Ćwiczenie 1

Metody i techniki badań materiałów
Ćwiczenie 1
OCENA PARAMETRÓW POWIETRZA
Cel ćwiczenia: Ocena parametrów powietrza (temperatura i wilgotność względna) za pomocą psychrometru
aspiracyjnego Assmana.
Temperatura – jedna z wielkości fizycznych w termodynamice, będąca miarą stopnia nagrzania ciał.
Temperaturę można ściśle zdefiniować tylko dla stanów równowagi termodynamicznej. Jeśli dwa ciała
mają tę samą temperaturę, to w bezpośrednim kontakcie nie przekazują sobie ciepła. Gdy temperatura dwu ciał
jest różna, to następuje przekazywanie ciepła z ciała o temperaturze wyższej do ciała o temperaturze niższej, aż
do wyrównania się temperatury obu ciał.
Pierwsi konstruktorzy termometrów i skal temperatury opierali swe skale na znanych im zjawiskach –
np. zmiana temperatury jest proporcjonalna do zmiany objętości cieczy (alkohol, rtęć). Np. w skali Celsjusza
przyjmuje się, że 0 °C odpowiada temperaturze zamarzania wody, a 100 °C to temperatura wody wrzącej pod
normalnym ciśnieniem. W tak skonstruowanych skalach mogą występować ujemne wartości temperatury.
Skala Kelvina (skala bezwzględna) jest skalą termometryczną absolutną, tzn. zero w tej skali oznacza
najniższą teoretycznie możliwą temperaturę, jaką może mieć ciało. Jest to temperatura, w której ustały wszelkie
drgania cząsteczek. Temperatury tej praktycznie nie da się osiągnąć. W skali Kelvina nie używa się pojęcia
"stopień". Niepoprawne określenie "stopień Kelvina" zastąpiono nazwą "kelwin".
Temperatura w stopniach Celsjusza (t) – temperatura w kelwinach (T):
T = t + 273,15 , K
W USA w dalszym ciągu używa się stopni Fahrenheita. W tej skali temperatura
zamarzania wody jest równa 32 °F, a temperatura wrzenia wody to 212 °F.
Temperatura w stopniach Fahrenheita – temperatura w stopniach Celsjusza:
5
t = ⋅ (t F − 32) , °C
9
9

t F =  ⋅ t + 32  ,
5


°F
Sposoby pomiaru temperatury:
1. W zależności od interakcji pomiędzy obiektem pomiarowym a czujnikiem pomiarowym:
a) pomiar dotykowy (kontaktowy) – czujnik (termometr) styka się z obiektem, którego temperaturę mierzymy;
b) pomiar bezdotykowy (bezkontaktowy) – poprzez pomiar parametrów promieniowania elektromagnetycznego emitowanego przez rozgrzane ciało (promieniowanie cieplne) np. długości fal, ilości emitowanej
energii przez obiekt.
2. W zależności od wykorzystanych do pomiaru własności fizycznych czujnika pomiarowego, wyróżnić można
pomiar z wykorzystaniem zjawisk:
a) odkształcenie metalu;
b) wytwarzanie napięcia elektrycznego na styku dwóch metali (termopara) w różnych temperaturach;
c) zmiana rezystancji elementu (termistor);
d) zmiana parametrów złącza półprzewodnikowego (termometr diodowy);
e) zmiana objętości cieczy, gazu lub długości ciała stałego (termometr, termometr cieczowy);
f) zmiana parametrów promieniowania cieplnego ciała (pirometr);
g) zmiana barwy – np. barwa żaru, barwa nalotowa stali, farba termoczuła.
Wilgotność powietrza – zawartość pary wodnej w powietrzu.
Wilgotność maleje wraz z wysokością n.p.m. Na wysokości 5 km stanowi średnio 10% swej wielkości
na poziomie morza. Wilgotność powietrza można scharakteryzować podając jeden z poniższych parametrów:
a) Wilgotność bezwzględna – masa pary wodnej w gramach w 1 m3 powietrza;
b) Wilgotność względna – stosunek prężności pary wodnej zawartej w powietrzu do prężności pary
nasyconej przy danej temperaturze i ciśnieniu;
c) Temperatura wilgotnego termometru – różnica temperatury otoczenia i odczytywanej na owiewanym
strumieniem powietrza termometrze owiniętym wilgotną tkaniną (parowanie obniża
jego temperaturę), przy czym intensywność parowania, a więc i wielkość różnicy obu
temperatur zależy od wilgotności powietrza.
Opracowanie: doc. dr inż. Marek Idzik
Metody i techniki badań materiałów
Psychrometr aspiracyjny Assmana
Pomiar wilgotności względnej powietrza psychrometrem aspiracyjnym polega na wykorzystaniu
zjawiska parowania wody i pomiarze ciepła parowania.
5
6
1
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Termometr „suchy”
Termometr „wilgotny”
Tkanina zwilżająca
Przepływ powietrza
Wentylator promieniowy
Napęd wentylatora - mechaniczny (sprężyna)
lub elektryczny (silniczek)
Intensywność parowania wody w określonej temperaturze zależy od zawartości pary wodnej
w powietrzu. Gdy wilgotność otaczającego powietrza jest mniejsza niż 100%, woda parując pobiera ciepło
i temperatura wskazywana przez termometr zwilżany jest niższa. Obniża się ona do momentu ustalenia
równowagi cieplnej między ilością ciepła pobieraną od zbiorniczka termometru zwilżonego i ilością ciepła
pobieraną z otaczającego powietrza, którego wilgotność chcemy ustalić.
Określenie wilgotności względnej dokonuje się przy użyciu tablic psychrometrycznych, wykorzystując
odczytane dwie wartości temperatur.
Zadania do wykonania:
1.
2.
3.
Wyznaczenie wilgotności względnej powietrza za pomocą psychrometru Assmana w dwóch
pomieszczeniach laboratoryjnych przy wykorzystaniu tablicy psychrometrycznej oraz na podstawie
obliczeń z wzoru.
Opracowanie wyników pomiarów.
Wykonanie sprawozdania.
Wilgotność względną ϕ (w %) danego pomieszczenia
przyjmuje się jako wartość średnią z trzech wyznaczonych
wilgotności względnych w tych pomieszczeniach.
1
ϕ = ⋅ ∑ ϕi
3
Na podstawie odczytanych temperatur termometru suchego
i mokrego można obliczyć wilgotność względną dwoma sposobami:
a) za pomocą tablicy psychrometrycznej;
b) za pomocą wzoru:
ϕ=
Pm − A ⋅ Ph (t s − t m )
⋅100%
Ps
Pm – ciśnienie pary nasyconej w temp. tm , hPa
Ps – ciśnienie pary nasyconej w temp. ts , hPa
Ph – ciśnienie atmosferyczne w pomieszczeniu , hPa
A – stała dla psychrometru Assmana (0,000677)
ts – temperatura na termometrze suchym, °C
tm – temperatura na termometrze mokrym, °C
Wartości ciśnień pary wodnej
w zależności od temperatury powietrza.
Temperatura, °C
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Ciśnienie, hPa
12,278
13,224
14,023
14,973
15,981
17,049
18,177
19,372
20,634
21,967
23,378
24,867
26,434
28,088
29,834
31,672
Opracowanie: doc. dr inż. Marek Idzik