Wilgotność Względna: Co To Jest i Jak Ją Mierzyć?
- Szczegóły
Wilgotność powietrza to zawartość pary wodnej w powietrzu. Jej wartość podaje się w procentach (%). Wilgotność powietrza rośnie wraz z opadem deszczu lub po opadach deszczu, a maleje podczas słonecznych i suchych dni.
Wilgotność Bezwzględna i Względna
Zawartość wody w ciałach stałych definiuje się dwojako. Stosowana jest miara określana albo jako stosunek masy wody do masy materiału suchego (wilgotność bezwzględna, zawartość wilgoci), albo jako stosunek masy wody do całkowitej masy badanej substancji (wilgotność względna). Obydwa te parametry wyrażane są procentowo. Jednocześnie warto podkreślić, że parametry te odpowiadają jedynie ilości wody związanej z danym ciałem fizycznie, bez uwzględniania wody związanej chemicznie.
Wilgotność bezwzględna powietrza, czyli zawartość pary wodnej w powietrzu, podawana jest w gramach na metr sześcienny (g/m³).
Wilgotność względna powietrza waha się w przedziale od 0% do 100%, określa oczywiście nasycenie powietrza parą wodną. Czyli jest to stosunek masy aktualnie znajdującej się pary wodnej w powietrzu, do jej maksymalnej możliwej ilości w danej temperaturze.
Wilgotność względna powietrza powyżej 60% powoduje przede wszystkim korozję stali, utlenianie metali, możliwość rozwoju grzybów. Jednakże, gdy trzeba przekraczać 60% wilgotności, należy zabezpieczyć środowisko przed rozwojem bakterii i grzybów. W komorach nawilżania stosuje się lampy UV-C, jak również powłoki z jonami srebra.
Przeczytaj także: Poradnik: walka z wilgocią w mieszkaniu
Dlaczego Wilgotność Względna Ma Duże Znaczenie?
Prawidłowe działanie skóry i płuc wymaga wilgotności zawartej w granicach od 40% do 70%. Powietrze suche wywołuje zbyt szybkie parowanie skóry i gwałtowne uczucie pragnienia. W bardzo wilgotnym powietrzu parowanie odbywa się zbyt wolno i odczuwa się duszące uczucie upału. Aby człowiek mógł się dobrze czuć i sprawnie pracować powinna być zapewniona odpowiednia wilgotność pomieszczeń, w których przebywa. Zbyt duże zawilgocenie pomieszczeń zwiększa zachorowalność na choroby gośćcowe, zmiany w układzie stawowo - ruchowym i nieżyty dróg oddechowych.
Wilgotność powietrza ma również wpływ na przebieg wielu reakcji chemicznych i procesów życiowych. Na wielu produktach żywnościowych możemy znaleźć napisy „przechowywać w suchym i chłodnym miejscu”. Duża zawartość pary wodnej w powietrzu sprzyja rozwojowi bakterii pleśni, przyspiesza reakcję utlenienia, korozję metali.
Czym Mierzymy Wilgotność Powietrza?
Czym mierzymy wilgotność powietrza? Za pomocą higrometru, czyli specjalnego urządzenia wykorzystywanego właśnie do tego celu. Istnieją cztery rodzaje higrometrów: włosowy, kondensacyjny, elektroniczny oraz psychrometr. Coraz bardziej zaawansowane modele są w stanie mierzyć różne parametry takie jak wilgotność względna, bezwzględna czy właściwa, a także temperatura punktu rosy. Higrometry są wykorzystywane w różnych branżach takich jak branża spożywcza, czy farmaceutyczna. Duże znaczenie odgrywają również w rolnictwie. Nie oznacza to jednak, że sprzęt ten nie nadaje się do użytku domowego.
Skoro już wiesz czym się mierzy wilgotność powietrza, to z pewnością zależy ci na sprzęcie, którego będziesz mógł używać w domu. Warto zdecydować się albo na psychrometr, albo na higrometr elektroniczny. Oba te sprzęty dają bardzo precyzyjne wyniki, które z łatwością można odczytać. Do ich pełnej obsługi nie potrzeba kalkulatorów, za pomocą których mierzyłoby się zawartość pary w powietrzu, jak ma to miejsce chociażby w modelach kondensacyjnych.
Wpływ Wilgotności na Zdrowie i Otoczenie
Zbyt suche powietrze nie jest dobre dla zdrowia. Nie tylko wysusza praktycznie wszystko - a więc także skórę, oczy czy środek nosa, ale także sprawia, że w powietrzu lata mnóstwo kurzu, który również może przeszkadzać w swobodnym oddychaniu. Oprócz tego suche powietrze może potęgować powstawanie infekcji w organizmie ludzkim, a co za tym idzie, sprzyja chorowaniu.
Przeczytaj także: Wakacje w Bodrum
Wilgotne powietrze także nie jest zdrowe. Gdy wilgoć w powietrzu przekracza 60%, człowiek ma wrażenie duszności i ma problemy z oddychaniem. Nie pomaga też fakt, że często wilgoć prowadzi do powstawania pleśni bądź innych grzybów na powierzchniach takich jak ściany. Grzybów oraz pleśni ze ścian bądź z podłogi lub innych miejsc bardzo ciężko jest się pozbyć. Wpływają one także negatywnie na funkcjonowanie osób z alergiami. Dodatkowo pleśń pojawia się także na produktach spożywczych, które nadają się przez to wyłącznie do wyrzucenia. Dodać warto także, że wilgoć źle wpływa na żywotność sprzętów elektrycznych, które szybciej i łatwiej się psują.
Jak Utrzymać Odpowiednią Wilgotność?
Aby utrzymać w pomieszczeniu odpowiednią wilgotność powietrza, która waha się pomiędzy 40 a 60%, czasami trzeba pomyśleć. Zarówno wtedy, gdy jest zbyt wilgotno, jak i wtedy, gdy jest za sucho, pomóc może częste wietrzenie pomieszczeń. Dzięki temu, powietrze w pomieszczeniu wymienia się na świeże, które często ma odpowiedni poziom wilgotności. Oczywiście, aby efekty były stałe, trzeba wietrzyć pokój nawet kilka razy w ciągu dnia.
W utrzymaniu odpowiedniej wilgotności powietrza mogą także pomóc specjalne sprzęty takie, jak pochłaniacze wilgoci w przypadku zbyt dużej jej ilości bądź nawilżacze powietrza, gdy powietrze jest zbyt suche.
Wilgotność a Wentylacja
Wilgotność to wskaźnik odnoszący się do ilości pary wodnej w powietrzu. Innymi słowy: wilgotność jest wartością, która wskazuje stężenie wody zawieszonej w powietrzu w środowisku, a w szczególności w pomieszczeniu. Należy podkreślić, że wilgotność jest wartością powiązaną z temperaturą.
Wentylacja jest zatem procesem, w którym brak równowagi w ilości wilgoci lub ciśnienia w powietrzu w jednym punkcie jest kompensowany przez prąd. Tak więc, gdy występuje różnica w wilgotności i ciśnieniu między powietrzem w naszym domu a powietrzem na zewnątrz, wytwarzany jest prąd, który wchodzi do środka z zewnątrz. Dlatego ważne jest, aby zapewnić odpowiednią wentylację w domu; m.in. należy wentylować pomieszczenia przez co najmniej kilka minut każdego dnia. Jeśli to jest niemożliwe, istnieją obecnie układy, które są w stanie kontrolować wilgotność w pomieszczeniu i pomagać użytkownikom w utrzymaniu pomieszczenia w zdrowych normach wilgotności.
Przeczytaj także: Poradnik pomiaru wilgotności
Pomiary Wilgotności - Obszary Zastosowań
W rolnictwie oraz w przemyśle spożywczym pomiary zawartości wilgoci obejmują przede wszystkim substancje sypkie, np. ziarna zbóż, przyprawy czy zioła. Szczególnie istotne jest monitorowanie procesu suszenia. Suszone artykuły spożywcze charakteryzuje mniejsze ryzyko zatrucia, ponieważ wraz ze zmniejszaniem się zawartości wilgoci ulega zahamowaniu rozwój mikroorganizmów chorobotwórczych.
Badanie zawartości wilgoci jest istotne w magazynach, ponieważ jej obecność sprzyja rozwojowi m.in. grzybów. W przypadku substancji sypkich pomiar zawartość wilgoci pozwala zachować kontrolę nad zjawiskiem zbrylania. Parametr ten jest też istotny przy ocenie stanu technicznego budynków.
Ponadto, w przemyśle i rolnictwie monitorowana jest np. wilgotność papieru, węgla, cementu, gleby i drewna. Ze względu na często specyficzne cechy wymienianych materiałów badania zawartości wilgoci wymagają wdrożenia odpowiednio dostosowanych metod pomiarowych.
Metody Pomiaru Wilgotności
Oprócz metody mikrofalowej w omawianych pomiarach stosuje się wiele innych technik. W wyznaczaniu zawartości wilgoci drewna powszechnie są wykorzystywane np. mierniki rezystancyjne. W miernikach tego typu często jest stosowana kompensacja temperaturowa, stąd dodatkowo w badany materiał zagłębia się sondę do pomiaru temperatury.
Konkurencyjną techniką jest metoda grawimetryczna, tzw. suszarkowa. W metodzie tej badaną próbkę po zważeniu poddaje się procesowi ogrzewania. W wyniku tej operacji woda zawarta w materiale odparowuje, a różnica wagi próbki przed i po osuszaniu pozwala określić zawartość wilgoci. W takim przypadku trzeba jednak założyć, że żadne inne substancje wchodzące w skład analizowanego materiału nie odparowały oraz że odparowała cała woda zawarta w próbce. Z przyjęciem tych założeń wiąże się ograniczenie dokładności metody oraz konieczność ustalania oddzielnych procedur dla różnych materiałów. Ponadto, metoda suszarkowa używana np. w pomiarach stopnia zawilgocenia murów jest uważana za metodę niszczącą.
Pomiary Mikrofalowe
W aplikacjach monitorujących zawartość wilgoci, w których nie sprawdzają się inne metody, znaczącą rolę odgrywają pomiary wykorzystujące technikę mikrofalową. W higrometrach mikrofalowych są wykorzystywane częstotliwości od 3 do 30GHz. Ze względu na specyfikę tej metody pomiarowej mikrofalowe mierniki wilgotności pozwalają kontrolować wilgotność badanego materiału nieinwazyjnie i w czasie rzeczywistym. Jest to ważną zaletą przy monitorowaniu procesów produkcyjnych.
Mierząc przesunięcie fazowe i stopień tłumienia fali elektromagnetycznej w danym materiale oraz wykorzystując zależność tych parametrów od masy wody, można wyznaczyć zawartość wilgoci. Istotą mikrofalowych pomiarów wilgotności jest wpływ, jaki na dielektryczne właściwości materiału ma zawartość wody w jednostce objętości. W przypadku wilgotnej próbki jej przenikalność elektryczna jest wypadkową przenikalności suchego materiału oraz przenikalności wody zawartej w tej próbce. Zawartość wody wyznacza się, biorąc pod uwagę zależność pomiędzy jej masą i udziałem przenikalności wody w wypadkowej przenikalności materiału.
Ze względu na wartość przenikalności elektrycznej wody (80) można więc przyjąć, że mikrofalowe higrometry badają po prostu stopień absorpcji energii mikrofal przez wodę znajdującą się w analizowanym materiale.
Zasadnicze elementy układu pomiarowego higrometru mikrofalowego to generator drgań w.cz. (np. klistron), modulator, układ przesyłowy (falowód, linia współosiowa) oraz detektor sygnału w.cz. (np. dioda półprzewodnikowa).
W pomiarach bezkontaktowych najlepiej jest wykorzystać metodę, w której próbka jest umieszczona w wolnej przestrzeni. Wówczas w charakterze układu przesyłowego należy użyć anteny nadawczej i odbiorczej. Pomiar napięcia sygnału z anteny odbiorczej pozwala wyznaczyć zawartość w wilgoci badanej próbce.
Mierniki Rezonansowe
Oprócz mikrofalowych metod pomiaru zawartości wilgoci w otwartej przestrzeni są też wdrażane systemy pomiarowe w obszarach ograniczonych. W takim przypadku wykorzystuje się przede wszystkim rezonatory wnękowe. Wskaźnikiem zawartości wilgoci jest zmiana częstotliwości rezonansowej i dobroci rezonatora, która zachodzi w momencie umieszczenia w komorze rezonatora badanej próbki.
Do analizy zmian częstotliwości rezonansowej i amplitudy krzywej rezonansowej są wykorzystywane specjalne algorytmy opatentowane przez poszczególnych producentów.
Przykłady Mierników Mikrofalowych
| Nazwa miernika | Producent | Zakres pomiaru wilgotności | Czas pomiaru | Dokładność |
|---|---|---|---|---|
| LB456 | Introl | Nieznany | Nieznany | Nieznana |
| RX-95 | Resonance Technology | Nieznany | Nieznany | Nieznana |
| LMA300P | Sartorius | 0 do 85% | poniżej 1s | rzędu 0,05% |
Przykładami mikrofalowych mierników wilgotności tego typu jest higrometr LB456 firmy Introl oraz miernik RX-95 firmy Resonance Technology. W obu przypadkach układ pomiarowy składa się z jednostki sterującej, kabli łączących w.cz. oraz anteny nadawczej i odbiorczej. Zestaw miernika LB456 lub RX-95 może zostać zainstalowany w wybranym miejscu linii produkcyjnej. Anteny monitorujące montowane są nad i pod taśmociągiem.
Firmy oferujące rezonansowe mierniki wilgotności to m.in. Sartorius proponuje np. rozwiązanie w postaci miernika LMA300P składającego się z dwóch modułów: jednostki obliczeniowej oraz modułu rezonatora. Producent deklaruje, że zakres pomiaru wilgotności wynosi od 0 do 85%, czas pomiaru nie przekracza 1s, a dokładność jest rzędu 0,05%.
Pomiary w Budownictwie
Istnieją różne rozwiązania mierników zawartości wilgoci, w tym np. urządzenia dedykowane do specyficznych pomiarów przeprowadzanych w budownictwie. Wykorzystywane one mogą być do pomiarów podczas produkcji betonu, gdzie konieczna jest kontrola zmienności zawartości wody w kruszywie. Parametr ten jest ważny, gdyż związany jest z możliwością uzyskiwania jednolitej mieszanki betonowej.
Przykładowym urządzeniem pomiarowym tutaj wykorzystywanym są sondy mikrofalowe firmy Hydronix. Mierniki te stosowane są w monitorowaniu wilgotności masy betonowej w trakcie mieszania. Głowica sondy Hydronix zawiera ceramiczne czoło mające bezpośredni kontakt z masą betonową, pod którym umieszczono układ generujący pole elektromagnetyczne. Miernik wilgotności betonu monitoruje absorpcję promieniowania w mieszanej masie. Poszczególne surowce składowe betonu (cement, kruszywo, woda) mają charakterystyczne właściwości i inaczej oddziałują z polem elektromagnetycznym. Woda pochłania promieniowanie mikrofalowe w przybliżeniu kilkaset razy bardziej niż sucha masa betonowa. W związku z tym wskazania miernika odzwierciedlają zawartość wody w danej mieszance i pozwalają na bieżąco kontrolować proporcje jej składników.
Pomiary Wilgotności w Przemyśle
Jednym z producentów mikrofalowych mierników wilgotności jest także firma Callidan Instruments. Producent podaje dosyć ograniczone informacje na temat zasady działania swoich produktów - na oficjalnej stronie można znaleźć informację mówiącą jedynie o tym, że podobnie jak w przypadku innych mikrofalowych mierników pomiar polega na obserwacji zmian tłumienia i przesunięcia fazowego wiązki mikrofal. Tajemnicą firmy pozostaje natomiast sam algorytm obliczeniowy.
Na przykładzie produktów firmy Callidan Instruments można jednak przedstawić sposób wdrożenia pomiarów zawartości wilgoci w przemysłowym procesie produkcyjnym. Jednym z powszechnie stosowanych rozwiązań tej firmy jest czujnik MA-500. Jest on polecany szczególnie do montażu wzdłuż linii produkcyjnej. Konfiguracja układu jest taka, jak w typowym czujniki wilgoci w wolnej przestrzeni. Anteny nadawcza i odbiorcza są rozmieszczone pod taśmą i nad przesuwającym się materiałem.
Innym przykładem jest MA-700 - czujnik przeznaczony wyłącznie do pomiarów wilgoci materiałów transportowanych rurami.
Zalety Pomiarów w.cz.
W porównaniu do innych metod wykorzystanie techniki w.cz. w pomiarach zawartości wilgoci ma szereg zalet. Przede wszystkim jest to pomiar nieinwazyjny, niewymagający kontaktu z badanym materiałem. Pozwala na realizację ciągłego pomiaru, ponieważ analizowane próbki nie wymagają żadnego przygotowania. Dzięki temu można na bieżąco, w oparciu o wyniki pomiarów, wprowadzać regulację wilgotności w danym procesie produkcyjnym.
tags: #wilgotność #względna #mierzona #w #czym
