Как работает и что измеряет психрометр

Влажность воздуха напрямую влияет на здоровье, работоспособность, срок службы мебели и оборудования. Поэтому важно следить за этим показателем как в жилых помещениях, так и в офисах, на производстве. Существует несколько методов контроля, и одним из самых надежных считается использование психрометра. Рассмотрим подробнее его принцип работы, как он устроен, сферы применения психрометра, его основные преимущества и недостатки.

Что такое психрометр

Психрометр – это высокоточный прибор для измерения температуры воздуха и уровня относительной влажности, то есть отношения фактического количества водяного пара к максимально возможному. Абсолютную влажность психрометр не измеряет, но его данные можно использовать для её расчёта. 

Принцип действия психрометра основан на сравнении температуры обычного термометра и термометра с увлажненной поверхностью. 

Прибор используется в профессиональной метеорологии и климатологии, на промышленных предприятиях и в технологических процессах, реже – в быту, где удобнее применять более простые измерительные устройства.

Принцип работы психрометра: чистая физика

Физический принцип действия измерителя основан на использовании сухого и влажного термометров, обычно ртутного или спиртового типа. Первый фиксирует фактическую температуру воздуха. Второй снабжен тканевой оболочкой, пропитанной водой из небольшого резервуара. Благодаря испарению жидкости показания смоченного термометра всегда ниже, чем у «сухого».

Разница возникает из-за того, что при испарении вода поглощает тепло, и температура поверхности, с которой происходит испарение, снижается. Скорость этого процесса напрямую зависит от содержания водяных паров в воздухе: чем суше окружающая среда, тем быстрее испаряется влага и тем заметнее падение температуры на «мокром» термометре.

Таким образом, показатель влажности определяется, исходя из разницы делений на шкале двух термометров. Чем больше эта разница, тем суше воздух; чем она меньше, тем выше относительная влажность.

После того как получены значения с термометров, для определения влажности воздуха используют специальную психрометрическую таблицу, которая прилагается к прибору.

Виды психрометров

Сегодня применяют три основных типа устройств, которые отличаются конструкцией и способом работы.

1. Стационарный психрометр (Августа) состоит из сухого и мокрого термометров, закрепленных на прочном основании. Один из них используется в обычном виде, второй обернут влажной тканью, конец которой погружен в емкость с водой. Минус стационарного прибора заключается в том, что точность показаний зависит от движения воздуха: чем слабее поток, тем медленнее происходит испарение и тем менее корректен результат.
2. Аспирационный – имеет более сложное устройство конструкции, чем стационарный психрометр. Здесь термометры находятся в защитном корпусе. Испарение обеспечивается за счёт постоянного обдува вентилятором, который создает воздушный поток около 2 м/с. Благодаря этому прибор не зависит от внешних факторов, что делает его максимально точным.
3. Дистанционный психрометр основан на электронных технологиях. В нём вместо ртутных термометров применяются электрические датчики – термисторы, термопары или манометрические системы. Один датчик работает в обычном режиме, другой увлажняется, чтобы зафиксировать разницу температур. Такой принцип действия позволяет проводить измерения на расстоянии и интегрировать прибор в автоматизированные системы контроля.

Применение психрометров в различных сферах

Психрометр – важный инструмент для метеорологии. Прибор входит в базовое оснащение метеостанций и применяется для регулярных наблюдений за состоянием воздуха. Но его применение не ограничивается только этой сферой.

• В промышленности психрометры необходимы для поддержания и контроля условий, при которых технологические процессы протекают наиболее эффективно. Зная уровень относительной влажности воздуха, специалисты могут корректировать настройки оборудования, проводить точную калибровку приборов, а также регулировать состав и концентрацию веществ в химическом производстве, с учетом полученных показаний.
• На складах приборы используются для поддержания стабильного микроклимата. Особенно это актуально для хранения продуктов питания, электронной техники и других категорий товаров, чувствительных к изменению влажности.
• В сельском хозяйстве психрометры используют для контроля влажности воздуха в теплицах и парниках, что помогает создавать оптимальные условия для прорастания семян, быстрого роста и правильного развития растений.
• В строительстве такие приборы нужны для отслеживания уровня влажности во время сушки бетона, штукатурки, обоев и других материалов. Это снижает вероятность трещин, деформаций и образования плесени, что напрямую влияет на качество и долговечность строительства.
• В лабораториях и научных центрах психрометры нужны для точного контроля параметров воздуха при экспериментах. Стабильная влажность особенно важна для химических и биологических исследований, где даже небольшие отклонения определяют результат.
• В системах кондиционирования, увлажнения и климат-контроля психрометры применяются для точного измерения уровня влажности воздуха, что позволяет поддерживать в помещениях оптимальные условия для человека. Правильный баланс влаги напрямую влияет на самочувствие, качество сна и работоспособность, а также помогает сохранить мебель, отделочные материалы и бытовую технику. Особенно это актуально при сухости воздуха в отопительный сезон, который в Москве и северных регионах длится не менее полугода.

Преимущества и недостатки психрометра

Психрометры считаются одними из самых точных приборов для измерения влажности воздуха. Их используют даже для калибровки электронных гигрометров и других измерительных устройств. Однако, как и у любой техники, у них есть свои плюсы и минусы.

Преимущества:

• Долговечность – при аккуратном обращении прибор может служить десятки лет без потери качества работы.
• Простая конструкция – прибор устроен просто и понятно, работает за счет физических законов.
• Полная автономность – не нужны батарейки, питание или электроника, прибор работает на процессах физики.
• Универсальность – может применяться как в быту, так и в метеорологии, сельском хозяйстве и промышленности.
• Стабильность показаний – в отличие от некоторых электронных устройств, не подвержен сбоям из-за перепадов напряжения или помех.

Недостатки:

• Необходимость дополнительных расчётов – данные нужно сверять с таблицами или использовать физические формулы.
• Влияние внешних факторов – точность сильно зависит от движения воздуха и уровня атмосферного давления, поэтому важно учитывать, при слабой вентиляции или определенной погоде психрометр показывает неточные результаты.
• Медленный процесс – чтобы получить корректный результат, нужно время на испарение влаги, тогда как электронные приборы показывают данные сразу.

Альтернативы психрометру

Помимо психрометров, определить уровень влажности воздуха можно с помощью других устройств: электронных датчиков, влагомеров и гигростатов. Эти приборы могут быть как специализированными, рассчитанными на работу в конкретных отраслях промышленности, так и универсальными, подходящими для широкого спектра задач. Отличия между ними заключаются, в частности, в рабочем температурном диапазоне и площади, на которую распространяется контроль.

Особое место занимают гигростаты. В отличие от простых измерителей, они способны не только фиксировать уровень влажности, но и автоматически управлять климатическим оборудованием. Например, при достижении заданного уровня влажности гигростат может самостоятельно отключить увлажнитель, предотвращая избыточное насыщение воздуха влагой.

Заключение

Психрометр – это один из наиболее точных инструментов для определения уровня влажности воздуха. Он состоит из двух термометров – сухого и влажного – и таблицы для определения показания относительной влажности.

Психрометр применяют в метеорологии, сельском хозяйстве, промышленности и системах климат-контроля, где требуется достоверная информация о состоянии окружающей среды.

Надежность и высокая точность делают психрометр эталонным прибором, который используют даже для калибровки других средств измерения. Среди других преимуществ устройства – простота конструкции, долговечность и независимость от источников питания.

В то же время работа с психрометром требует времени и использования таблиц для расчетов, а точность показаний во многом зависит от условий эксплуатации. Поэтому сегодня, наряду с психрометрами, всё чаще применяются современные электронные датчики и гигростаты, которые позволяют получать результаты быстрее и удобнее, а также автоматически контролировать работу систем.