Wilgotność względna powietrza to stosunek ilości pary wodnej zawartej w powietrzu do ilości pary wodnej, jaką powietrze jest w stanie utrzymać przy danej temperaturze i ciśnieniu. Jak najlepiej zmierzyć ten parametr? I jakie są jego główne cechy?

Postaramy się odpowiedzieć o podstawowych kwestiach związanych z wilgotnością względną o tym, co kryje w sobie określenie „pomiar wilgotności powietrza”. 

Wilgotność powietrza wyrażamy najczęściej w procentach, gdzie 0% oznacza powietrze całkowicie suche, a 100% całkowicie nasycone parą wodną. Zajmijmy się na chwilę wyjaśnieniem, czym jest ciśnienie pary wodnej.

Ciśnienie parcjalne pary wodnej – e’

Zgodnie z teorią Daltona, całkowite ciśnienie mieszaniny gazów stanowi sumę ciśnień poszczególnych jego składników. Na 1000 mbar przeciętnego ciśnienia atmosferycznego 770 mbar to ciśnienie wywoływane przez azot, 210 mbar przez tlen, 10 mbar to ciśnienie pary wodnej (e) oraz pozostałe 10 mbar to suma pozostałych składników.

Ciśnienie nasycenia pary wodnej – ew’

W zamkniętej objętości wody i powietrza istnieje równowaga pomiędzy parowaniem a kondensacją. Tym samym nasycone powietrze zawiera maksymalną możliwą ilość pary wodnej. Ciśnienie nasycenia pary wodnej (ew’) to natomiast wartość maksymalna ciśnienia, jaka wystąpi w tym gazie w danej temperaturze. Ciśnienie pary nasyconej zależy od ciśnienia i temperatury i jest opisane przez krzywą wykładniczą

Warto zauważyć, że wilgotność względna nie informuje więc, ile wody rozpuszczonej jest w gazie. Informuje jedynie, jak daleko mamy do nasycenia. Ponadto ta sama ilość wody może mieć różny udział w wilgotności względnej. Zależy to od temperatury i ciśnienia.

Wilgotność powietrza a temperatura

Stosunek e’/ew’ zmienia się wraz ze zmianą temperatury. W praktyce gaz o większej temperaturze ma większą energię cząsteczek, drgania cząsteczek są większe i przemieszczają się dalej od siebie, co utrudnia łączenie. Dodatkowo zmniejszenie temperatury powoduje mniejszy ruch cząstek, poruszają się wolniej bliżej siebie, co z kolei ułatwia ich łączenie.

W taki sposób wzrost temperatury medium będzie powodował zmniejszenie wskaźnika wilgotności względnej, natomiast spadek temperatury – wzrost wilgotności względnej. Należy zauważyć, że ten wzrost dąży do wartości 100%, a temperatura, przy której osiąga 100% nazywana jest temperaturą punktu rosy. Para wodna przechodzi przez krzywą nasycenia i zmienia stan skupienia z gazu na ciecz.

Pomiar wilgotności powietrza

Pomiar wilgotności powietrza można mierzyć na kilka sposobów. Rekomendujemy  metodę zmiany pojemności kondensatora i oparte na niej czujniki wilgotności powietrza.

Zmiana pojemności tak zbudowanego kondensatora przetwarzana jest przez układ elektroniczny, który oblicza wilgotność. W układzie pomiarowym, obok sensora wilgotności znajduje się sensor temperatury (najczęściej PT1000), który wykorzystywany jest do właściwego przeliczenia wilgotności, a także informuje użytkownika o temperaturze medium. Tak jak wspominaliśmy,  wilgotność względna bez informacji o temperaturze nie jest kompletną informacją.

Powyższe czujniki, które przetwarzają wielkość fizyczną (wilgotność) na elektryczną (pojemność) wymagają układu pomiarowego, który zmierzy tę pojemność oraz układu przetwarzającego, który przeliczy pomiar na informację właściwą. Trzeba przy tym uwzględnić wszelkiego rodzaju kompensacje niekorzystnych czynników, nieliniowość układu, powtarzalność pomiaru, błędy itp. Producenci urządzeń, chcąc wykorzystać takie sensory, muszą więc sprostać sporym wymaganiom, mieć wiedzę i doświadczenie w tym temacie. Zdecydowanie prościej jest w przypadku sensorów cyfrowych, w których zaszyta elektronika pozwala nowemu, mniej doświadczonemu użytkownikowi, wykorzystać sensor. Nie musi on myśleć o przetwarzaniu pojemności tylko wykorzystuje układ mikroprocesorowy odpytujący sensor drogą cyfrową za pomocą protokołu I²C.

Gotowy do użycia sensor HTE501 ma dokładność pomiaru wilgotności względnej na poziomie 1,8% (z uwzględnieniem histerezy) i może pracować w temperaturze od -40 do 135°C. Co ważne, aktywna część sensora pokryta jest opatentowaną przez producenta powłoką, która trwale chroni przed brudem i osadami korozyjnymi. Sensor taki można więc zastosować w szerokim zakresie aplikacji, nawet w wymagających i trudnych warunkach.

Podsumowując, pod potocznym sformułowaniem „wilgotności powietrza” kryje się wiele różnych parametrów. Ich znajomość pomaga w zrozumieniu zawiłości pomiaru wilgotności, szczególnie w warunkach przemysłowych. Na szczęście całą wiedzę na temat pomiaru wilgotności powietrza producenci wykorzystują w procesie konstruowania swoich urządzeń. My otrzymujemy gotowe rozwiązanie, które lata badań naukowych i tomy dokumentacji mieści w małym, cyfrowym sensorze. Pozostaje tylko wiedzieć jaki sensor wybrać, aby cieszyć się skutecznym, dokładnym i trwałym pomiarem przez długi czas.

Po więcej szczegółów dotyczących pomiaru wilgotności powietrza, odsyłamy do do naszego pisma branżowego „Pod kontrolą”:

https://www.podkontrola.pl/akademia-automatyki-wilgotnosc-powietrza-teoria-i-praktyka/