Жолнеревич И.И. и др. Установка для определения влажности воздуха

Представлена новая экспериментальная установка для определения влажности воздуха по точке росы. Обсуждается методика проведения эксперимента при выполнении студентами соответствующей лабораторной работы, а также при его демонстрации на лекциях во время изучения курса молекулярной физики в вузах.

Одним из научных направлений работы кафедры общей физики физического факультета Белорусского государственного университета является разработка новых экспериментальных установок, которые позволяют более детально изучать физические процессы; новых методик проведения лабораторных работ, в которых наибольшее внимание уделяется эксперименту и лабораторной установке.

Одной из таких установок является установка для измерения влажности воздуха по точке росы. Данное устройство может использоваться как при проведении лабораторных работ по курсу молекулярной физики, так и при демонстрации на лекциях. В нем устранены недостатки старых установок [1, с. 137; 2, с. 208], такие как большие габариты, необходимость использования взрывоопасного эфира, невозможность быстрого снятия показаний термометра при определении точки росы, узкий диапазон исследуемых температур, невозможность задания фиксированной скорости охлаждения резервуара, невысокая точность измерений.

Новая установка для измерения влажности воздуха по точке росы представляет собой экологически безопасное, компактное, дешевое, удобное в применении, автоматизированное устройство, в котором значительно увеличена точность измерений и сохранена наглядность эксперимента.

Внешний вид установки для изучения влажности воздуха по точке росы представлен на рисунке 1.

Рис. 1

В отличие от прежних подобных установок здесь в качестве системы охлаждения используется элемент Пельтье [3, с. 487—490]. Чем больше электрическая мощность, тем интенсивнее происходит охлаждение. В связи с этим нет необходимости использовать опасный эфир.

Вся установка собрана в отдельном блоке, управление экспериментом осуществляется с клавиатуры, все результаты отображаются на дисплее (рис. 2).

Рис. 2

На рисунке 3 представлена блок-схема установки для определения влажности воздуха по точке росы.

Рис. 3

Она включает следующие составные элементы:

• блок питания;

• блок усиления сигнала;

• элемент Пельтье;

• блок микропроцессора;

• цифровые датчики температуры;

• клавиатура;

• цифровое табло;

• печатающее устройство.

Микропроцессор управляет взаимодействием основных блоков устройства по заданной программе.

Температура пластины измеряется при помощи цифрового датчика температуры.

Выпадение росы происходит на поверхности отполированной металлической пластинки; для удобства наблюдения предусмотрены миниатюрный осветитель и металлическая ширма, расположенная вокруг пластины.

Существенно уменьшена погрешность эксперимента. Температура точки росы определяется с точностью до 0,1 °С.

Устройство работает следующим образом.

На дисплее прибора одновременно отображаются температура среды, температура охлаждаемой металлической поверхности, мощность электрического тока, проходящего через элемент Пельтье (она характеризует скорость охлаждения пластины). Отображаются также номер цикла измерения и направление, в котором происходит изменение температуры пластины (см. рис. 2).

Выбирая мощность охлаждения, дожидаются, когда на отполированной металлической поверхности появятся капельки росы, и заносят результат в память процессора. Затем тот же эксперимент проводят в обратном порядке.

Значение температуры с цифровых датчиков отображается на цифровом табло и заносится в память процессора.

После проведения 10 циклов нагревания-охлаждения металлической пластины все результаты измерений будут занесены в память процессора, и на дисплее высветятся средние значения точки росы для всех этих циклов. Среднее из этих двух величин и даст наиболее точное значение точки росы.

Предусмотрена возможность вывода результатов эксперимента на печать.

По соотношению между температурами окружающей среды и точкой росы определяют по таблице или графику влажность воздуха.

Предлагаемая установка может работать в новых эффективных режимах.

• При определении влажности воздуха она может эксплуатироваться в замкнутых помещениях без системы принудительной вентиляции. При этом не происходит повышения концентрации вредных веществ в атмосфере, поскольку отсутствует необходимость использования эфира.

• Может проводиться экспресс-анализ влажности воздуха. Этот режим реализуется благодаря тому, что установка позволяет быстро провести 10 циклов измерения точки росы и на основании разницы комнатной температуры и точки росы точно рассчитать влажность воздуха.

Таким образом, предлагаемая установка для изучения влажности воздуха по точке росы обеспечивает существенное улучшение экологических условий обучения при удешевлении лабораторной установки, увеличении ее долговечности, повышении наглядности, точности эксперимента, уменьшении ее размеров и улучшении эргономических характеристик, что позволяет рекомендовать ее использование для проведения лабораторных занятий в вузе по курсу молекулярной физики, а также при демонстрации на лекциях.

Установка защищена патентом [4].

Литература

1. Иверонова, В.И. Физический практикум / В.И. Иверонова. — М., 1953.

2. Иверонова, В.И. Физический практикум / В.И. Иверонова. — М., 1962.

3. Сивухин, Д.В. Общий курс физики. Электричество / Д.В. Сивухин. — М., 1976. — Т. 3.

4. Устройство для изучения влажности воздуха по точке росы: патент Республики Беларусь на полезную модель № 3367 (приоритет от 14.07.06) / И.И. Жолнеревич, А.Р. Филипп, А.И. Москалев.