фото 23227_1Гигрометры – это такие метрологические приборы, с помощью которых можно быстро определить процентное содержание водяных паров в окружающем атмосферном воздухе как в помещении, так и на улице.

Владельцы квартир или частных жилых домов уже давно покупают гигрометры, совмещённые с уличными и комнатными термометрами, и не задумываются об их устройстве, принципе работы.

В то же время, на крупных промышленных предприятиях в складских помещениях, к которым предъявляются повышенные требования к окружающему воздуху, используются более точные и проверенные временим гигрометры.

Каждый из типов данного оборудование имеет различное внутреннее устройство, от чего зависит принцип его работы, а также граничные условия при определении расчётных параметров. Ниже подробно описываются схемы и устройство гигрометров разных категорий.

Как устроен прибор для измерения влажности?

Все гигрометры, представленные в широкой продаже, либо поставляемые в специализированные лаборатории, вне зависимости от степени точности измерений и конструктивного исполнения, состоят из следующих основных и вспомогательных функциональных деталей:

  • фото 23227_3Корпус, или штатив, который оснащается подставкой для установки на столе, а также рамкой для крепления основных деталей оборудования.
  • Сенсоры, которые предназначены для реагирования на влажность воздуха и передачи механического, либо электрического сигнала на исполнительное устройство. В качестве сенсоров может выступать капроновая нить, полимерная тонкая мембрана, зеркальная пластина для сбора конденсата или пара термометров – влажный и сухой.
  • Исполнительное устройство со стрелкой, пружинным механизмом или электронным блоком, которое приводится в движение от импульса, передаваемого с сенсора.
  • Информационная шкала или LCD дисплей, на котором отображается показатели прибора – стрелки, либо электронного программного кода.
  • Противовес для стрелки – в механических гигрометрах, который позволяет вернуться детали на исходную позицию при обнулении настроек.
  • Для электронных влагомеров – панель управления, которая позволяет выставить текущие настройки и откалибровать устройство.
Как правило, гигрометр поставляется в продажу в сборе и в заводской упаковке. В случае, если потребителю приходится собирать данное устройство, к нему прилагается схема с пошаговой инструкцией и графическим описанием.

Элементы конструкции, датчики у разных видов

Учитывая, что первые механические гигрометры появились ещё много лет назад, сегодня на рынке представлены сотни моделей разных видов от многих производителей. Каждая модификация гигрометра имеет индивидуальное внутреннее строение.

Ниже приводится подробное описание особенностей, элементов, схем, конструкций, датчиков, исполнительных устройств и других конструктивных или функциональных частей каждой категории гигрометров, которые можно встретить в продаже, либо в испытательных центрах.

Волосные

Волосные являются одними из самых простых механических гигрометров, которые имеют следующее строение:

  • Штатив конструкции прибора в де вытянутой по вертикали прямоугольной рамки из стали или высокопрочного пластика
  • Подставка с прорезиненными ножками из того же материала, что и штатив.
  • Крепежи в верхней и нижней части штатива с резьбовыми затяжными элементами для крепления капронового шнура.
  • Капроновый шнур или волос, который натягивается между двумя фиксаторами и подсоединяется к пружинному механизму исполнительного устройства. Волос в данном приборе выполняет роль сенсора.
  • Исполнительное устройство в виде пружинного механизма, который приводится в действие при натягивании или ослабления волоса, в зависимости от изменения относительной влажности воздуха.
  • Стрелка, закреплённая на пружинном механизме и отклоняющаяся при его срабатывании.
  • Дугообразная градуированная шкала, на которой наносятся риски, обозначающие процентное содержание водяных паров в воздухе. При отклонении стрелки, её острый край показывает точно на текущее состояние измеряемого газообразного вещества.

фото 23227_4

Следует учесть, что волос для приборов рассматриваемой категории является расходным элементом и подлежит замене раз в 6 – 12 месяцев из-за физического износа, при условии эксплуатации оборудования в нормальных условиях.

Пленочные

Плёночные гигрометры сильно похожи по критерию принципа работы на волосные и отличаются наличием следующих конструктивных элементов:

  • Рамка и подставка для данного прибора выполняются с такой же формой, как для волосных гигрометров.
  • В нижней половине рамки, около одной из её вертикальных опор располагается кольцевой фиксатор, состоящий из двух колец разного диаметра и затяжного винта с контргайкой.
  • Полимерная мембрана натягивается на малое кольцо, таким образом, чтобы её края выступали за пределы фиксирующего элемента по всему периметру.
  • После натяжки плёнки, вся конструкции накрывается кольцом с большим диаметром и затягивается винтом, после чего крепится к штативу гигрометра.
  • В центре полимерной мембраны устаивается шайба, к которой крепится нить, соединяющая её с пружинным исполнительным механизмом. Кольцо с полимерной мембраной, в данном случае, выполняет роль сенсора.
  • К исполнительному механизму на шарнирной опоре фиксируется вертикальная стальная стрелка.
  • В верхней части устройства монтируется шкала, форма, размеры и количество делений на которой идентичны волосному гигрометру.
  • Готовая конструкция устаивается на пол или на стол при помощи прорезиненных вставок, а, в некоторых случаях. в верхней части перекладины рамы имеются проушины для фиксации к стене.

фото 23227_5

Плёночная мембрана, также, как и капроновый волос, подлежит физическому износу. В связи с этим, необходимо сразу запастись несколькими плёнками, чтобы исключить сбой настроек гигрометра и выдачу неверных показателей.

Весовые

Весовые гигрометры являются более сложным метрологическим оборудованием, чем предыдущие две категории данных приборов. В составе конструкции таких устройств лежат следующие основные и вспомогательные детали:

  • Весовой гигрометр также называется абсолютным, из-за своей конструкции и повышенной точности.
  • В качестве датчиков выступают от 2 до 4 стальных, либо стеклянных трубок с диаметром от 15 до 25 мм, имеющих U-образную форму и соединённых между собой гибкими шлангами.
  • Внутри трубок находится гигроскопическая субстанция, которая эффективно поглощает водяные пары из окружающего воздуха.
  • У основания крайней трубки располагается ручная или электромеханическая помпа, через которую прокачивается воздух. Именно для этого объёма воздуха требуется определить относительную влажность.
  • Система из трубок соединяется с исполнительных устройств, на котором устроены несколько стрелок с циферблатами, имеющими различные обозначения, для индикации результатов замера.
  • Для блокировки воздушной массы испытуемого вещества, на концах каждой из трубок располагаются ручные вентили.
  • Показания стрелок позволяют определить объём воздуха, массу всей системы до закачивания её увлажнённым газом из атмосферы и после его нагнетания, когда гигроскопическое вещество вытягивает из него молекулы воды.
  • По результатам простых измерений находится сначала абсолютная влажность воздуха, а, принимая во внимание его объём, вычисляется относительный параметр содержания водяных паров, в процентах.

фото 23227_6

Весовые приборы отличатся высокой степенью точности и, несмотря на широкое распространение цифровой метрологической техники по миру, до сих про часто используются в разных испытательных лабораториях.

Керамические

Керамические гигрометры относятся к товарам премиум-класса из числа повышенной ценовой категории, включают в себя следующий набор конструктивных элементов, которые обеспечивают замер влажности воздуха:

  • Корпус прибора совмещает в себе датчики и исполнительное устройство, а также индикаторы. Выполнен в виде плоского цилиндрического циферблата со стрелкой за стеклом.
  • С задней части стрелки располагается градуированная шкала, на которой нанесены риски, обозначающие влажность воздуха от 0% до 100%.
  • По мере вращения стрелки, её заострённый конец останавливается напротив одного из показаний на шкале, что означает количество водяных паров в измеряемом воздухе.
  • Внутри гигрометра располагается масса из керамических кристаллов, которые засыпаются между пластинами из токопроводящей стали. Данные элементы играют роль сенсоров.
  • Керамические кристаллы являются диэлектриками, а стальные пластины – проводниками, также, как и вода, содержащаяся в воздухе.
  • По мере провождения воздуха сквозь пористую засыпку, электролит в виде воды взаимодействует с металлом, после чего электрические импульсы приводят в движение круговую пружину с исполнительным механизмом.
  • По мере сжимания или ослабления пружины, стрелка с лицевой стороны метрологического оборудования начинает отклоняться и показывать точное содержание относительной влажности в воздухе.

фото 23227_7

При использовании данного высокоточного оборудования рекомендуется соблюдать предельную осторожность в связи с тем, что оно часто выходит из строя из-за ударных нагрузок и других импульсных механических воздействий.

Электролитические

Электролитические приборы работают по принципу анализа электрической проницаемости воздуха, которая увеличивается при насыщении его молекулами воды, так как данная жидкая субстанция является электролитом.

Данное оборудование представляет собой конструкцию, включающую в себя следующие элементы:

  • Корпус устройства представляет собой стеклянную или стальную полую трубку с внутренним диметром до 40 мм.
  • По внутреннему периметру трубки гигрометра клеится негорючий волокнистый изоляционный материал – минеральная или базальтовая вата, что исключает проникновение звуковых колебаний в контрольную камеру.
  • Покрытие из изоляторов покрывается жидким составом, проводящим электричество, чаще всего, соединением хлора с литием.
  • После нанесения электролита, трубка изнутри обрабатывается полимерными связующими веществами для повышения адгезии элементов.
  • На выходе из трубки устаивается обычный спиртовой или ртутный термометр для измерения температуры воздуха.
  • Когда в воздухе меняется влажность, либо повышается температура, электролит начинает увеличиваться, а размерах. В данном приборе жидкое электролитическое соединение является сенсором.
  • По мере увеличения объёма, электролит воздействует на подошву поршня, толкая его весте со штоком, который, в свою очередь, соединяется с исполнительным механизмом гигрометра – пружиной.
  • К пружине крепится стрелка, которая располагается внутри кругового циферблата со шкалой относительной влажности воздуха.
  • При нажатии на пружину, она сжимается, стрелка проворачивается и фиксируется на определённом делении циферблата.
  • Современные электролитические гигрометры могут оснащаться не только стрелочным, но и электронным циферблатом с LCD дисплеем.

фото 23227_8

Устройства для определения концентрации молекул воды в воздухе отличаются широким диапазоном измерений, так как электрический разряд проходит даже через почти сухие газообразные вещества, отображая точные показатели на индикаторе электролитического гигрометра.

Конденсационные

Конденсационные метрологические приборы для определения влажности воздуха часто используются как в помещении, так и на улице, потому что они могут работать при широком диапазоне температур. Данные устройства состоят из следующих конструктивных и функциональных элементов:

  • Конденсационные гигрометры сегодня используются преимущественно в лабораториях, так как, несмотря на повышенную точность показаний, они имеют слишком большие габариты и предполагают наличие мокрых процессов.
  • Внутри стальной цилиндрической коробки располагается набор пластин с посеребрением для достижения зеркального блеска. Данные зеркальные пластины являются сенсорами конденсационного гигрометра.
  • С торцевой стороны цилиндр диаметром до 100 – 150 мм соединяется с кольцом, на котором располагаются круговой циферблат и стрелка с пружинным исполнительным механизмом.
  • К одной из граней цилиндра приварен сосок из стальной трубки, на которой фиксируется полимерный шланг с грушей.
  • По мере нагнетания атмосферного воздуха при помощи груши в тело цилиндра, влага из него осаждается на поверхности зеркала в виде капелек воды или кристаллов льда, в зависимости от температуры воздушной среды.
  • Объём внутри цилиндра известен заранее, а, в зависимости от массы и скопившегося конденсата из воздуха, рассчитывается относительная влажность воздуха.
  • Исполнительное устройство реагирует на повышение давления внутри цилиндра, когда конденсат начинает вытеснять воздух, что приводит стрелку в движение.

фото 23227_9

Одной из главных сложностей при эксплуатации таких гигрометров является качество воздуха. Так, если на зеркале осаждаются капли загрязнённой влаги, то датчики быстро сбиваются, что приводит к неверным показателям. Чтобы исключить данные проблемы, конденсационное устройство должно проходить периодическую очистку и сервисное обслуживание.

Психрометрические

Психрометрические гигрометры являются одними из самых первых приборов для измерения влажности воздуха. Данные механизмы имеют очень простое строение и принцип работы:

  • На плоском, как правило, пластиковом прямоугольном штативе высотой до 300 – 400 мм и шириной до 100 мм размечается психронометрическая таблица. Данная информационная шкала представляет собой зависимость относительной влажности от разности показаний двух треморов – сухого и мокрого.
  • В качестве сенсоров выступают два термометра со спиртовым или ртутным содержимым, которые размещаются вдоль вертикальной плоскости штатива.
  • Один из термометров погружен в колбу с водой или влажную губку, из-за чего он называется мокрым.
  • Штатив закреплён на подставке с ножками для удобного размещения на горизонтальной плоскости.
  • По мере замера температуры воздуха в помещении, сухой термометр всегда показывает большее значение, чем мокрый.
  • Когда пользователю необходимо определить относительную влажность воздуха, ему достаточно снять показания последовательно с сухого и мокрого термометров, вычислить разницу между этими результатами, после чего подставить значения в психронометрическая таблицу.
  • Прибегая к методу интерполяции между 2 или 4 соседними значениями, легко вычисляется корректный показатель процентного содержания водяных паров в воздухе с минимальной погрешностью.
  • Некоторые психронометрические гигрометры также оснащаются индикатором уровня влажности мокрого термометра, который позволяет вовремя добавить воды в колбу или губку, чтобы показания были более точными.

фото 23227_10

Для снятия верных показателей, рекомендуется постоянно поддерживать мокрый термометр во влажном состоянии, путём замены губки или ванночки с водой. В случае высыхания, показания мокрого термометра сравниваются с сухим, что не позволяет пользователю получить разницу, и, как следствие, определить относительную влажность воздуха по психронометрической таблице.

Емкостный

Ёмкостные гигрометры также являются одними из старейших и практичных типов оборудования, которые состоят из следующего набора деталей:

  • В качестве сенсора для определения уровня влажности в атмосфере выступает тонкая полимерная мембрана, отличающаяся гигроскопичными свойствами.
  • С двух сторон плоской мембраны фиксируются металлические электроды, которые состоят из плотно сплетённых между собой волокон, обеспечивающих пористость токопроводящих элементов.
  • Вся конструкция из плёнки и электропроводящих контактов в виде сэндвича устаивается внутри пластикового корпуса на подставке.
  • По мере поглощения воды из воздуха, полимерная мембрана увеличивается в объёме, что вызывает изменение габаритов пор между электродами.
  • По мере насыщения диэлектрической среды молекулами воды, тензоры исполнительного устройства меняются в объёме, что приводит в движение пружину стрелочного индикатора.
  • С тыльной стороны стрелки гигрометра располагается шкала с показаниями относительной влажности воздуха, которая точно позволяет определить текущее содержание водяных паров.
  • Если относительная влажность воздуха падает, полимерный сенсор уменьшается в объёме, и исполнительное устройство приводит стрелку в движение в обратном направлении.

фото 23227_11
Ёмкостные устройства допускается собирать своими руками, при условии наличия соответствующего инструмента, простых пластиковых и стальных деталей, а также руководства по сборке и обработке каждого элемента.

Резистивные

Резистивные гигрометры отличаются повышенной сложностью сборки и высокой точностью, включают в себя следующие элементы конструкции:

  • Сенсорами в таком метрологическом приборе выступают 2 разнополюсных электрода, которые размещаются на диэлектрической плоской подложке.
  • Над подложкой фиксируется гигроскопичная мембрана с повышенной электропроводимостью.
  • По мере насыщения гигроскопичного слоя влагой, материал изменяется в объёме.
  • Датчики гигрометра имеют очень низкое сопротивление так как состоят из алюминиевых компонентов.
  • Сопротивление электродов меняется по мере насыщения гигроскопичного материала влагой, что позволяет получить сведения о её количестве в воздухе. Принцип действия таких гигрометров основан на анализе сопротивления токопроводящей среды при прохождении электрического заряда сквозь молекулы воды. Чем выше сопротивление, тем меньше относительная влажность воздуха, и наоборот.
  • Электроды с подложкой размещаются в корпусе из пластика или металла, по обеим сторонам которого имеются контактные выводы для сопряжения датчиков с исполненным устройством и электронным модулем.
  • Контакты соединяются с индикаторами, которые представляют собой циферблат со стрелкой или жидкокристаллический дисплей.
  • Такие гигрометры, как правило, работают от батареек или от подзаряжаемых аккумуляторов, расположенных в специальном отсеке с тыльной стороны. Простая конструкция делает их доступными для бытового использования.
  • Некоторые гигрометры резистивного типа оснащаются панелью управления с возможностью фиксации показателей.

фото 23227_12

Перед эксплуатацией резистивных гигрометров, рекомендуется заранее ознакомиться с руководством по эксплуатации, либо просмотреть несколько видео уроков и мастер-классов в сети от экспертов, которые часто делятся своими роликами с пользователями в открытом доступе.

Оптические

Оптические метрологические приборы для замера количества водяных паров в воздухе отличаются наличием высококачественных линз и состоят из следующих конструктивных, а также функциональных элементов:

  • Датчиком гигрометра, идентифицирующим количество влаги, выступает тонкая прямоугольная зеркальная пластина с посеребрением, на которой скапливается конденсат из воздуха если температура поверхности эквивалентна точке росы.
  • Над зеркалом располагается светодиод, генерирующий световой луч под углом 30 – 45 градусов по отношению к плоскости отражения.
  • Луч, направляемый со светодиода, отражается от плоской поверхности зеркала и улавливается фотоэлементом, распложенным строго вдоль траектории угла отражения, согласно законам оптики.
  • Когда луч света падает на зеркальную плоскость, температура материала незначительно повышается.
  • С тыльной стороны зеркала располагается модуль регулировки температуры, который определяет точку росы, что вызывает образование конденсата.
  • На зеркале также имеется датчик температуры, который реагирует на малейшие колебания температурно-влажностных параметров окружающей среды.
  • После выпадение конденсата, исполнительное устройство считывает значения температуры и количества абсолютной влажности воздуха, передаёт эту информацию на электронный блок.
  • В электронном модуле производит обработка информации, в соответствии с запрограммированным алгоритмом, формулами элементарной физики, и конечные данные поступают в виде цифрового кода на экран генриметра в виде процентного содержания влажности на единицу объёма окружающего воздуха.

фото 23227_13

Оптические приборы часто устанавливаются в складских помещениях с повышенными требованиями к климатическому и температурно-влажностному режиму, так как они позволяют определить количество водяных паров в воздухе с точностью до десятых и даже сотых долей процента.

Термисторные

Термисторные гигрометры – это высокотехнологичные механические или электрические метрологические приборы, отличающиеся точностью до 0,01%, конструктивная схема которых включает в себя следующие детали:

  • Термистор – это такой полупроводниковый элемент, электросопротивление которого постоянно меняется в прямо пропорциональной зависимости от изменения его температуры.
  • Гигрометры термисторного типа оснащаются парой идентичных термисторов, покрытых полимерной диэлектрической изоляцией.
  • Первый термистор запаивается в полностью герметичную камеру, в которую отсутствует доступ молекул воды.
  • Второй термистор помещается в такую же камеру, но с перфорированными стенками.
  • Оба термистора выступают в данном гигрометре в качестве чувствительных датчиков.
  • Компактный прибор в пластиковом корпусе на подставке, внутри которого располагаются две разные камеры с термисторами, устанавливается на столе.
  • Оба термистора реагируют на изменение температуры окружающего воздуха, но показывают разное значение.
  • Сухой термистор имеет электрическое сопротивление, которое отличается от аналогичного показания для влажного термистора на определённую величину.
  • Сведения о сопротивлении каждого термистора поступают в электронные блоки исполнительного устройства гигрометра.
  • При анализе разницы между показателями сопротивления, в соответствии с заложенным в электронный блок алгоритмом линейной зависимости между электрической проводимостью и количеством влажности.
  • Полученная информация обрабатывается в автоматическом режиме и передаётся на экран устройства.
  • Таким образом, чем выше разница между сопротивлениями термисторов, тем больше относительная влажность воздуха, и пользователь считывает данную информацию с экрана гигрометра.

фото 23227_15

Термисторные гигрометры сегодня тяжело встретить в широкой продаже, так как их давно вытеснили электронные / цифровые устройства. В то же время, в некоторых учебных или испытательных центрах такое оборудование стоит на балансе и прекрасно справляется со своими основными функциями.

Почему важно знать устройство?

Каждый покупатель и пользователь гигрометра должен знать его конструктивное исполнение, схему и принцип работы по следующим причинам:

  • Возможность беспроблемной эксплуатации гигрометра без обращения к профессионалам.
  • Возможность самостоятельной настройки поверки и калибровки гигрометра.
  • В случае выхода метрологического оборудования из строя, пользователь сможет самостоятельно провести мелкий ремонт или заменить расходный элемент.
  • Использование всего функционала каждого устройства для замера количества влаги в воздухе.
  • Оценка степени безопасности, точное знание климатических и температурно-влажностных ограничений, принятие решения о конечном выборе и приобретении устройства после определения целесообразности покупки рассматриваемой модификации.
  • Возможность самостоятельного сопоставления показателей с последующей оценкой погрешностей при использовании различной метрологической техники в лабораторных условиях.
  • Возможность передачи своего опыта, обучение пользователей, приобретение новых навыков в жизни.
  • Возможность самостоятельной разработки рабочих чертежей с последующей сборкой простого механического гигрометра своими руками, что позволяет существенно сократить расходы на приобретение приборов рассматриваемой категории с их последующим обслуживанием.

В случайны отсутствия знаний по схеме конструктивного исполнения гигрометра, потребитель рискует понести существенные расходы не только на осуществление его ремонта, но также и при поверке или калибровке оборудования, которое часто можно выполнить своими руками, не прибегая к услугам дорогостоящих специалистов из сервисного центра.

Заключение

Гигрометры для определения влажности воздуха в замкнутых или открытых помещениях и на улице, могут быть механическими или электронными. На рынке подостланы волосные, плёночные, конденсационные, термисторные, электролитические, ёмкостные, психрометрические и некоторые другие категории данного метрологического оборудование.

Все приборы отличаются индивидуальными особенностями и конструктивным строением, что определяет сферу их использования, степень надёжности и безопасности, климатические ограничения, точность измерений и другие параметры.

Перед выбором и покупкой гигрометра, рекомендуется заранее изучить особенности его конструктивного строения, чтобы понимать, насколько эффективно будет с ним работать, а также оценить приблизительные затраты на ремонт и сервисное обслуживание, поверку, калибровку.