制御機器、計測機器の製造。 プラクティショナー-NC

高温測定では、水分を含む気体（湿潤）、空気、混合気体が測定対象となります。 湿った汚染されていない空気は、乾燥した空気と水蒸気の二元混合物と考えることができ、非常に広い範囲での水蒸気含有量の変化によって特徴付けられます。 大気 2-10-6 から 4-5 体積％）。 臨界温度 タカ大気を構成するすべてのガスの割合は非常に低いです。 知られているように、臨界温度を超えると ( T>TK) 気体は、どのような圧力でも気体状態にしかなりません。 ガスの温度が臨界温度に比べて高く、ガスの圧力が飽和圧力に比べて低いほど、ガスは臨界圧力に近づきます。 物理的特性理想気体へ。 したがって、通常の温度と圧力では、湿ったガス混合物と空気、およびその成分は、ほとんどの実際的な問題に対して十分な精度で理想気体の法則に従います。

A)4 ダルトンの分圧の法則:

P=£円周率.

ここで、p は総ガス圧力です。 K- 理想気体の混合物の成分の総数。 рt は £ 番目の成分の分圧です。

この法律によると、総（気圧）気圧は次のようになります。

どこ rs、Є - それぞれ乾燥空気と水蒸気の分圧。

B) 理想気体の状態方程式: ピビ= リティ,

ここで、Pi Vi、Ti - ガスの圧力、体積、熱力学温度 (°K)。 Ri は i 番目のガスの比ガス定数です。

特定の気体定数は普遍気体定数に関係します R比率 リ= R/ ミ (MІ - i 番目のガスの分子量)。 特定の気体定数の値は次のとおりです: 乾燥空気の場合 Rc = 287m2/(sec2 ■度)、水蒸気用 ル = =461m2/(秒2度)、のために 湿った空気 R.B.湿度によって異なります。

実際、空気とガスの混合物は非理想気体であり、その特性と理想気体の特性からの偏差は、一般に温度が低下し、圧力が上昇するにつれて大きくなります。 純粋な実在気体の状態方程式は、次の形式で書くことができます (L. 6-1]

PV/RT=Z(p, T),

どこ Z- 圧縮率係数。圧力 p と温度 T の関数です。この関数はビリアル状態方程式で記述されます。

PV/RT= 1 +BIV+CIV2+p/V3+

どこ B、C、D- それぞれ、2 番目、3 番目、4 番目など - 分子のペア、三重項、四重項などの間の相互作用による理想気体の状態方程式からの逸脱を特徴付けるビリアル係数。 オッズ で、と、 D... は温度 T のみの関数であり、 化学的性質このガス。 それらは理論的な計算または実験によって決定されます。 ビリアル方程式を使用して計算された湿った空気の特性には、理想気体で得られた値からの偏差があります。 通常の状態では、これらの偏差は重要ではありません。

ガスの湿度を特徴付けるいくつかの量 (湿度特性) は、水蒸気によるガスの飽和状態を特徴付ける飽和弾性 (最大弾性) E に関連しています。 臨界温度 (水の場合 Ti = 647.30 °K = +374.15 °C) を下回る温度では、水は液体、気体 (水蒸気の形)、固体 (氷) の 3 つの相で気体に含まれることがあります。 状態図上の水の三重点は、3 つの相すべての平衡に対応し、座標を持ちます。 テレビ==273.16°K (fc=+0.01°C) およびρ=610.6 n/m2 (6,1114ミリバール）。この時点で、水と氷上の飽和弾性は同じであり、次と等しくなります。 rv-湿度測定で重要なのは、以下の温度での湿度測定です。 T0水蒸気は水または氷と動的平衡状態にあります。 一定の温度で T<То 水と氷に対する飽和を考慮する必要があり、純粋な過冷却水の平面に対する水蒸気の最大弾性値 (£) は、純粋な氷に対するこの弾性値よりも大きくなります。 （食べる）つまり EB>E¡

飽和弾性率 エヴそして 食べたは温度の関数です Tそしてプレッシャー Rガス; 10未満の圧力で kgf/cm2それらは 1 つの変数 T の関数として考えることができます。関数を説明するには E B (7*) および エル(T)数多くの公式が提案されている。

それらの一部はクラウジウス-クラペイロン方程式に基づいており、水から水蒸気への転移は次の形式になります。

DELdT _ LdT E ~ARn T2 k Ts "

どこ L- 比蒸発潜熱; K= あーる- 定数 (L - 仕事の熱等価、 Rn- 水蒸気の比ガス定数)。

E L / 1 1

どこ エヴ- 温度における飽和弾性 T0。より正確な式では、L の温度依存性が考慮されています /:

£=£o+ (Срп-сБ)/,

どこ 午後-"意味 L- i/=0℃で; 履歴書„ - 一定圧力における水蒸気の比熱容量。 sv - 水の比熱容量。 Cpとsiの値は温度に依存しないと考えられます。

式(6-1)

n を使用して /" を計算できます。>: 置換される可能性があります Lの上 LC- 昇華の比潜熱 (遷移: 氷-水蒸気)。

実際には、通常は経験的な依存関係が使用されます。 E(T)。最も一般的なものの 1 つ (マグナス式) は次の形式です。

で

E= J0106+",

どこ T- 温度、℃; ああ、 B- 異なる意味を持つ定数 E Eと E L.

定数 o、b の値、および £b と £b を計算するための他の多くの経験式 食べたは |[L. 0-9]。 世界気象機関 (WMO) は 1961 年に、最も正確なものとして次の公式を推奨しました。

6. IVMO によって採用された定義によると、圧力下での湿った空気の露点 (氷) の熱力学温度 Tv (t) Rと混合比 D同じ圧力 p で水 (氷) に対して飽和した湿った空気が、指定された混合比に等しい混合比を持つ温度です。 D. したがって、露点 (氷) は、湿ったガスが水 (氷) の平らな表面に対して完全に飽和するまで等圧冷却された場合にかかる温度に等しくなります。湿った空気の同じ状態の場合、 t<0°С, точка росы всегда ниже точки льда тв<тл.

G) 相対湿度

7. 相対湿度 cp は、ガスの実際の湿度と、特定の温度での飽和に対応する最大可能湿度の比に等しくなります。 したがって、値 f は水蒸気によるガスの飽和度を特徴づけるため、科学技術の多くの分野で使用されます。 一定の相対湿度における絶対湿度の値は温度の関数です。 相対湿度は、相対単位 (0^"tp^l) またはパーセンテージ (0^f^100%) で表されます。これは、上で説明したさまざまな湿度特性を使用して計算できます。最新の WMO の定義によれば、相対湿度 ( rw）は、同じ温度と圧力の値で空気が水（氷）に対して飽和しているときのモル分率に対する、研究中の空気の水蒸気のモル分率として表されます。また、値<р можно вычислить по отношениям следующих ве­личин для исследуемого и насыщенного воздуха: абсо­лютной влажностиあ、弾性 え、混合物dと比湿度の比 Q. 対応する数値（fa、fe、 (PD, Fs) はそれぞれ若干異なります。 相対湿度は、露点温度 t およびガス温度 t (t^r) と次の関係にあります。

ここで、Em は温度 t における飽和蒸気圧です。 エト- 温度 t における飽和蒸気圧。 実際には、相対湿度を計算するには、参照表または図から得られる飽和蒸気圧 E の値が最もよく使用されます。 今後は、特別なご予約がない限り、以下のとおり対応させていただきます。

V、%> = ?■%>=-§- 100 = s100。

-0 °C 未満の温度では、この値は水と平衡にある水蒸気について決定できます (<рБ) или льдом (фл). Так как"для одной и той же температу­ры彼女＞食べて、その場合は常に fv^fl - 一般に受け入れられている定義は、 - 相対湿度 - に応じた任意の温度です。 イブ;以下では、留保がない場合、暗黙的に Ср = ь- となります。

上記のリストには、あまり一般的に使用されないいくつかの量、たとえば次のような量は含まれていません。 D(欠点 - 飽和) - (ガスの特定の状態に対する) 可能な最大弾性と実際の弾性の差 - ガスの D= E-Є, そして値 E の選択に関しては > B相対湿度に対する考慮の強さ。 露点不足 - ガスの温度とその露点の差。 水の堆積層 - § 9-2 を参照。 しかし、異なる測定単位で表される特性が 6 つまたは 7 つ存在するだけでも、重大な不都合が生じます。 特に、この状況により、湿度計の統一が妨げられています。既存の計器には、異なる単位で目盛りが付けられています。

■したがって、湿度特性の数を減らし、そのうちの 1 つを主要な特性として強調しようとするのはごく自然なことですが、さまざまな特性を比較評価する基準は、計算やデータの取得の容易さ、測定ツールの作成の可能性、および測定ツールの作成の可能性です。適用範囲、特にアプリケーションの可用性。この特性が唯一可能な特性です。 最も重要な品質特徴 - その保守主義、つまり保存。 さまざまなプロセス中。 この観点から、米国では混合比を基準値として選択しています。 D. この特性を使用する場合、値を決定したガスの温度と圧力を示す必要はありません。 D. さらに、「[L. 6-3] 相対湿度と露点を保存することが提案されました。最後の 2 つの特性により、水蒸気の弾性を計算することができます。」

さまざまな湿度特性を結び付ける依存関係は、理想気体の特性に基づいて簡単に導き出すことができます。 G1pi これはガスパラメータからの遷移です 、RGTに 溝、テレビ条件が満たされる:

Vn = V - - їг-。 たとえば、絶対湿度の値は Аi です。 私

Г0= 273°K および /?0-760 のガスに関連する STI mmHg 美術。、

等しい: aa=a- ダルトンの法則に基づいて、次のようになります - Ｒ「 €

遅延乾燥ガス rs式から判断する pc=p- E、そして E= すするそして パソコン= Scp (SN, Sc- 水蒸気と乾燥ガスのモル dbl)。

理想気体の状態方程式は次のように書くことができます。 水蒸気の場合

(R- e) V = tj- RT、

EV=mw

乾燥ガス用

IGL cW----- ---

ここで、m、M は質量と分子量、下付き文字「p」と「s」は水蒸気と乾燥ガスを指します。

■水蒸気と乾燥ガスの分子量の比は、それらの密度の比pp/pcに等しく、y=MjJMc,=pp/.pcで表されます。 空気の場合、v = = 0.62198 (計算では v = 0.622) となります。

テーブル内 6-2 - 与えられた方程式に基づいて計算された、湿度の主な特性とそれらの間の関係を示します。

空気の湿度は、人の健康状態や快適さ、不快さの状態を決定するパラメータの 1 つ (温度、気圧と同様) です。 同時に、さまざまな産業で使用されるプロセスガス（空気、窒素、アルゴン、酸素、水素など）の湿度や 農業製品の品質（そして多くの場合、量）に決定的な影響を与えます。 したがって、ガス湿度を測定するタスクは非常に一般的であり、関連性があります。 この作業では、湿度測定で使用される基本的な用語と量、湿度の測定方法、およびこの場合に発生するいくつかの問題と誤差について簡単に検討します。

ガス湿度の測定単位

ガスの水分含有量を定量化するには、多くの特性が使用され、科学技術の特定の分野では、そのうちの 1 つまたは別の特性が主に使用されます。 最も一般的に使用される単位は、相対湿度パーセント、露点 (摂氏)、絶対湿度 (g/m3 単位)、体積含水率 (体積パーセントまたは百万分率 - ppm) です。 これらの単位の間には次のような関係があります。 一般的な見解メンデレーエフ-クラペイロンの状態方程式から導出できます。 これらの関係については、たとえばモノグラフ [I] で詳しく説明されています。 さまざまな湿度単位を別の単位に変換するために、特別な湿度表 (数式に基づいて計算される) もあります。 すべての湿度量はいくつかのグループに分類できます。

I. 水蒸気の濃度を特徴付ける量には次のものがあります。

1. 絶対湿度 a (通常 g/m3 で表される)、つまり単位体積のガスに含まれる水蒸気の質量。

2. 水蒸気の弾性または分圧 e、圧力単位 - mm Hg で表されます。 芸術、またはミリバール。 特定の温度 T では、水蒸気弾性の値は 0 から合計 (最大) を特徴付ける最大値 E まで変化します。 ガスが水蒸気で飽和すること。 (確かに、過飽和ガスの場合は e>E の可能性があります)。

II. 水分関係を特徴付ける値には次のものが含まれます。

3. 水分含有量 (混合比) d、つまり、同じ体積内の乾燥ガスの質量に対する水蒸気の質量の比。無次元単位 (g/g または kg/kg) で表されます。 この値は、同じ条件下での水蒸気の密度と乾燥ガスの密度の比と考えることもできます。 あまり一般的ではありませんが、湿ったガスの質量 (合計) に対する水蒸気の質量の比は、比湿度 - q と呼ばれ、水分含有量と同じ単位で表されます。

4. 体積含水量 x (無次元値) は、水蒸気の体積とガスの体積の比に等しい。 前のケースと同様に、この値は乾燥ガス (x 0) または湿ったガス (x) の体積に関連して表すことができます。通常、非常に低い水蒸気含有量を特徴付けるために、水分含有量と体積水分含有量が使用されます。 この場合、便利な測定単位は百万分率 (ppm)、または国際表示では ppm (百万分率の略) です。 当然、1 ppm = 10 -6 = 10 -4% となります。 技術文献では、この水分含有量の測定単位は、体積水分含有量 ppmv (つまり体積) の割合である ppmw (つまり、質量または重量) で表されることがよくあります。

5. 水蒸気のモル分率 s は、水蒸気のモル数と水蒸気のモル数の比に等しい。 総数湿ったガスのモル。

Ⅲ． 露点温度。

6. 世界気象機関 (WMO) の定義によれば、圧力 p、混合比 d における湿った空気の露点 (氷) の熱力学温度は、湿った空気が水 (氷) に対して飽和する温度です。 ) 同じ圧力 p では、指定された混合比 d に等しい混合比を持ちます。 したがって、（氷の）露点は、湿ったガスが水（氷）の平らな表面に対して完全に飽和するまで等圧冷却された場合にかかる温度に等しくなります。 氷点点となる湿った空気と同じ状態下で< О, точка росы всегда ниже точки льда.

専門用語で言えば、露点温度は、冷却されたミラーの表面に結露（つまり「露」）が発生する温度です。

IV. 相対湿度。

7. 相対湿度は、ガスの実際の湿度と、特定の温度での飽和に対応する最大可能湿度の比に等しくなります。 したがって、この値は水蒸気によるガスの飽和度を特徴づけます。 一定の相対湿度における絶対湿度の値は温度の関数です。 そして、絶対湿度の値は同じですが、温度が異なると（空気が通りから部屋に入るときに発生します）、ガスの相対湿度の値は異なります。 相対湿度は相対単位 (0<отн.влажность<1) или, чаще, в процентах (Q <отн.влажность <100%). Её можно вычислить с помощью различных, ранее рассмотренных единиц влажности. На практике для вычисления отн.влажности чаще всего используют значения упругости насыщенного пара Е, полученные из справочных таблиц или диаграмм. При температурах ниже 0°С эту величину можно определять для водяного пара в равновесии с водой или льдом. Общепринятым является определение относительной влажности при любых температурах по Ед.

表1さまざまな湿度単位の公式関係が与えられ、 表2にある 20℃における湿度のさまざまな単位の数値比が示されています。 ほとんどの場合、これらの関係はすべてメンデレーエフ-クラペイロン方程式から導出されます。 この場合、通常の温度および圧力では、湿ったガス混合物と空気、およびその成分は、ほとんどの実際的な問題に対して十分な精度で理想気体の法則に従うと想定されます。

最も複雑な形式は、飽和水蒸気の弾性の温度依存性です。 世界気象機関は、-50 ～ +100°C の温度の水に対して最も正確な式として、次の式を使用することを推奨しています。

lgEの =10.79574(l-T o /T)-5.028001g (T/T o)+i、50475.10-4+

0,42873.10-3 + 0,78614

この式では、Ed はミリバールで表されます。 実際には、通常、この計算式を使用して計算されたテーブルが使用されます。 それらのいくつかは、 表3.

湿度を制御する方法は、単行本に十分詳細に記載されています。

ここで、IVTM-7 デバイスを使用して相対湿度を測定するときに発生する可能性のあるいくつかの問題について簡単に説明します。

室内の湿度を測定するときは、室内の空気は主に通りから入ってくることに留意する必要があります。 同時に、特に冬には、屋外と屋内の温度が異なることがよくあります。 ラジオやテレビで放送される天気予報には、気温と相対湿度が表示されます（もちろん屋外です）。 相対湿度は、ガスの実際の湿度と、特定の温度での飽和に対応する最大可能湿度の比に等しくなります。

例として、次の状況を考えることができます: 外気温度は -10°C、相対湿度は 99%、室内温度は +20°C です。 この場合、部屋の相対湿度は 11% (!) になります。 実際には、湿度が 99% (または 100%) になることは非常にまれで、通常はそれより低くなります。この場合、部屋の湿度はさらに低くなります。 そのため、冬は部屋が乾燥していることが多いです。 もちろん、部屋には、水の入った容器（水族館など）、沸騰したやかん、水蒸気で飽和した空気を吐き出す人など、またはエアコンなど、独自の内部湿気源がある可能性があります。

夏には、屋外と屋内の温度差がそれほど大きくないため、室内の湿度が非常に高くなることがあります。 ただし、道路と室内の温度差も考慮する必要があります。 日当たりの良い部屋が 30 度以上まで暖かくなり、外気温が 17 ～ 18 ℃ になる場合や、その逆で、日当たりの良い屋外の気温が 35 ℃ に達する場合がよくあります。地下室は涼しい（同じ 18 °C）と同時に、当然のことながら屋外よりも湿気が高くなります。

また、あらゆるデバイス (IVTM-7 を含む) は測定プローブの位置で直接湿度を測定することにも留意してください。 同時に、小さな部屋であっても、さまざまな場所の湿度が大幅に変化する可能性があります（最大20〜30％）。 これは、すでに述べた局所的な湿気源 (またはその吸収体) と弱い対流 (隙間風など) の存在によって発生します。 湿度を正確に測定するには、測定される空気の温度とセンサーの温度の間に熱力学的平衡が確立されている必要があります。つまり、デバイスが示す温度が最初に正確に確立され、その後、温度が正確に確立される必要があります。湿度の測定値を読み取ることができます。

特定の温度における湿度レベルの大まかな推定には、次の式を使用できます。 表2温度 20°C におけるさまざまな湿度単位の比率。 (たとえば、上記のケースは温度 -10°C の場合に当てはまります)。

文学

1. M.A. ベルリン - 湿度測定。 と。 199–207 (m、「エネルギー」、1973)

2. J. ミッチェル、D. スミス アクアメトリー (英語からの翻訳)、M.、化学、1980 年、600 ページ。

湿度は物質の性質に依存し、固体の場合はさらに細かさや多孔度の程度にも依存します。 化学的に結合したいわゆる構成水（例えば、化学分解時にのみ放出される水酸化物）や結晶水和物の含有量は、湿度の概念には含まれません。

「湿度」の概念定義の単位と特徴

• 湿度は通常、物質中の水の量によって特徴付けられ、湿った物質の元の質量に対するパーセンテージ (%) で表されます ( 質量湿度) またはそのボリューム ( 体積湿度).
• 湿度は、水分含量、つまり材料の乾燥部分の単位質量あたりの水の量である絶対湿度によって特徴付けることもできます。 この含水率の測定は、木材の品質を評価するために広く使用されています。 場合によっては、すべての非凝縮水を除去し、この操作の前後で対象物の重量を測定することが不可能であるため、この値は常に正確に測定できるわけではありません。
• 相対湿度は、熱力学的平衡状態で物質が含むことができる最大水分量と比較した水分含有量を特徴付けます。 相対湿度は通常、最大値に対するパーセンテージとして測定されます。

判定方法

多くの食品、材料などの水分含有量を確認することは重要です。 多くの物体（穀物、セメントなど）は、特定の湿度でのみ、意図された目的に適します。 動物や植物の生命活動は、一定範囲の湿度と相対湿度でのみ可能です。 湿度により、物体の質量に重大な誤差が生じる可能性があります。 水分含有量が 5% と 10% の砂糖または穀物 1 キログラムには、異なる量の乾燥砂糖または穀物が含まれています。

湿度の測定は、水分を乾燥させ、水分をカールフィッシャー滴定することによって決定されます。 これらの方法が主要です。 これらに加えて、一次方法と標準湿度サンプルを使用した水分測定の結果に基づいて校正された、他にも多くのものが開発されています。

空気湿度

空気湿度は、地球の大気中の水蒸気の含有量を特徴付ける値であり、天候と気候の最も重要な特性の 1 つです。

相対湿度は通常、パーセントで表されます。

相対湿度は、赤道地帯（年平均は最大 85% 以上）、極緯度、および中緯度大陸内の冬では非常に高くなります。 夏には、モンスーン地域の特徴として相対湿度が高くなります。 低い相対湿度値は、亜熱帯および熱帯の砂漠、およびモンスーン地域の冬に観察されます（最大50％以下）。

湿度は高度が上がるにつれて急速に低下します。 高度 1.5 ～ 2 km では、蒸気圧は平均して地表の半分になります。 対流圏は大気中の水蒸気の 99% を占めます。 平均して、地表 1 平方メートル上の空気中には 28.5 kg の水蒸気が存在します。

ガス水分測定値

空気中の水分含有量を示すには、次の量が使用されます。

絶対空気湿度は、空気の単位体積に含まれる水蒸気の質量、つまり空気に含まれる水蒸気の密度 [g/m3] です。 大気中では 0.1 ～ 1.0 g/m3 (冬季大陸上空) から 30 g/m3 以上 (赤道帯) の範囲です。 最大空気湿度 (飽和限界) は、熱力学的平衡状態にある特定の温度で空気中に含まれることができる水蒸気の量 (特定の温度での空気湿度の最大値) [g/m3] です。 気温が上昇すると、最大湿度が増加します。 蒸気圧、蒸気圧 空気中に含まれる水蒸気によってもたらされる分圧 (大気圧の一部としての水蒸気圧)。 測定単位 - Pa。 湿度不足は、可能な最大水蒸気圧と実際の水蒸気圧 [Pa] (特定の条件下: 温度と気圧) の差、つまり、飽和弾性と実際の蒸気弾性の差です。