מכשיר בשימוש נרחב למדידת לחות האוויר (וגזים אחרים) הוא מד לחות עיבוי. עקרון הפעולה שלו הוא מדידת הטמפרטורה, הנקראת נקודת הטל, שבה מתחיל עיבוי לחות מהאוויר.
מהי לחות האוויר
מד לחות מודד את תכולת הלחות של האוויר, אותה ניתן לייצג כערך מוחלט או יחסי. הראשון שבהם נותן פשוט את מסת אדי המים במטר מעוקב. מ' אוויר בטמפרטורה נתונה. אבל השני מראה עד כמה קרוב אדי המים באוויר למצב של רוויה, כלומר לשיווי משקל דינמי עם השלב הנוזלי שלו - כאשר אין אידוי או עיבוי. זה שווה ליחס בין הלחות המוחלטת הנמדדת של האוויר ללחות המוחלטת שלו במצב הרוויה. כאשר אדי המים באוויר רוויים (שוב, בטמפרטורה נתונה), הלחות היחסית של האוויר הזה היא 100%. באוויר עם אדי מים בלתי רוויים, הוא, בהתאם, פחות.
איך פועל מד לחות עיבוי
עקרון הפעולה של כל מכשיר לקביעת הלחות של האוויר, ככלל, הוא למדוד כמות אחרת, כגון טמפרטורה, לחץ, מסה או שינויים מכניים וחשמליים בחומר הסופג לחות. על ידי כיול וחישוב מתאימים, הערכים הנמדדים הללו יכולים להוביל לקביעת הלחות המוחלטת או היחסית. תפקיד חשוב מאוד בתהליך זה ממלאת הטמפרטורה שבה מתרחשת רוויה באדים, הנקראת נקודת הטל. ככלל, מכשירים אלקטרוניים מודרניים לקביעת לחות האוויר מודדים טמפרטורה זו או שינויים בקיבול החשמלי או בהתנגדות של חומרים סופגים שונים, המומרים לאחר מכן (אוטומטי) למדדי לחות.
מכשיר מד לחות עיבוי
עבודתו מבוססת בדיוק על מדידת אדי מים באוויר בשיטת נקודת הטל. שיטה זו כוללת קירור משטח, בדרך כלל מראה מתכת, לטמפרטורה שבה המים על פני המראה נמצאים בשיווי משקל עם לחץ האדים של המים בגז המדגם מעל פני השטח. בטמפרטורה זו, מסת המים על פני המראה לא גדלה (אם פני השטח קרים מדי) וגם לא יורדת (אם פני השטח חמים מדי), כלומר האדים מעל המראה נמצאים בשיווי משקל דינמי עם עיבוי המים על המראה (קיטור רווי).
מראה זו עשויה מחומר עם מוליכות תרמית טובה (כמו כסף או נחושת) ומצופה במתכת אינרטית כגון אירידיום, רובידיום, ניקל או זהב כדי למנוע הכתמה וחמצון. המראה מקוררת על ידי מצנן תרמו-אלקטרי (אפקט פלטייר) עד להיווצרות עיבוי. אלומת אור, בדרך כלל מדיודה פולטת אור בפס רחב במצב מוצק, מופנית אל משטח מראה, ופוטו-גלאי עוקב אחר האור המוחזר, שזרימתו מקסימלית כאשר אין עיבוי על המראה.
שיטת הפעולה של מד לחות במראה ילדים
כאשר נוצרות טיפות טל על פני המראה של המראה, האור המוחזר מתפזר. במקרה זה, השטף שלו הנכנס לפוטו-גלאי פוחת, מה שמוביל לשינוי באות הפלט של האחרון. זה, בתורו, נשלט על ידי מערכת בקרת קירור תרמו-אלקטרי אנלוגי או דיגיטלי השומרת על טמפרטורת מראה יציבה בנקודת הטל. עם מערכת מתוכננת כהלכה, המראה נשמרת בטמפרטורה שבה קצב העיבוי שווה בדיוק לקצב האידוי של שכבת הטל. מדחום מיניאטורי התנגדות פלטינה מדויק (PRT) המותקן במראה מודד את הטמפרטורה שלו באותה נקודה, המומרת אוטומטית לקריאת לחות.
מד הלחות למדידת לחות האוויר של התכנון הנחשב כולל גם משאבת ואקום לשאיבת החלק המנותח של הגז, ואלמנטי סינון נוספים בתנאים מלוכלכים.
היתרונות של מדי הלחות הנחשבים
מכשירים כאלה, המבוססים על עקרון פעולה פשוט, עם טווח מדידה רחב, דיוק גבוה וקריאות יציבות, נמצאים בשימוש נרחב בתעשייה ובמחקר מדעי. מד לחות טיפוסי של נקודת טל, בניגוד לחיישני לחות רבים אחרים, יכול להיעשות יציב מאוד, כמעט עמיד בפני שחיקה, ולמזער את הצורך בכיול מחדש. מד הלחות של נקודת הטל מסוגל למדוד את נקודת הטל בטווח הטמפרטורות שבין 100 מעלות צלזיוס למינימום של -70 מעלות צלזיוס. במקרה זה, דיוק המדידה הוא עשיריות המעלה.
מדדי לחות רבים מהעיצוב הנחשב מצוידים בבקרת מיקרו-מעבד ובשילוב עם חיישן טמפרטורה התנגדות מסוגלים לחשב ולהציג על מחוון חיצוני כל פרמטרי לחות רצויים בנוסף לנקודת הטל או במקום. בנוסף, מכשירים אלו מאפשרים העברת תוצאות באמצעות טכנולוגיה אלחוטית. כמובן, התקנים כאלה נמצאים בשימוש נרחב כחלק ממערכות תעשייתיות שונות לאיסוף נתונים אוטומטיים ובקרה על תהליכים טכניים רלוונטיים.
כמה יעלה מד לחות כזה? המחיר שלו, כמובן, נקבע בעיקר על ידי מכלול הפונקציות המיושמות, בהתאם לזמינות ולמורכבות של מערכת הבקרה האלקטרונית של המכשיר. אז, מד לחות עיבוי נייח שנראה כמו אוסילוסקופ דיגיטלי עולה לפחות 4,000 דולר. דגמים "מתקדמים" במיוחד יכולים לעלות יותר מ-$10,000. בשוקאתה יכול גם למצוא מד לחות נייד פונקציונלי לחלוטין. המחיר שלו הוא בין 1 ל-2,000 דולר.
חסרונות של מדי לחות עיבוי
בעוד שמערכת מדי ההיגרומטרים הנחשבת נחשבת ליעילה ביותר בתהליך המדידה, חסרונה הוא הזיהום הבלתי נמנע של חלקי נתיב המדידה במהלך הפעולה.
מדדי לחות המצוידים במראות מקוררות נוטים להגביר את אי דיוק המדידה עקב נוכחותם של מזהמים מסיסים ובלתי מסיסים המופקדים על המראה. חלקיקים בלתי מסיסים משפיעים על המאפיינים האופטיים של המראה. אבק מתון או הופעת חלקיקים בלתי מסיסים על המראה מספקים מרכזי ריכוז שעליהם יכולים להיווצר טל או כפור, ובכך להגדיל את זמן התגובה של המכשיר. זיהומים מסיסים משפיעים על כמות לחץ האדים מלחות מעובה על המראה, מה שמשנה את נקודת הטל. מדי לחות מדידה מודרניים (לפחות הדגמים המתוחכמים יותר שלהם) כוללים תכונות "בדיקה עצמית" המאפשרות למכשיר לזהות ולהגיב לזיהום על ידי ביצוע התאמות מתאימות לאלגוריתמים לחישוב הלחות.
ללא קשר ליכולות הללו, יש לבדוק ולנקות כמעט את כל מדי הלחות המדוברים מעת לעת.
תחזוקה של מדי לחות במראה צונן
מה ממליץ מדריך ההוראות למשתמש במכשיר במובן זה. מד לחות רגיש ללכלוך חייב להיותיש לנקות מעת לעת כדי להבטיח את יציבות תוצאות המדידה, אם כי הדבר עלול לייקר את עלות התחזוקה שלו. בדיקת המראה של המכשיר מתבצעת לרוב באמצעות המיקרוסקופ המובנה, והתחזוקה שלו מתבצעת באופן ידני לאחר פתיחת תא המדידה.
אם ניקוי משטח המראה מתבצע בתדירות הנדרשת בהוראות להפעלתו, אזי כך ניתן לשמור על דיוק המדידות. גישה נוחה למשטח המראה לניקוי מסופקת בדרך כלל על ידי ציר בין הרכיבים האופטיים למראה. כעת תוכלו למצוא בשוק כל מד לחות עיבוי שהצרכן צריך. התמונה למטה מציגה דוגמה לביצועו.
שימוש במדדי לחות במטרולוגיה
מד לחות במראה מקורר מעוצב ומתוחזק כהלכה מספק מדידות לחות בסדרי גודל של דיוק גבוה יותר ממדדי לחות פופולריים אחרים. דיוק המדידה המובנה שלו, במיוחד כשהוא מצויד במדחום התנגדות פלטינה למדידת טמפרטורה, מראה ומיקרוסקופ הספק בינוני לניטור מראה, הופך אותו לאידיאלי למדידות מטרולוגיות. האפשרויות של העברת מידע באמצעות ערוצי תקשורת דיגיטליים אלחוטיים פותחות אפשרויות רחבות לשימוש במדדי לחות כאלה במערכות גלובליות לאיסוף ועיבוד מידע מטאורולוגי.
שימוש במעבדות המפעל ובסביבות מזוהמות
מד לחות האוויר הזה אידיאלי למדידת ערכו המוחלט במעבדות אקלים במפעל. הם משמשים לעתים קרובות כאסמכתא לשלוט על הדיוק של מכשירים אחרים, כגון חיישני לחות יחסית המשמשים לשליטה בתאי בדיקה סביבתיים.
יציבות החומרים המשמשים בבניית מדי לחות אלה, כמו גם היכולת לנקות אותם שוב ושוב, הופכים את המכשירים למתאימים לחיי שירות ארוכים מאוד בסביבות עם רוב המזהמים ללא אובדן כיול. יציבות ביצועים זו הופכת אותם למתאימים לשימוש בזרמי גז שבהם רמות גבוהות של מזהמים בדגימות גז מזיקות באופן בלתי הפיך לסוגים פחות יציבים של חיישני לחות. לדוגמה, סוג זה של מד לחות נמצא בשימוש נרחב לשליטה בנקודת הטל במהלך התקשות חום של משטחי מוצרי מתכת בסביבת אוויר עם זיהומים מיוחדים. במקרים כאלה, מתן גישה נוחה למראה לצורך ניקוי רצוי במיוחד.
ייצור רגיש ללחות
תהליכי אריזה מיוחדים הנדרשים בייצור של תרופות, סרטים, ציפויים ומוצרים אחרים מנוטרים לעתים קרובות על ידי מדי לחות במראה צונן. שוב, הבחירה שלהם במקרה זה מושפעת מיציבות דיוק המדידה וחיי שירות ארוכים. יתרה מכך, מכיוון שתהליכים אלו נוטים להיות פחות רגישיםעלויות המכשיר, העלות הגבוהה של מדי לחות אלה אינה גורם מכריע בבחירת ערכת ניטור לחות.
גזים בטמפרטורה גבוהה ונקודות הטל שלהם
סוג זה של מד לחות נבחר לעתים קרובות כדי למדוד טמפרטורות נקודת טל מעל טמפרטורת הסביבה. מכשירי מראה צוננים שימשו כבר בשנת 1966 כדי לנטר תאי דלק מימן רקטי אפולו הפועלים ב-250°C ו-700 psi. עם טכנולוגיות קירור המראה התרמו-אלקטריות של ימינו, נמדדות בקלות נקודות טל של עד 100 מעלות צלזיוס (ומעלה, בהנחה שללחצים מעל הלחץ האטמוספרי). במקרים כאלה, כל משטחי תא המדידה של מד הלחות שנמצאים במגע עם דגימת הגז חייבים להיות בעלי טמפרטורה מעל נקודת הטל הצפויה הגבוהה ביותר, אחרת ייווצר עיבוי על משטחים אלו והמדידה תהיה שגויה.
במדדי לחות שנועדו למדוד את נקודת הטל של גזים בטמפרטורה גבוהה, מקובל להשתמש בתנורי חימום חשמליים מבוקרים תרמוסטטית כדי לשמור את קירות תא המדידה מעל נקודות הטל הצפויות הגבוהות ביותר. רכיבים אופטיים במצב מוצק כגון נוריות וגלאים נשמרים בטמפרטורת הפעולה הנומינלית שלהם (בדרך כלל 85 מעלות צלזיוס) כדי למנוע השפלה ונזק למד הלחות. ניתן להשיג זאת על ידי בידוד תרמי של רכיבים אלה מתא המדידה המחומם.
