Ćwiczenie 105 Temat: POMIAR WILGOTNOŚCI POWIETRZA ZA

Ćwiczenie 105
Temat: POMIAR WILGOTNOŚCI POWIETRZA ZA POMOCĄ
PSYCHROMETRU ASPIRACYJNEGO ASSMANNA.
I. Literatura:
1. Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki. Praca zbiorowa pod redakcją Tadeusza
Rewaja.
2. http://labor.zut.edu.pl/tabps.pdf - tablice psychrometryczne.
3. http://labor.zut.edu.pl/prpary.pdf - prężność pary - tabela
II. Tematy teoretyczne:
1. Parowanie cieczy, para nasycona i nienasycona, prężność pary, zjawisko rosy.
2. Wilgotność względna i bezwzględna, metody wyznaczania wilgotności powietrza.
III. Metoda pomiarowa:
Wilgotność względną powietrza wyznaczamy czterema metodami:
a) wilgotność w1 -za pomocą psychrometru aspiracyjnego Assmanna
korzystając ze wzoru p=pm - 0,5(ts-tm) i tablicy umieszczonej w skrypcie
(Lit. 1), w której umieszczono wartości prężności pary wodnej nasyconej w
różnych temperaturach
b) wilgotność w2 -korzystając ze wskazań termometru suchego i mokrego oraz
tablic psychrometrycznych umieszczonych na stanowisku i w Internecie (Lit. 2),
c) wilgotność w3 -za pomocą higrometru włosowego
d)wilgotność w4 -za pomocą higrometru pojemnościowego
IV. Zestaw przyrządów:
Psychrometr aspiracyjny Assmanna, higrometr włosowy, barometr rtęciowy,
higrometr elektroniczny (pojemnościowy)
V. Kolejność czynności:
Uwaga: czynności opisane w podpunktach a-f oraz n-p muszą być wykonane w
laboratorium, pozostałe podpunkty można opracować w domu.
1
Oznaczenia stosowane w tej instrukcji:
p0 – prężność pary nasyconej w temperaturze wskazywanej przez termometr suchy ts
(potrzebna w punkcie j tej instrukcji)
p – prężność pary nienasyconej w temperaturze wskazywanej przez termometr suchy ts
(potrzebna w punkcie j tej instrukcji)
pm – prężność pary nasyconej w temperaturze wskazywanej przez termometr mokry tm
(potrzebna w punkcie h tej instrukcji)
a) Zwilżyć muślin nałożony na zbiorniczek rtęci jednego z termometrów.
Muślin znajduje się na zbiorniczku rtęci, pod odkręcaną metalową nasadką
b) Uruchomić pompkę, nakręcając sprężynę mechanizmu zegarowego.
c) c) Obserwować wskazania termometru mokrego i zanotować najniższą
temperaturę tm. Zazwyczaj trzeba kilka razy nakręcić mechanizm
sprężynowy wiatraczka, aby maksymalnie schłodzić termometr.
d) Zapisać temperaturę termometru suchego ts.
e) Czynności z punktów a - d powtórzyć co najmniej pięciokrotnie.
f) Z barometru znajdującego się w laboratorium odczytać wartość ciśnienia
atmosferycznego b.
g) Z tablicy XIII w skrypcie (Lit. 1, str. 496) (http://labor.zut.edu.pl/prpary.pdf) odczytać
prężności pary nasyconej dla dwóch temperatur:
Sposób odczytu z tablicy, z zastosowaniem aproksymacji, wartości pm i
wartości p0 podany jest na końcu tej instrukcji
h) Ze wzoru
p = p m − 0,5 ⋅ (t s − t m ) ⋅
b
755
obliczyć prężność pary nienasyconej p w temperaturze wskazywanej przez
termometr suchy.
i) Obliczyć niepewność prężności pary nienasyconej p ze wzoru
t −t 
b 
b 



2
2
2
u ( p ) = u ( p m ) +  0,5 ⋅
 ⋅ u (t s ) +  0,5 ⋅
 ⋅ u (t m ) +  0,5 ⋅ s m  ⋅ u (b)
755 
755 
755 



2
2
2
2
Niepewności standardowe u(ts), u(tm) i u(pm) obliczyć ze wzorów:
u(t s ) =
∆t s
3
, u(t m ) =
∆t m
3
, u( pm ) =
∆pm
3
Δts, Δts - dokładność użytych termometrów,
Δpm- połowa różnicy między dwiema sąsiednimi wartościami pm możliwymi do
odczytania z tablicy XIII (patrz przykład podany na końcu instrukcji)
2
j) Obliczyć wilgotność względną w1 każdego pomiaru ze wzoru
w1 =
u 2 ( p) u 2 ( p 0 )
+
;
p2
p02
oraz jej niepewność u B (w1 ) = w1 ⋅
i,
u( p0 ) =
∆p 0
3
p
⋅100%
po
u ( p ) - obliczone w punkcie
Δp0 - połowa różnicy między dwiema sąsiednimi
;
wartościami p0 możliwymi do odczytania z tablicy XIII (patrz przykład podany na końcu
instrukcji)
k) Obliczyć wartość średnią w 1 tak obliczonej wilgotności względnej.
l) Obliczyć niepewność standardową typu A wartości średniej w 1
n =5
u A ( w1 ) =
∑ (w
i =1
1i
− w1 )
5 ⋅ (5 − 1)
2
; 5 − liczba
pomiarów
średnią wartość niepewności typu B:
u B1 ( w1 ) + ... + u B 5 ( w1 )
5
wartości średniej w 1 :
u B ( w1 ) =
oraz niepewność całkowitą
u ( w1 ) =
u A2 ( w 1 ) + u B2 ( w 1 )
m) Obliczyć wilgotność względną w2 korzystając z tablic podanych w
Internecie http://labor.zut.edu.pl/tabps.pdf lub tabel przy stanowisku
pomiarowym. Z tabeli tej odczytujemy wilgotność względną w %.
n) Odczytać wilgotność względną w3 powietrza z higrometru włosowego
o) Odczytać wilgotność względną w4 powietrza z higrometru elektronicznego.
p) Określić niepewności maksymalne wyznaczonych wilgotności względnych
w 3 i w 4.
q) Porównać i ocenić wartości wilgotności otrzymane różnymi metodami
3
Tabela pomiarów i wyników:
N
r
tm
ts
[oC] [oC]
po
[mm
Hg]
pm
[mm
Hg]
p
[mm
Hg]
w1
[%]
w1
[%]
w2
[%]
w2
[%]
w3
w4
[%]
[%]
1
2
3
4
5
Niepewności u(w):
b[mmHg]=..........................
(ciśnienie atmosferyczne)
Niepewność maksymalna odczytu z higrometru elektronicznego podana przez
producenta wynosi 2,5%.
Przykład wyznaczania prężności i jej niepewności przy pomocy
tablicy XIII. (http://labor.zut.edu.pl/prpary.pdf)
Mamy wyznaczyć prężność pary nasyconej dla przykładowej temperatury
termometru mokrego tm=16,30C. Z tabeli możemy odczytać:
- dla temperatury t1= 160C
pm1 =13,63
0
- dla temperatury t2 =17 C
pm2=14,53
0
0
0
oznaczę
Δt=tm-t1=16,3 C- 16 C=0,3 C
zatem:
p m = p m 1 + ( p m 2 − p m 1 ) ⋅ ∆ t = 13 , 63 + (14 ,53 − 13 , 63 ) ⋅ 0 ,3 = 13 . 9
a niepewność tego odczytu-( połowa różnicy skrajnych wartości):
pm 2 − pm1
= 0,45
2
Prężność pary nasyconej p0 dla temperatury wskazywanej przez termometr
suchy, wyznaczamy w sposób analogiczny.
∆p m =
4