany wentylator do wymiany powietrza, higrometr odśrodkowy jest w rzeczywistości wirowany.

Termohigrometr, który wykorzystuje efekt parowania do pomiaru wilgotności względnej, zawsze określają również temperaturę powietrza jako temperaturę termometru suchego i temperaturę mokrego termometru jako temperaturę termometru nawilżanego. Temperatura termometru mokrego jest również znana jako temperatura termometru mokrego. Ta wartość wskazuje, na przykład, jak bardzo powietrze może zostać schłodzone przez odparowanie przy aktualnych wartościach.

Higrometr z lustrem chłodzącym
Gdy wilgotne powietrze jest schładzane, wilgotność względna wzrasta, mimo że woda nie jest dostarczana z zewnątrz. Ponieważ stopień nasycenia jest mniejszy w niskich temperaturach, zimne powietrze może zatrzymać mniej pary wodnej i uwalnia nadmiar wody w postaci mgły, deszczu lub rosy. Efekt ten można wykorzystać do pomiaru wilgotności względnej. W tym celu małe lusterko jest schładzane, aż na zimnej powierzchni osiądzie skroplona woda. Następnie wilgotność względna jest określana na podstawie różnicy temperatur między powierzchnią lustra a otaczającym powietrzem. Za pomocą takiego urządzenia typu termohigrometr określa się nie tylko wilgotność powietrza, ale także temperaturę powietrza i temperaturę punktu rosy.

Spektrometr jako termohigrometr
Spektrometry mierzą światło. Jeśli spektrometr wykorzystuje długość fali, która powoduje oscylacje cząsteczek wody, część światła jest pochłaniana, a mniej światła dociera do fotokomórki. Za pomocą tego typu termohigrometru wilgotność bezwzględną gazu można określić na podstawie siły osłabienia natężenia światła przez cząsteczki wody. Za pomocą odpowiednich spektrometrów możliwy jest również pomiar bardzo niskich wartości wilgoci w gazach, np. stężeń od zaledwie 2 do 10 000 ppm – czyli mniej niż 10 mililitrów wody na litr powietrza.

Stosunek wilgotności względnej do temperatury pokojowej
Wilgotność względna to stosunek pary wodnej w określonej temperaturze do maksymalnej zawartości pary wodnej w określonej objętości powietrza (wyrażonej w procentach). Zatem 50% wilgotności względnej oznacza 50% nasycenia powietrza.

To, czy dana osoba odczuwa ciepło, czy zimno, zależy na przykład od szybkości odparowywania wilgoci z ciała. W wilgotny letni dzień czujemy się nieswojo, ponieważ w powietrzu jest dużo wilgoci, co oznacza, że odparowywanie wilgoci z naszej skóry może odbywać się tylko powoli, ponieważ otaczające powietrze jest już nasycone wilgocią. Z drugiej strony, gdy powietrze jest suche, możliwe jest szybsze parowanie przez naszą skórę i czujemy chłód.

Zimą powietrze wokół nas, w naszych domach jest często bardzo suche, następuje gwałtowne parowanie przez naszą skórę i czujemy większy chłód. Dlatego w pokoju może być bardzo ciepło, około 25°C. jeśli jednak to ciepłe powietrze jest bardzo suche (niska zawartość pary wodnej), szybko uwalniamy wilgoć do pomieszczenia przez naszą skórę i odczuwamy zimniej. Można to sprawdzić za pomocą urządzenia jakim jest termohigrometr. W przeciwnym przypadku jest nam cieplej. Poniżej możesz zobaczyć krzywą, która pokazuje wilgotność względną, przy której powinieneś mieć temperaturę pokojową.

Termohigrometr jest urządzeniem, które potwierdza, że wilgotność powietrza na zewnątrz i w ogrzewanych domach często jest niska. Pamiętamy: w takim pomierzeniu czujemy się chłodniej. Automatycznie podkręcimy ogrzewanie. Nie tylko nie osiągamy bezpośredniego efektu podgrzania, ale względna wilgotność w pomieszczeniu nadal spada. Ponadto:
1. Niepotrzebnie zwiększamy zużycie energii.
2. Dzięki dalszemu obniżeniu wilgotności w pomieszczeniu zwiększamy ryzyko zachorowania.

Dlaczego? Ponieważ podrażniamy naszą wrażliwą błonę śluzową nosa i wysuszamy ją.

Wiele firm już reaguje na tę sytuację i stara się mierzyć i regulować klimat w budynkach firmowych za pomocą urządzenia jakim jest termohigrometr, po to aby oszczędzać energię i ograniczać liczbę zwolnień lekarskich wśród swoich pracowników, zwłaszcza w okresie zimowym. Najprostszą metodą bez aktywnej regulacji wilgotności jest dobrze znane wietrzenie pomieszczeń. „Normalne” ogrzewanie i przerywana wentylacja oszczędzają energię grzewczą, przyczyniają się do uzyskania dobrego klimatu, a ponadto zapobiegają gromadzeniu się wilgoci w ścianach lub powierzchniach ścian, a w najgorszym przypadku powstawaniu pleśni. Upewnij się, że temperatura w pomieszczeniu wynosi około +19 ... +22 °C (w sypialniach powinna być niższa temperatura, około +16 ... +18 °C). Wilgotność w pomieszczeniu powinna zawsze wynosić 40 ... 60% względna.

Zamiast ciągłego sprawdzania klimatu w pomieszczeniu za pomocą ręcznego termohigrometru, najlepszym rozwiązaniem jest układ pomiarowo-kontrolny w połączeniu z systemem wentylacji (klimatyzacją). Z pewnością drogi wariant dla sektora prywatnego, ale niezbędny w sektorze komercyjnym lub przemysłowym. Nie tylko po to, aby stworzyć dobry klimat dla pracowników, ale oczywiście również po to, aby spełnić kryteria jakościowe, na przykład dla produktów w magazynach, w samym procesie produkcyjnym czy podczas transportu. Pomyśl także o dużych centrach danych - komputery również potrzebują dobrego klimatu w pomieszczeniu, aby działały bardzo stabilnie jak najdłużej. System wentylacji spełnia podstawowe zadania: ogrzewanie, chłodzenie, osuszanie, nawilżanie, a zwykle także filtrowanie.

W sektorze budowlanym, na przykład w domach, można zaobserwować zjawisko, które ma szkodliwe skutki. Jeśli wilgotność w pomieszczeniu jest wysoka, a temperatura na zewnątrz jest jednocześnie bardzo niska, w pomieszczeniu może wystąpić kondensacja. Punktem skraplania jest punkt rosy lub temperatura punktu rosy. Wiele urządzeń typu termohigrometr PCE również zapewnia te parametry. Za pomocą termohigrometru można zmierzyć wilgotność względną i temperaturę oraz, w zależności od modelu, obliczyć temperaturę punktu rosy. Niektóre urządzenia oferują również funkcję rejestratora. PCE Instruments oferuje termohigrometry, które mogą być stosowane w sektorze prywatnym, przemyśle lub w dziedzinie badań, w zależności od wymagań dotyczących dokładności lub rodzaju wyświetlania wyników pomiarów.