Приложение С
(справочное)
С.1 Описание метода
С.1.1 Психрометр (сухой и влажный термометры)
Психрометр состоит из двух соединенных, но термически изолированных сенсоров, которые служат для определения влажности. Один сенсор помещен в пористый материал (влажную ткань), который поддерживается во влажном состоянии через капилляр, соединенный с резервуаром с водой.
Вода испаряется из материала со скоростью, пропорциональной влажности воздуха. При испарении воды влажный сенсор охлаждается. По разнице температур влажного и сухого сенсоров вычисляется влажность воздуха.
С.1.2 Метод охлажденного зеркала (конденсации)
С.1.2.1 Ручной метод с использованием термометра
Точка росы определяется оптически по конденсации влаги из воздуха на поверхность охлаждаемого зеркала. Начало конденсации определяется по изменению отражения света зеркалом. Температура в точке начала конденсации регистрируется как точка росы.
С.1.2.2 Метод автоматического определения конденсации и измерения температуры
Метод аналогичен предыдущему, но предусматривает применение электронных средств определения начала конденсации и измерения температуры.
С.1.3 Измерения с использованием электронного сенсора
С.1.3.1 Общие положения
Сенсор изготавливается из гигроскопического материала, электрические свойства которого изменяются по мере абсорбции молекул воды. Изменение влажности определяется по изменению электрической емкости или сопротивления или по каждому из этих параметров. Пробоотборник должен иметь фильтр, предохраняющий его от загрязнения. Гигрометры с полным электрическим сопротивлением (импедансом) также имеют сенсор температуры. Считывание данных выполняется непосредственно. Иногда предусматривается выбор различных единиц (например, относительной влажности или точки росы). Может предусматриваться вывод электрического сигнала (например, напряжения в аналоговой форме).
С.1.3.2 Емкостный сенсор
Применяется в большей степени для определения относительной влажности, чем точки росы. Имеет лучшую линейность характеристик при низкой влажности. Как правило, емкостные сенсоры не повреждаются за счет конденсации (например, при относительной влажности 100%), но их калибровочные характеристики могут нарушаться.
С.1.3.3 Сенсор по сопротивлению
Применяется в большей степени для определения относительной влажности, чем точки росы. Имеет лучшую линейность характеристик при высокой влажности. Большинство сенсоров по сопротивлению не выдерживают конденсации влаги. Некоторые из них имеют автоматический подогрев для защиты "от насыщения", который предотвращает конденсацию.
С.1.3.4 Сенсор точки росы на основе импеданса
Представляет собой особый тип гигрометра с полным сопротивлением (импедансом). Используется, в основном, для измерения абсолютных величин, а не относительной влажности. Активный элемент сенсора изготавливается из оксидов металлов (чаще всего алюминия) или кремния, работающих по одному принципу. Сенсор чувствителен к изменению парциального давления. Как правило, сигнал преобразовывается в другие абсолютные единицы, в результате чего прибор показывает точку росы или число частей на миллион, выраженных в единицах объема.
С.1.4 Методы, основанные на химической реакции
Предусматривают использование непосредственного считывания со стеклянных трубок, заполненных химическим реагентом. Принцип действия трубок с непосредственным считыванием основан на химической реакции паров воды, находящихся в пробе воздуха, и веществом, находящимся в трубке, в результате чего происходит изменение цвета. Эта реакция пропорциональна общему объему воды, попавшей в трубку при прохождении через нее определенного объема воздуха. В результате на трубке появляется метка, длина которой сравнивается со шкалой на трубке.
С.1.5 Спектроскопические методы
При использовании методов состав газа определяется по свойствам веществ поглощать или излучать свет с определенной длиной волны. Для каждого вещества существует определенная, характерная для него длина волны, которая может соответствовать ультрафиолетовой или инфракрасной частям спектра. Спектроскопические методы целесообразно использовать в случаях, когда наряду с парами воды нужно определять концентрации других веществ.
Для оценки высокой или умеренной влажности спектроскопический метод основан на поглощении инфракрасных лучей. Вода поглощает инфракрасные лучи при нескольких значениях длины волны от 1 до 10 мкм. Для волны одной из этих длин измеряется интенсивность передаваемого к фотоприемнику излучения, которая сравнивается с опорной интенсивностью излучения. Доля излучения, поглощенная газом, пропорциональна парциальному давлению паров воды.
Спектроскопические методы могут использоваться для определения крайне низкого содержания паров воды (до нескольких частей на миллиард). Существует несколько методов, основанных на этом принципе, в т.ч. масс-спектроскопическая ионизация воздуха при атмосферном давлении, инфракрасная спектроскопия на основе преобразований Фурье, лазерная абсорбционная спектроскопия на основе туннельных диодов.
С.2 Рекомендации по проведению отдельных измерений
С.2.1 Высокие значения влажности, превышающие влажность окружающей среды
Чтобы избежать конденсации, линии отбора проб должны поддерживаться при условиях выше точки росы для анализируемого газа. С этой целью наиболее широко применяется электрический подогрев.
С.2.2 Низкие значения влажности и очень сухие газы
Перед началом измерений, по возможности, следует обработать линии отбора проб и гигрометры сухим газом или вакуумом. Остатки воды в оборудовании следует удалить тепловым методом. Приборы не допускается подвергать тепловой обработке, если это не предусмотрено конструкцией. Чем более низкое содержание влаги предполагается измерять, тем больше времени потребуется для сушки газа.
Следует избегать применения гигроскопических материалов. При низких значениях влажности (ниже точки росы при 0 °С) количество воды, выделяемое органическими и пористыми материалами, может существенно влиять на уровень влажности воздуха. Чем ниже влажность воздуха, тем сильнее проявляется этот эффект.
Для исключения проникания влаги сквозь пробоотборные трубки и стенки оборудования следует применять непроницаемые материалы. Сталь и другие металлы практически непроницаемы. Политетрафторэтилен обладает незначительной проницаемостью и, как правило, пригоден для использования при точках росы более минус 20 °С, а в некоторых случаях - ниже этого значения. Такие материалы, как полифинилхлорид, нейлон и резина относительно проницаемы. В условиях низкой влажности их применение недопустимо, в других случаях они также недостаточно эффективны.
При низкой влажности важную роль играет и характер поверхностей. Даже небольшие количества воды, находящиеся на поверхности негигроскопического материала, могут дать значительный эффект. Для получения лучших результатов рекомендуется применять полированную или электрополированную сталь.
Чистота окружающей среды играет большую роль при измерении влажности, но она особенно необходима при работе в условиях низкой влажности. Вода может накапливаться даже на отпечатках пальцев. Для удаления масляных загрязнений рекомендуется применять высокочистые детергенты - растворы, имеющие качество аналитических реагентов; для удаления солей - воду очищенную (дистиллированную или деионизованную). После очистки следует удалить влагу, соблюдая требования к чистоте.
Пробоотборные трубки должны быть, по возможности, короткими. Площадь поверхности трубок должна быть сведена к минимуму за счет применения трубок как можно меньших внутренних диаметров, насколько это допускает проходящий по ним поток. Следует избегать утечек. Число соединений (колен, тройников, клапанов и пр.) должно быть минимальным.
Следует обеспечить необходимый поток газа, чтобы свести к минимуму влияние случайного попадания воды в поток.
Не допускаются "тупиковые" зоны, поскольку трудно обеспечить их обтекание потоком газа.
Следует свести к минимуму поток влаги в обратном направлении, например, за счет высокой скорости потока газа, достаточной длины трубок после сенсоров или применения клапанов, изолирующих зону с низкой влажностью от окружающего воздуха.