Измеритель точки росы Elcometer 319
Описание прибора
Данный надёжный прибор разработан для измерения и регистрации всех климатических параметров, требуемых для определения пригодности поверхности к покраске. Elcometer 319 может использоваться как ручной измерительный прибор или как автономный регистратор данных — идеально подходящий для мониторинга условий окружающей среды в течение требуемого периода времени.
Особенности прибора
- Встроенные магниты позволяют проводит удаленный контроль условий окружающей среды на стальных основаниях.
- Сохраняет до 25000 наборов данных в 999 группах памяти
- Вывод данных через USB и Bluetooth на ПК и планшеты.
- Пыле и брызгозащищенный корпус с полностью герметичными датчиками — защита по стандарту IP66
- Визуальная и звуковая индикация выхода за определенных пользователем пределы для любого или всех измеряемых параметров
- Многоязыковое меню с интуитивно-понятной структурой
- Портативный измеритель точки росы с ручной и автоматической регистрацией данных в одном приборе
- Большой дисплей с настраиваемой подсветкой работает во всём диапазоне рабочей температуры прибора.
- Измерение и регистрация следующий климатических параметров:
— Относительная влажность (RH)
— Температура воздуха (Ta)
— Температура поверхности (Ts)
— Температура точки росы (Td)
— TΔ (Дельта Т) разность между температурой поверхности
и точкой росы (TΔ)
— Температура сухого термометра (Tdb)
— Температура влажного термометра (Twb)
Точность
- Соответствует стандарту ISO 8502-4
- Быстрое время отклика
- Каждый прибор поставляется с калибровочным сертификатом производителя
- Переключение между единицами измерения Цельсия и Фаренгейта
- Запись времени и даты для каждого набора данных
- Простота
- Простой интерфейс, управляемый с помощью многоязычного меню
- Четкий дисплей с подсветкой, позволяющий одновременно отображать значения до 5 параметров из списка ниже:
| — Относительная влажность (RH) | — TΔ (Дельта Т) |
| — Температура воздуха (Ts) | — Температура сухого термометра (Tdb) |
| — Температура поверхности (Ta) | — Температура влажного термометра (Twb) |
| — Температура точки росы (Td) | — Удельная влажность (SH) |
- Стрелочные индикаторы температуры указывают направления изменения температуры
Гибкость
- Использование прибора как портативного измерителя точки росы или как удаленного регистратора данных климатических условий (только модель Т)
- Встроенный разъем типа К позволяет измерять температуру поверхности во время удаленной регистрации данных
- Режим «Te» превращает прибор в простой термометр — идеально для измерения температуры покрытия перед нанесением или температуры внешних объектов
- Функция удержания позволяет просмотреть отдельные показания перед записью в память.
Долговечность
- Изготовлен из стойких к воздействию температур материалов, что позволяет использование при температурах от -20°C до +80°C
- Защита корпуса от брызг и пыли по стандарту IP66
- Прочная и эргономичная конструкция корпуса дополняется долговечными промышленными датчиками, выдерживающими тяжелые условия эксплуатации
- Четкий дисплей с подсветкой работает во всём диапазоне рабочей температуры прибора.
Универсальность
- Данные могут быть переданы в ПК через интерфейсы USB или Bluetooth и обработаны при помощи программного обеспечения ElcoMaster 2.0.
- ПО ElcoMaster имеет уникальную функцию «Watchguard», позволяющую пользователю удаленно следить за показаниям до 42 приборов на одном экране (только моделей Т)
- Любой прибор может питаться от 2 батарей типа AA (до 400 часов работы) или напрямую от порта USB.
- Установка пределов измерения для каждого измеряемого параметра; при выходе параметра за пределы включается аудиовизуальная сигнализация, даже если он не отображается на дисплее.
Технические характеристики
# Не подвергайте прибор воздействие температур, находящихся вне диапазон рабочих температур прибора и ЖК дисплея.
* Только модель T
+ Точность ±2°C с термопарой типа К, поставляемой Elcometer. Точность с другими датчиками может отличаться.
1 Рассчитываемое значение
2 С датчиком T31920162
Может использоваться в соответствии со следующими Стандартами:
BS 7079-B4, IMO MSC.215(82), IMO MSC.244(83), ISO 8502-4, US Navy NSI 009-32, US Navy PPI 63101-000
Новейшие сканирующие датчики Ultra/Scan с износостойким сменным колпачком позволяют быстро сканировать большие участки поверности без повреждения датчика или покрытия.
ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА В КНИГОХРАНИЛИЩАХ
ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА В КНИГОХРАНИЛИЩАХ Т. В. Мешкова, Т. Д. Великова Важнейшим условием обеспечения сохранности библиотечных фондов является поддержание в книгохранилищах нормативных кли¬матических параметров, то есть температуры и относительной влаж¬ности воздуха. Единственный способ контроля климата в помеще¬нии — запись показателей с помощью приборов, предназначенных для этой цели. Если условия хранения нельзя улучшить, то документально подтвержденные результаты постоянных замеров позволят обосно¬вать необходимость закупки специального оборудования для поддер¬жания требуемых условий хранения документов. Относительная влажность воздуха — это отношение (выраженное в процентах) количества водяного пара в определенном объеме возду¬ха к максимально возможному количеству насыщенного водяного па¬ра, которое может содержаться в том же объеме воздуха при данной температуре и давлении: RH = А/Вх100 %, где RH’ — относительная влажность воздуха (RH— (англ) relative humidity.), %; А — абсолютная влажность воздуха, то есть масса воды, г, в 1 м3 воздуха; В — влагоемкость воздуха при данной температуре, которая определяется по специальным таблицам, г/м3. Температура в книгохранилищах должна быть в пределах 18±2 °С, влажность — 55±5 %. Если исключить граничные условия, при кото¬рых происходит необратимое разрушение бумаги (опасный нижний предел относительной влажности воздуха 25 %) или развитие микро¬организмов (верхний предел 70 %), то считается, что в диапазоне тем¬ператур 16—22 °С и влажности 25—60 % климатические условия не оказывают отрицательного влияния на долговечность документов. Еще более опасными, чем крайние значения температуры и от¬носительной влажности, являются сезонные колебания этих показа¬телей, когда библиотечные материалы (бумага, кожа, пергамен) под¬вергаются набуханию и сжатию. Микроскопические исследования показывают, что волокна натуральных материалов никогда не возвра¬щаются в первоначальное состояние. Эти изменения размеров ускоря¬ют повреждения, такие как деформация и коробление бумаги и пере¬плетов книг, отслаивание красок и растрескивание эмульсии на фото¬графиях. NISO (США) разработал стандарт на условия окружающей среды для хранения документов на бумажной основе в архивах и библиоте¬ках, согласно которому считается допустимым изменение в течение одного месяца температуры на 1,8 °С, относительной влажности — на 3 %. За мониторинг должен отвечать конкретный человек. Измере¬ния в каждом помещении хранители должны проводить сразу же, при¬дя на работу, затем в полдень и в 5 ч вечера. Проведенные исследования показали, что сильные колебания этих параметров происходят лишь при сквозном длительном проветрива¬нии. Проветривание — мощный фактор изменения микроклимата, но использовать его надо очень осторожно, принимая во внимание изме¬няющиеся свойства наружного воздуха. Чем меньше разница во влагосодержании наружного и внутреннего воздуха, тем дольше можно проводить проветривание. В РНБ (ранее Государственная публичная библиотека им. М. Е. Сал¬тыкова Щедрина) наблюдение за климатическими параметрами ведется с 1934 г., когда при Отделе фондов и обслуживания создана группа ги¬гиены книги. В настоящее время для определения температуры и влажности воз¬духа используются приборы, в основе работы которых лежат разные принципы действия. Психрометры Психрометры (Психрометр — от греч. psychria холод + metreo мерю) применяются уже более ста лет, в частности в архи¬вах, музеях, библиотеках. В них используется физический принцип психрометрии — свойство смоченных водой тел охлаждаться при ис¬парении влаги. Метод основан на зависимости между влажностью воз¬духа и психрометрической разностью — разностью показаний сухого и увлажненного термометров, находящихся в термодинамическом рав¬новесии с окружающей средой. О возможности использования пони¬жения температуры смоченного термометра как меры влажности воз¬духа впервые упоминается в середине XVIII в. Существует два основ¬ных типа психрометров: с естественной вентиляцией (стационарный) и с искусственной вентиляцией (аспирационный). Стационарный психрометр (рис. 1) имеет два одинаковых термо¬метра с делением шкалы 0,2°. Резервуар правого термометра обернут батистом, конец которого опущен в стаканчик с дистиллированной во¬дой, закрытый крышкой с прорезью для батиста. Недостатком этого психрометра является зависимость показаний смоченного термометра от скорости потока воздуха. Наиболее удачная система для перевода показаний психрометра в единицы влажности принадлежит В. И. Арнольду. При расчетах влаж¬ности и построении психометрических графиков используются полу- эмпирические формулы: Е = Е*(ТВ)-Р х AW(TC — Тв) и Н = Ев / Ec-Aw х (Тс-Тв) / Ес, где Е — давление пара; Ew — давление насыщенного пара по отношению к воде, находящейся во влажном воздухе, при давлении Р и температуре Тс; Рис. 1. Психрометр в хранилище Aw — психрометрическая постоянная по отношению к воде; Ев и Ес — давление насыщенного водяного пара при температуре влажно¬го (Тв) и сухого (Тс) термометров. Учитывая сложность этих формул, для каждого типа психрометров составляют психрометрическую таблицу, в которой величина относи¬тельной влажности воздуха приведена в зависимости от одной из тем¬ператур или от их разности Тс-Тв. Общие требования к этим таблицам и правила их составления указаны в ГОСТ 8.524-85. Для точной психрометрии рекомендуется скорость потока воздуха больше 3 м/с. При скоростях больше 3 м/с Aw уже не зависит от скоро¬сти вентиляции. При погрешности температуры ±0,1 °С погрешность измерения влажности составляет ±(1,0—1,5) %. Это предельная точ¬ность психрометрического метода. Рис. 2. Психрометр Ассмана Бытовой психрометр имеет два термометра, закрепленных на па¬нели. Один из термометров (так называемый «влажный») обернут в один слой батистом, конец ткани опущен в резервуар с дистиллирован¬ной водой. При испарении воды с влажного батиста термометр охлаж¬дается и показывает пониженную температуру. Второй, так называе¬мый сухой термометр, показывает температуру окружающего воздуха. Система находится в равновесии, и скорость испарения влаги с бати¬ста зависит от влажности воздуха, следовательно, от нее зависит и тем¬пература, которую покажет увлажненный термометр. Например, если влажность воздуха высокая, испарение влаги с батиста будет происходить медленно, второй термометр покажет температуру, более близ¬кую к показаниям первого термометра, чем в случае с низкой влажно¬стью воздуха, то есть разность показаний температур на термометрах тем больше, чем ниже влажность воздуха. В настоящее время выпускают две модели бытовых психрометров на заводе «Термоприбор» (г. Клин), отличающиеся только температур¬ным диапазоном: ВИТ-1 — от 0 до 25 °С, ВИТ-2 — от 15 до 40 °С (изме¬ряет влажность в диапазоне от 20 до 90 % с точностью 7 %). Перед из¬мерением относительной влажности воздуха необходимо измерить скорость аспирации непосредственно перед психрометром, то есть скорость воздушных вертикальных потоков, омывающих прибор. Ско¬рость аспирации измеряют с помощью анемометра крыльчатого У5, ГОСТ 6376-74. Измеренная скорость округляется до десятых долей метра в секунду. Диапазон скоростей аспирации указан в приложении к инструкции к прибору (в психрометрических таблицах). При использовании бытовых психрометров целесообразно сопос¬тавить их показания с показаниями точного прибора — аспирационного, электронного, оценив реальную разницу. В отличие от аспирационного, бытовой психрометр не имеет принудительного обдувания и ра¬ботает в разных режимах естественного испарения влаги с батиста в зависимости от местоположения прибора в хранилище. Это снижает точность его показаний. Психрометр аспирационный (или Ассмана). Приборы этого типа дают возможность самым дешевым способом правильно измерять от¬носительную влажность воздуха. Диапазон измерений: температу¬ры — от -35 до +35 °С с точностью 0,2 °С; относительной влажно¬сти — от 0 до 100 %, с точностью 1 %. Прибор состоит из двух одинаковых ртутных термометров, закреп¬ленных в специальной металлической никелированной оправе. Резер¬вуары термометров помещены в двойные трубки с воздушной про¬слойкой, что предохраняет термометры от нагревания солнцем. Эти трубки соединены с вентилятором, приводимым во вращение часовым механизмом или электродвигателем, вентилятор обдувает оба термо¬метра с постоянной скоростью около 2 м/сек. Резервуар одного из тер¬мометров обернут батистом в один слой, перед работой его смачивают дистиллированной водой. Вращением вентилятора в прибор засасыва¬ется воздух, который, обтекая резервуары термометров, проходит по главному воздухопроводу к аспиратору и выбрасывается последним наружу через специальные прорези. Один термометр показывает тем¬пературу потока воздуха, а другой — меньшую, из-за испарения воды с поверхности батиста. Влажность воздуха определяется так же, как в случае бытовых психрометров. Долгое время применялся аспирационный психрометр МВ-4М, в настоящее время выпускается однотипный прибор М-34. МВ-4М имеет механический (пружинный) привод вентилятора, а М-34 — электрический. Разработаны также автоматические психрометры для повы¬шенных температур. Например, АТГ-210. Его особенность заключа¬ется в том, что смачивание термометра выполняется без фитиля, путем распыления воды, а температура воздуха и воды одинакова. Гигрометры Гигрометры измеряют только относительную влажность воздуха. В них используется свойство материалов менять какой-либо параметр в зависимости от влажности воздуха, например, длину или электриче¬ское сопротивление. Еще до нашей эры в качестве гигрометра приме¬няли натянутую между столбами веревку, по провисанию которой су¬дили о влажности воздуха. Гигрометры бывают разных типов, например, деформационные и сорбционно-резистивные. В деформационных гигрометрах используется свойство волоса изменять длину в зависимости от влажности воздуха. Это стрелочные Рис. 3. Гигрометр приборы. Волосок соединен с рычажком, поворачивающим стрелку прибора. Он, деформируясь при изменении влажности воздуха, из¬меняет положение стрелки прибора. Преимущество приборов такого типа — дешевизна и работоспособность при температурах ниже О °С. Долгое время в отечественной практике применяли и сейчас еще используют волосные гигрометры М-68 — в круглой металлической оправе (рис. 3), а также менее надежные М-19 — открытого типа. М-68 работает в диапазоне температур 5—40 °С и определяет относитель¬ную влажность воздуха в пределах 30—100 %. М-19 используется главным образом в зимнее время при температурах ниже -10 °С, когда психрометры на работают. Диапазон измеряемых температур —• от -20 до + 40 °С; диапазон показателей влажности — от 30 до 100 % с точно¬стью 10 %. Данные приборы являются инерционными, медленно реа¬гируют на резкие колебания влажности воздуха и нуждаются в предва¬рительной настройке по эталону, например, по аспирационному пси¬хрометру. В метеорологических гигрографах М-21А для обеспечения доста¬точного усилия используют пучок обезжиренных человеческих волос (до 40 волос). Животная пленка, изготавливаемая из прямой кишки животных, служит влагочувствительным элементом главным образом в аэрологи¬ческих радиозондах. Ее деформация с помощью специального реоста¬та преображается в электрический сигнал. Простота конструкции, не¬высокая стоимость и удобство деформационных гигрометров делает их применение желательным во многих случаях. Сложность заготовки традиционных природных, в том числе животных материалов, долгое время ограничивала производство и разработку новых приборов. Ре¬шением этой проблемы стало применение синтетических материалов, например, нейлоновой нити и других полимеров. В сорбционно-резистивных гигрометрах используется свойство сорбционных материалов изменять электрическое сопротивление при изменении влажности воздуха. В 1938 г. Данмор (США) описал первую конструкцию электриче¬ского гигрометра, заменяющего волосной. Он представлял собой две тонкие луженые спирали из медной проволоки, покрытые разбавлен¬ным раствором хлористого лития в воде. При влажности больше 12 % вследствие поглощения влаги из воздуха хлористый литий образует проводящую пленку, электрическое сопротивление которой зависит от влажности и температуры окружающей среды и измеряется между витками двух проволок. В подобных гигрометрах кроме пластинки с хлоридом лития использовались: окись А1, датчики с ионным обме¬ном, свинцово-иодистые пленки, керамика, титанат церия и другие ма¬териалы. Термогигрографы Самозаписывающий термогигрограф для мониторинга температу¬ры и влажности на протяжении длительного времени представляет со¬бой комбинацию из двух приборов: биметаллического термографа и волосного гигрографа, смонтированных на общем основании. Приемником температуры служит прогнутая биметаллическая пластинка. При изменении температуры окружающей среды кривизна пластинки биметалла меняется. Деформация пластинки через тягу и рычаг передается стрелке с пером, которая делает запись на специаль¬ной ленте, надетой на барабан часового механизма (рис. 4а). Рис. 4. Термогигрографы Приемником влажности является пучок обезжиренных человече¬ских волос. Один конец пучка закреплен неподвижно, другой закреп¬лен в устройстве, которое может перемещаться, вызывая перемещение стрелки по ленте. При изменении влажности воздуха длина пучка ме¬няется, и стрелка с пером отражает это изменение. Рис. 5. Термогигрометр со щупом (ROTRONIC) Рис. 6. Логгер (COMARK) Рис. 7. Логгер со щупом (ROTRONIC) Пределы измерения влажности — 30—-100 %, температуры — от -35 до +45 °С. Точность измерений температуры — ±1 °С, влажно¬сти — ±1 %, заводится механизм на неделю. Менять ленты приходится регулярно, что удорожает работу приборов при длительной записи. Приборы требуют калибровки, в частности, при перемещении на другое место. В настоящее время в музеях используют современные модели. В термогигрографах 9009 (рис. 46) и 9010 в качестве барабан¬ного механизма используется кварцевый мотор, модель 9010 рассчита¬на на цикл работы до месяца. Их пределы измерения влажности — 0—100 ±2 %, температуры — от -20 до +43 ±1 °С. Термогигрометр Dickson работает на аккумуляторах, имеет память на 1900 измерений, упаковка бумаги рассчитана на 7-дневный цикл работы. Его пределы измерения влажности — 10—95 %, температуры — от 0 до +50 °С. Цифровые электронные приборы Механические модели постепенно вытесняются цифровыми элек¬тронными приборами, которые подразделяются на две большие группы. Электронные приборы без программного обеспечения. Термо¬гигрометры — прецизионные измерительные приборы с автономным батарейным питанием, имеющие датчики температуры и относитель¬ной влажности. Большинство из них не сохраняет получаемую инфор¬мацию. Некоторые благодаря микропроцессору сохраняют данные о минимальных и максимальных значениях температуры и влажности, пока их не перенастроят вручную. Показания температуры и влажно¬сти высвечиваются на экране минидисплея. Для контроля климата в хранилищах РНБ используют различные модели термогигрометров фирмы ROTRONIC (рис. 5) с диапазоном измерений температуры от -50 до +200 °С, относительной влажности воздуха — от 0 до 100 %. Диапазон зависит от типа вмонтированных датчиков. Точность измерения влажности — ±1,5 %, температуры — ±0,3 °К. Прибор малогабаритный, легкий, переносной. Некоторые мо¬дели имеют щуп, что позволяет производить замеры внутри книг и других документов. Электронные приборы с программным обеспечением—доггеры. Логгеры (DATA-LOGGERS и RADIO-LOGGERS) — устройства небольшого размера, обеспечивающие сбор, обработку, хранение и пе¬редачу информации, а также управление комплексом датчиков и ана¬литических приборов, работающих в автоматическом и непрерывном режиме. Логгеры измеряют заданные программой параметры (темпе¬ратуру и относительную влажность воздуха) с определенной перио¬дичностью . Диапазон измерения температуры — от -50,0 до+199,9 °С; влажности — от 0 до 100 %. Точность измерения влажности — ±1,5 %, температуры — ±0,3 °С. Получение информации может осуществляться периодически или постоянно. В первом случае собранные данные постепенно переносят¬ся из памяти логгера в компьютер. Для передачи информации с DATA-LOGGERS необходимо снять датчик и, подключив логгер с помощью специального провода к компьютеру, считывать получен¬ную информацию в виде таблиц и графиков (рис. 6, 7). Во втором случае датчики являются периферийными устройства¬ми в единой сети и управляются персональными компьютерами либо через модем по телефонным линиям связи (DATA-LOGGERS), либо с помощью радиоволн (RADIO-LOGGERS). Таким образом, не снимая прибора, можно получать на компьютере информацию обо всех изме¬ряемых параметрах. Подобные системы могут включать в себя более 200 датчиков. Система радиоконтроля параметров климата немецкой фирмы HANWELL снабжена датчиками, измеряющими каждые 15 мин тем¬пературу и влажность воздуха, уровень освещенности и долю ультра¬фиолета, имеется также специальный датчик наружной температуры и влажности. Устойчивая радиосвязь может осуществляться в радиу¬се 2,5 км. Программное обеспечение позволяет оперативно, на мони¬торе компьютера видеть параметры климата во всех помещениях, где установлены датчики, а также просматривать графики непрерывного изменения параметров в любых диапазонах с любой интересующей даты. Программа позволяет вести журнал «тревог», регистрируя слу¬чаи, когда параметры климата выходят за допустимые пределы. «Тре¬вога» имеет цветовой и звуковой сигналы. Система позволяет опера¬тивно реагировать на ошибки в проветривании, а также на остановки в работе увлажнителей, систем вентиляции и кондиционирования воздуха. С 2001 г. такая система работает в Государственном Русском музее: хранители могут получать информацию по климату музея в полном объеме и принимать соответствующие меры в случае необхо¬димости. В Российской национальной библиотеке с 2001 г. используют логгеры фирм COMARK (Франция) (рис. 6) и ROTRONIC (Швейцария), фотографии которых приведены выше (рис. 5 и 8). В настоящее время применяются более современные модели ROTRONIC, которые пред¬полагается соединить в единую сеть. В заключение — некоторые рекомендации по выбору приборов. В помещениях, где нет ценных фондов, достаточно установить недо¬рогие приборы. Если регулирование климата в здании сводится просто к отоплению зимой, можно использовать психрометр. Но если необхо¬дима установка системы кондиционирования, то целесообразно при¬обретение цифровых приборов для получения точных данных. Список использованной литературы Влажность. Измерение и регулирование в научных исследованиях и технике : материалы междунар. симпозиума по влагометрии : в 2 т. Т. 2. Вашингтон, 1963. 184 с. Метрологическое обеспечение гигрометрии / подгот. И. А. Соколов ; ВНИИ КИ. М., 1987. 72 с. Митчелл Дж., Смит Д. Акваметрия. М. : Химия, 1980 г. 156 с. Привалов В. Ф. Обеспечение сохранности архивных документов на бумажной основе : метод, пособие / Росархив, ВНИИДАД. М., 2003. 112 с. Психрометр Ассмана. М. : ГИМИЗ, 1948. 16 с. Сохранение библиотечных и архивных материалов (руководство). СПб. : Ев¬ропейский дом, 1998. 257 с. Термогигрограф. Описание и руководство к пользованию. М. : Оборониздат, 1941 г. 17 с.
Относительная влажность — Relative humidity
относительная влажность (RH) — это отношение парциального давления водяного пара к равновесное давление пара воды при данной температуре. Относительная влажность зависит от температуры и давления в интересующей системе. Такое же количество водяного пара приводит к более высокой относительной влажности в холодном воздухе, чем в теплом. Связанный параметр — точка росы.
- 1 Определение
- 2 Значение
- 2.1 Климат-контроль
- 2.2 Относительная влажность и тепловой комфорт
- 2.3 Дискомфорт для человека, вызванный низкой относительной влажностью
- 2.4 Здания
- 2.5 Транспортные средства
- 2.6 Авиация
- 5.1 Коэффициент усиления
- 9.1 Цитаты
- 9.2 Источники
Определение
Относительная влажность (RH или ϕ) воздушно-водяной смеси определяется как отношение парциального давления водяного пара (p H 2 O) O>>)> в смеси до равновесного давления пара воды (p H 2 O ∗) O>> ^ )> над плоской поверхностью чистой воды на заданная температура :
Относительная влажность обычно выражается как процент ; более высокий процент означает, что смесь воздуха и воды более влажная. При относительной влажности 100% воздух насыщен и находится на уровне точки росы.
Значимость
Климат-контроль
Климат-контроль — это контроль температуры и относительной влажности в зданиях., транспортных средств и других закрытых помещений с целью обеспечения комфорта, здоровья и безопасности человека, а также соблюдения экологических требований к машинам, чувствительным материалам (например, историческим) и техническим процессам.
Относительная влажность и тепловой комфорт
Наряду с температурой воздуха, средней температурой излучения, скоростью воздуха, уровнем метаболизма и уровнем одежды, относительной влажностью играет роль в обеспечении человеческого теплового комфорта. В соответствии со стандартом ASHRAE Standard 55-2017: Тепловые условия окружающей среды для людей, тепловой комфорт в помещении может быть достигнут с помощью метода PMV с относительной влажностью в диапазоне от 0 до 100%, в зависимости от уровни других факторов, влияющих на тепловой комфорт. Однако рекомендуемый диапазон относительной влажности в помещении в зданиях с кондиционированием воздуха обычно составляет 30–60%.
В целом, более высокие температуры требуют более низкой относительной влажности для достижения теплового комфорта по сравнению с более низкими температурами, при соблюдении всех остальных факторов. постоянный. Например, при уровне одежды = 1, скорости метаболизма = 1,1 и скорости воздуха 0,1 м / с изменение температуры воздуха и средней температуры излучения с 20 ° C до 24 ° C снизит максимально допустимую относительную влажность со 100% до 65% для поддержания теплового комфорта. Инструмент CBE Thermal Comfort Tool можно использовать для демонстрации влияния относительной влажности на определенные условия теплового комфорта, а также его можно использовать для демонстрации соответствия стандарту ASHRAE Standard 55-2017.
При использовании адаптивная модель для прогнозирования теплового комфорта в помещении, относительная влажность не принимается во внимание.
Хотя относительная влажность является важным фактором теплового комфорта, люди более чувствительны к колебаниям температуры, чем они к изменениям относительной влажности. Относительная влажность оказывает небольшое влияние на тепловой комфорт на открытом воздухе при низких температурах воздуха, немного более выраженное влияние при умеренных температурах воздуха и гораздо более сильное влияние при более высоких температурах воздуха.
Дискомфорт человека, вызванный низкой относительной влажностью
В холодном климате из-за температуры наружного воздуха пропускная способность водяного пара снижается. Хотя может идти снег и относительная влажность на улице высокая, как только воздух попадает в здание и нагревается, его новая относительная влажность становится очень низкой (то есть воздух очень сухой), что может вызвать дискомфорт. Сухая кожа с трещинами может возникнуть из-за сухого воздуха.
Низкая влажность вызывает высыхание, растрескивание и растрескивание тканей слизистой оболочки носовых ходов и повышение их восприимчивости к проникновению риновируса вирусов простуды. Низкая влажность — частая причина носовых кровотечений. Использование увлажнителя воздуха в домах, особенно в спальнях, может помочь с этими симптомами.
Относительная влажность в помещении должна поддерживаться выше 30%, чтобы снизить вероятность высыхания носовых проходов человека.
Люди могут чувствовать себя комфортно в широком диапазоне влажности в зависимости от температуры — от 30 до 70%, но в идеале от 50 до 60%. Очень низкая влажность может вызвать дискомфорт, проблемы с дыханием и усугубить аллергию у некоторых людей. Зимой рекомендуется поддерживать относительную влажность 30% и выше. Чрезвычайно низкая (ниже 20%) относительная влажность также может вызвать раздражение глаз.
Здания
Для управления микроклиматом в зданиях, использующих системы HVAC, ключом является поддержание относительной влажности. влажность в комфортном диапазоне — достаточно низкая, чтобы быть комфортной, но достаточно высокая, чтобы избежать проблем, связанных с очень сухим воздухом.
При высокой температуре и низкой относительной влажности испарение воды происходит быстро; почва сохнет, влажная одежда, повешенная на веревке или вешалке, быстро сохнет, а пот легко испаряется с кожи. Деревянная мебель может давать усадку, в результате чего краска, покрывающая эти поверхности, трескается.
При низкой температуре и высокой относительной влажности испарение воды происходит медленно. Когда относительная влажность приближается к 100%, на поверхностях может образоваться конденсат, что приведет к проблемам с плесенью, коррозии, гниению и другим повреждениям, связанным с влажностью. Конденсат может представлять угрозу безопасности, поскольку он может способствовать росту плесени и гнили древесины, а также, возможно, замораживанию аварийных выходов.
Определенные производственные и технические процессы и обработки на заводах, в лабораториях, больницах и других учреждениях требуют поддержания определенного уровня относительной влажности с помощью увлажнителей, осушителей и связанных с ними систем управления.
Транспортные средства
Основные принципы построения зданий, указанные выше, также применимы к транспортным средствам. Кроме того, могут быть соображения безопасности. Например, высокая влажность внутри транспортного средства может привести к проблемам конденсации, таким как запотевание лобовых стекол и замыкание электрических компонентов. В транспортных средствах и сосудах высокого давления, таких как герметичные авиалайнеры, подводные аппараты и космические корабли, эти соображения могут иметь решающее значение для безопасности и сложны необходимы системы экологического контроля, включая оборудование для поддержания давления.
Авиация
Авиалайнеры работают с низкой внутренней относительной влажностью, часто ниже 20%, особенно на дальних рейсах. Низкая влажность является следствием втягивания очень холодного воздуха с низкой абсолютной влажностью, что характерно для крейсерских высот авиалайнеров. Последующее нагревание этого воздуха снижает его относительную влажность. Это вызывает дискомфорт, такой как боль в глазах, сухость кожи и высыхание слизистой оболочки, но увлажнители не используются, чтобы поднять ее до комфортного среднего уровня, потому что объем воды, необходимый для перевозки на борту, может значительно снизить вес. По мере того как авиалайнеры спускаются с более низких высот в более теплый воздух (возможно, даже пролетая сквозь облака на высоте нескольких тысяч футов над землей), относительная влажность окружающей среды может резко возрасти. Часть этого влажного воздуха обычно втягивается в герметичную кабину самолета и в другие не находящиеся под давлением зоны самолета и конденсируется на холодной обшивке самолета. Обычно можно увидеть, как жидкая вода течет по обшивке самолета как внутри, так и снаружи кабины. Из-за резких изменений относительной влажности внутри автомобиля компоненты должны быть аттестованы для работы в таких условиях. Рекомендуемые экологические требования для большинства компонентов коммерческих самолетов перечислены в RTCA DO-160.
Холодный влажный воздух может способствовать образованию льда, который представляет опасность для самолета, поскольку влияет на профиль крыла и увеличивает вес. У карбюраторных двигателей есть еще одна опасность образования льда внутри карбюратора. Поэтому авиационные метеорологические сводки (METAR ) включают указание относительной влажности, обычно в форме точки росы.
. Пилоты должны учитывать влажность при расчете взлетной дистанции, поскольку высокая влажность требует больше времени. взлетно-посадочные полосы и снизят характеристики набора высоты.
Высота по плотности — это высота относительно стандартных условий атмосферы (Международная стандартная атмосфера), при которой плотность воздуха будет равна указанной плотности воздуха в месте наблюдения, или, другими словами, высоте, когда измеряется с точки зрения плотности воздуха, а не расстояния от земли. «Высота по плотности» — это барометрическая высота с поправкой на нестандартную температуру.
Повышение температуры и, в гораздо меньшей степени, влажности приведет к увеличению высоты над уровнем моря. Таким образом, в жарких и влажных условиях высота по плотности в конкретном месте может быть значительно выше истинной высоты.
Измерительный
A гигрометр — прибор, используемый для измерения влажности воздуха.
Влажность смеси воздуха и водяного пара определяется с помощью психрометрических диаграмм, если и температура по сухому термометру (T), и температура по влажному термометру (Tw) смеси известны. Эти количества легко оценить с помощью стропа , психрометра.
. Существует несколько эмпирических формул, которые можно использовать для оценки равновесного давления водяного пара в зависимости от температуры. Уравнение Антуана относится к наименее сложным из них, имея только три параметра (A, B и C). Другие формулы, такие как уравнение Гоффа – Гратча и приближение Магнуса – Тетенса, более сложны, но дают более высокую точность.
Уравнение Арден-Бак. обычно встречается в литературе по этой теме:
ew ∗ = (1.0007 + 3.46 × 10 — 6 P) × 6.1121 e 17.502 T / (240.97 + T), ^ < *>= (1.0007 + 3.46 \ times 10 ^ P) \ times 6.1121 \, e ^ ,>
где T — температура по сухому термометру, выраженная в градусах Цельсия (° C), P — абсолютное давление, выраженное в миллибарах, и ew ∗ < \ displaystyle e_ ^ > — равновесное давление пара, выраженное в миллибарах. Бак сообщил, что максимальная относительная ошибка составляет менее 0,20% в диапазоне от -20 до +50 ° C (от -4 до 122 ° F), когда эта конкретная форма обобщенной формулы используется для оценки равновесного давления пара воды.
Водяной пар не зависит от воздуха
Понятие воздуха, «удерживающего» водяной пар или «насыщенного» им, часто упоминается в связи с концепцией относительной влажности. Это, однако, вводит в заблуждение — количество водяного пара, который входит (или может входить) в данное пространство при заданной температуре, почти не зависит от количества воздуха (азота, кислорода и т. Д.), Который присутствует. Действительно, вакуум имеет примерно такую же равновесную способность удерживать водяной пар, что и тот же объем, заполненный воздухом; оба даются равновесным давлением водяного пара при данной температуре. Существует очень небольшая разница, описанная ниже в разделе «Коэффициент усиления», которой можно пренебречь во многих расчетах, если не требуется высокая точность.
Зависимость от давления
Относительная влажность системы воздух – вода зависит не только от температуры, но и от абсолютного давления в интересующей системе. Эта зависимость демонстрируется на примере системы воздух – вода, показанной ниже. Система закрыта (т.е. неважно, входит в систему или выходит из нее).
Если система в состоянии A нагревается изобарно (нагрев без изменения давления в системе), то относительная влажность в системе уменьшается, поскольку равновесное давление пара воды увеличивается с повышением температуры. Это показано в состоянии B.
Если система в состоянии A изотермически сжимается (сжимается без изменения температуры системы), то относительная влажность в системе увеличивается, поскольку парциальное давление воды в системе увеличивается. с уменьшением громкости. Это показано в состоянии C. Выше 202,64 кПа относительная влажность превысит 100%, и вода может начать конденсироваться.
Если давление в состоянии А было изменено простым добавлением сухого воздуха без изменения объема, относительная влажность не изменилась бы.
Следовательно, изменение относительной влажности можно объяснить изменением температуры системы, изменением объема системы или изменением обоих этих свойств системы.
Коэффициент усиления
Коэффициент усиления (fw) )> определяется как отношение давления насыщенного пара вода во влажном воздухе (ew ′) )> до давления насыщенного пара чистой воды:
Коэффициент усиления для идеальных газовых систем равен единице. Однако в реальных системах эффекты взаимодействия между молекулами газа приводят к небольшому увеличению равновесного давления водяного пара в воздухе по сравнению с равновесным давлением пара чистого водяного пара. Таким образом, для реальных систем коэффициент усиления обычно немного больше единицы.
Коэффициент усиления обычно используется для корректировки равновесного давления водяного пара, когда эмпирические зависимости, например, разработанные Векслером, Гоффом и Грэтчем, используются для оценки свойств психрометрических систем.
Бак сообщил, что на уровне моря давление пара воды в насыщенном влажном воздухе примерно на 0,5% выше равновесного давления пара чистой воды.
Связанные понятия
Термин «относительная влажность» используется для систем с водяным паром в воздухе. Термин относительное насыщение используется для описания аналогичного свойства для систем, состоящих из конденсируемой фазы, отличной от воды, в неконденсируемой фазе, отличной от воздуха.
Другие важные факты
В этом контексте упоминается газ до насыщения, когда давление водяного пара в воздухе находится при равновесном давлении пара для водяного пара при температуре смеси газа и водяного пара; жидкая вода (и лед при соответствующей температуре) не теряет массу из-за испарения при воздействии насыщенного воздуха. Это также может соответствовать возможности образования росы или тумана в пространстве, в котором отсутствуют температурные различия между его частями, например, в ответ на снижение температуры. Туман состоит из очень мельчайших капель жидкости, которые в основном удерживаются в воздухе за счет изостатического движения (другими словами, капли падают в воздухе с конечной скоростью, но, поскольку они очень малы, эта конечная скорость тоже очень мала, поэтому не посмотрите на нас, как будто они падают, и кажется, что их держат в воздухе).
Заявление о том, что относительная влажность (RH%) никогда не может быть выше 100%, хотя и является довольно хорошим ориентиром, не является абсолютно точным без более сложного определения влажности, чем приведенное здесь. Образование облаков, при котором частицы аэрозоля активируются с образованием ядер облачной конденсации, требует перенасыщения воздушной посылки до относительной влажности чуть выше 100%. Один пример меньшего масштаба обнаружен в камере Вильсона в ядерно-физических экспериментах, в которых индуцируется состояние пересыщения для выполнения своей функции.
Для заданной точки росы и соответствующей ей абсолютной влажности относительная влажность изменится обратно пропорционально, хотя и нелинейно, с температурой температуры. Это связано с тем, что парциальное давление воды увеличивается с увеличением температуры — принцип действия, лежащий в основе всего, от фенов до осушителей.
. Из-за растущей возможности повышения парциального давления водяного пара при более высоких температурах воздуха., содержание воды в воздухе на уровне моря может достигать 3% по массе при 30 ° C (86 ° F) по сравнению с не более 0,5% по массе при 0 ° C (32 ° F). Этим объясняется низкий уровень влажности (при отсутствии мер по добавлению влаги) в отапливаемых конструкциях зимой, что приводит к сухой коже, зуду глазах и наличие статических электрических зарядов. Даже при насыщении (относительная влажность 100%) на открытом воздухе нагрев проникающего наружного воздуха, поступающего в помещение, увеличивает его влагоемкость, что снижает относительную влажность и увеличивает скорость испарения с влажных поверхностей в помещении (включая тела людей и домашние растения)
Точно так же летом во влажном климате большое количество жидкой воды конденсируется из воздуха, охлаждаемого в кондиционерах. Более теплый воздух охлаждается ниже точки росы, а избыток водяного пара конденсируется. Это то же самое явление, при котором капли воды образуются на внешней стороне чашки с ледяным напитком.
Полезное практическое правило состоит в том, что максимальная абсолютная влажность удваивается при повышении температуры на каждые 20 ° F (11 ° C). Таким образом, относительная влажность будет падать в 2 раза на каждые 20 ° F (11 ° C) повышения температуры, при условии сохранения абсолютной влажности. Например, в диапазоне нормальных температур воздух с температурой 68 ° F (20 ° C) и относительной влажностью 50% станет насыщенным при охлаждении до 50 ° F (10 ° C), его точка росы, и 41 ° F (5 ° C) воздух при относительной влажности 80%, нагретый до 68 ° F (20 ° C), будет иметь относительную влажность всего 29% и чувствовать себя сухим. Для сравнения, стандарт теплового комфорта ASHRAE 55 требует, чтобы системы, предназначенные для регулирования влажности, поддерживали точку росы 16,8 ° C (62,2 ° F), хотя нижний предел влажности не установлен.
Водяной пар является более легким газом, чем другие газообразные компоненты воздуха при той же температуре, поэтому влажный воздух будет подниматься за счет естественной конвекции. Это механизм, лежащий в основе гроз и других погодных явлений. Относительная влажность часто упоминается в прогнозах погоды и отчетах, так как это показатель вероятности выпадения росы или тумана. В жаркое лето погоду он также увеличивает видимую температуру до людей (и других животных ), препятствуя испарению пота с кожи при повышении относительной влажности. Этот эффект рассчитывается как индекс тепла или humidex.
. Устройство, используемое для измерения влажности, называется гигрометром ; один, используемый для его регулирования, называется гигростатом, а иногда и гигростатом. (Это аналог термометра и термостата для температуры соответственно.)
См. Также
- Абсолютная влажность
- Удельная влажность
Ссылки
Цитаты
Источники
Внешние ссылки
Измерение относительной влажности и активности воды
Наиболее распространенный источник ошибок при измерениях относительной влажности — это существующее различие между температурой датчика и окружающей среды. При относительной влажности в 50 %RH, различие температур в 1 °C (1.8 °F) в среднем приводит к ошибке в 3 %RH (относительной влажности). При использовании датчика влажности с показывающим прибором, хорошей практикой считается отслеживание на дисплее прибора изменений показаний температуры и момента их стабилизации. Датчик должен находится в измеряемой среде достаточное время для установления равновесия. Чем больше первоначальное различие температур датчика и измеряемой среды, тем большее время понадобится для достижения равновесия. Это врем я можно сократить и избежать ошибок измерения, если использовать вариант датчика, специально предназначенный для Вашей задачи. В чрезвычайных условиях, когда датчик холоднее, чем измеряемая среда, на сенсоре может происходить образование конденсата. До тех пор, пока установленные производителем для данного типа датчика предельные значения влажности и температуры не превышены, образование конденсата не должно повлиять на калибровку сенсора. Однако для получения правильных показаний датчик должен сначала высохнуть.
Практические советы по измерению влажности
Единицы измерения влажности
Температура точки росы / точки инея
Температура точки росы влажного воздуха при температуре T, давлении Pb и определенном содержании паров воды (соотношении смеси) — это такая температура, до которой необходимо охладить данный воздух для достижения момента насыщения по отношению к воде (начала выпадения росы).
Температура точки инея влажного воздуха при температуре T, давлении Pb и определенном содержании паров воды (соотношении смеси) — это такая температура, до которой необходимо охладить данный воздух для достижения момента насыщения по отношению ко льду (начала выпадения инея).Температура смоченного термометра
Температура смоченного (шарика) термометра для влажного воздуха при температуре T, давлении Pb и определенном содержании паров воды (соотношении смеси) — это такая температура, которую принимает воздух при данной температуре, при условии постепенного введения в него бесконечно малыми порциями воды, испаряющейся по адиабатическом у процессу при постоянном давлении до момента достижения насыщения.
Данный параметр используется для эмуляции работы психрометра.Концентрация паров
Концентрация паров (плотность воды в смеси) или абсолютная влажность, опеределяется как отношение массы паров воды Mv к объему V, занимаемому смесью.
Dv = Mv / V , выражается в г/м3 или в grains/cu ft (гранах на кубический фут)
Это можно вывести из следующего уравнения PV = nRT:
a) Mv = n x mw, где :
n = число моль паров воды, присутствующих в объеме V
mw = молекулярная масса волы
b) Dv = Mv /.V = n x mw / V = mw x p / RT , где:
mw = 18.016 г
p = парциальной давление паров воды [Pa]
R = 8.31436 Pa x м3 / °K x моль
T = температура газовой смеси в °K
Dv [г/м3] = p / 0.4615 x T
Dv [gr/cuft] = 0.437 x Dv [г/м3]Удельная влажность
Удельная влажность (также известная как массовая концентрация или содержание влаги во влажном воздухе) это отношение массы паров воды Mv к массе влажного воздуха (Mv + Ma), содержащего Mv паров воды.
Q = Mv / (Mv + Ma)
Q = p mw / (p mw + (Pb — p) ma)
Q [г/кг] = 1000 p / (1.6078 Pb — 0.6078 p)
Q [gr/lb] = 7 x Q [г/кг]Соотношение смеси (содержание воды) по массе
Соотношение смеси r для влажного воздуха — это отношение массы паров воды Mv к массе сухого воздуха Ma , в котором эти пары содержаться:
r = Mv / Ma
Mv = n x mw = mw x p V / RT
Ma = n x ma = ma x pa V / RT = ma x (Pb — p) / RT, где:
mw = 18.016 г
ma = 28.966 г
p = парциальное давление паров воды [Pa]
pa = парциальное давление сухого воздуха [Pa]
Pb = общее или атмосферное давление [Pa]
R = 8.31436 Pa x м3 / °K x моль
T = температура газовой смеси в °K
r = mw p / ma (Pb — p)
r = 621.97 x p / (Pb — p) [г/кг]
r [gr/lb] = 7 x r [г/кг]Энтальпия
Энтальпия (или «содержание» энергии) влажного воздуха при давлении Pb, температуре t (°C) и соотношении смеси r (г/кг) определяется следующим образом:
h [КДж/кг влаги] = 1.00464 t + 0.001846 r x t + 2.5 r
Замечание: принято, что энтальпия сухого воздуха ( r = 0 ) при 0°C равна нулю. Отрицательные значения энтальпии возможны и свидетельствуют, что содержание энергии в смеси воздух/пары воды меньше, чем ее содержание в сухом воздухе при 0°C.
1 lb = 0.4536 кг
1 BTU = 1.05507 КДж
h [BTU / lb] = 0.4299 x h [КДж/кг] + 7.68
Значение 7.68 добавлено, чтобы отнести значение энтальпии, выраженной в BTU/lb к температуре 0°F.Погрешность расчета точки росы для гигрометров
Современные микропроцессорные гигрометры используют результаты определения относительной влажности и температуры для расчета других параметров, таки как точка росы, соотношение смеси, энтальпия и т.д. Данные преобразования имеют определенную погрешность, величина которой зависит от условий влажности и температуры. Типичные кривые погрешностей для расчета точки росы приведены на следующем графике:
Точность расчета точки росы с использованием гигрометров меньше той, что обычно можно достичь с применением приборов, работающих на принципе охлаждаемого зеркала. Это особенно верно для низких значений точки росы (более чем -40…-50 ° C) и для низких температур. В большинстве приложений, воспроизводимость показаний важнее их правильности. Воспроизводимость расчета точки росы обычно составляет 1/3 от указанной выше погрешности. Использование расчетной точки росы позволяет производить измерения в условиях, когда неприменимы приборы с охлаждаемым зеркалом. Обычно, измерительная часть приборов с охлаждаемым зеркалом ограничена в условиях эксплуатации температурами до 70 ° C. В дополнение к возможностям работать при высоких температурах, датчики относительной влажности имеют ряд значительных преимуществ для промышленных применений: меньше требований к обслуживанию, большая устойчивость к загрязнениям, отсутствие системы пробоотбора, отсутствие проблем с идентификацией росы и инея, и лучший отклик для быстро изменяющихся условий.
Измерение активности воды
Активность воды: определения и области применения
Определения
Вода — составная часть всех пищевых продуктов. Технологические свойства, интегральный показатель качества и сроки хранения пищевых продуктов во многом определяется свойствами содержащейся в них воды.
W.J.Scott предложил использовать показатель «активность воды», который определяется как отношение парциального давления паров воды над продуктом к парциальному давлению водяного пара над чистой водой при данной температуре. На основании целого ряда исследований установлено, что показатель «активность воды» отражает степень активного участия воды в различных процессах, происходящих в пищевом продукте. В настоящее время экспериментальные данные позволяют заключить, что уровень активности воды оказывает влияние на интенсивность проходящих в продукте таких реакций, как окисление липидов, меланоидинообразование, активность ферментативных, микробиологических и других процессов.
Учитывая важность и большую информационность показателя активности воды, в странах Объединенной Европы его определение, наряду с показателями «влажность» и «концентрация водородных ионов», является обязательным при экспертизе ряда продуктов, а в США определение активности воды включено в инструкцию по контролю качества пищевых продуктов, а также лекарственных средств и препаратов.
В большинстве случаев, активность воды является функцией влагосодержания, химического состава, структуры, фазового состояния и температуры продукта. Для жидких сред за стандартное состояние принимается чистый растворитель.Содержание влаги в продукте может быть определено как массовый процент воды по отношении к массе сухого продукта.
Продукты, в которых может содержаться влага, могут быть подразделены на две категории: гигроскопичные и негигроскопичные. К гигроскопичным материалам относятся соли, растительные волокна, большинство оксидов металлов, множество полимеров и т.д. Типичными представителями негигроскопичных материалов являются порошки металлов, стеклянные гранулы и т.д.
В отношении содержания влаги в продукте мы определили статическое равновесие как сочетание условий, при котором продукт больше не обменивается влагой с окружающим воздухом. В условиях статического равновесия, содержание влаги гигроскопичного продукта зависит от природы продукта и следующих двух факторов:
(a) парциального давления паров воды непосредственно окружении продукта
(b) температуры продукта
Если содержание влаги в продукте не зависит от этих двух факторов, то продукт негигроскопичен.
Гигроскопичные продукты могут поглощать влагу различными путями: сорбция с образованием гидрата, удерживаемого за счет поверхностной энергии, диффузия молекул воды в структуру материала, капиллярная конденсация, образование растворов и т.д. В зависимости от типа абсорбционного процесса, вода может более или менее прочно удерживаться продуктом. Содержащаяся в продукте влага может включать как иммобилизованную часть (например, воду в виде гидратов), так и активную (не связанную химически) часть.
Активность воды Aw (или равновесная относительная влажность %ERH) измеряет давление паров, генерируемое влагой, присутствующей в гигроскопичном продукте.
Aw = p / ps и %ERH = 100 x Aw, где:
p : парциальное давление паров воды над поверхностью продукта
ps : давление насыщения, или парциальное давление паров над чистой водой при температуре продукта
Активность воды отражает активную часть содержащейся влаги, или часть, которой продукт при нормальных условиях может обмениваться с окружающей средой.
Активность воды обычно определяется в условиях статического равновесия. При этих условиях, парциальное давление паров воды (p) у поверхности продукта равно парциальному давлению паров воды в окружающей продукт среде. Любой обмен влагой между продуктом и окружающей средой определяется различием между этим двумя давлениями.
Пары воды могут также присутствовать в газах или газовых смесях. Относительная влажность газа определяется как
%RH = 100 x p/ps, где
p — парциальное давление паров воды, присутствующих в газовой смеси
ps — давление насыщения, или парциальное давление паров над чистой водой при температуре газаАктивность воды (Aw) и температура
Как активность воды (материалы), так и относительная влажность (газы) соотносятся к давлению насыщения (ps) или парциальному давлению паров над чистой водой:
Aw = p / ps
%RH = 100 x p/ps
Давление насыщенных паров (ps) сильно зависит от температуры. При обычной комнатной температуре (ps) увеличивается примерно на 6.2% с каждым увеличением температуры на 1°C. В условиях открытого пространства ненасыщенного парами воды, парциальное давление паров воды (p) не изменяется с температурой. В условиях замкнутого пространства, (p) изменяется пропорционально температуре, выраженной в градусах Кельвина °K (°K = °C + 273.16). при нормальной комнатной температуре, изменения в парциальном давлении паров (p) вызываемые небольшим изменением температуры в °C практически незначимы. Поскольку (p) на зависит от температуры, в то время как (ps) зависит, относительная влажность газов (%RH = 100 x p/ps) сильно зависит от температуры. При относительной влажности 95 %RH и комнатной температуре, увеличение температуры на 1°C приводит к уменьшению относительной влажности примерно на 6 %RH. При относительной влажности 50 %RH и таком же увеличение температуры, уменьшение относительной влажности происходит примерно на 3 %RH.
Активность воды большинства гигроскопичных продуктов не так сильно зависит от температуры. При комнатных условиях данные исследований показывают, что активность воды изменяется, грубо, от 0.0005 до 0.005 Aw (0.05 to 0.5 %RH) при изменении температуры на 1°C.
Это объясняется тем фактом, что парциальное давление (p) над поверхностью продукта изменяется с температурой. Для большинства гигроскопичных продуктов величина изменения парциального давления водяных паров (p) с температурой над их поверхностью почти такая же (но не точно), как величина изменения парциального давления насыщенных водяных паров (ps) над чистой водой.
В итоге, изменение температуры вызывает изменение в парциальном давлении паров воды над гигроскопичным продуктом. В тоже время, парциальное давление паров воды в окружающем продукт воздухе практически не изменяется. Это приводит к тому, что любое изменение в температуре гигроскопичного продукта инициирует обмен влагой с воздухом (или газом) который его окружает. Обмен происходит до тех пор, пока парциальное давление паров воды над продуктом и в окружающем воздухе не выровняется. При измерении активности воды очень важно, по возможности, поддерживать температуру на постоянном уровне.Применения
Активная часть содержащейся в веществе влаги, или, как теперь ясно, активность воды, обеспечивает более точную информацию по сравнению с общей влажностью, в отношении микробиологической, химической и ферментной стабильности скоропортящихся веществ, таких как продукты питания и семена. По тем же причинам, активность воды не менее значима и в фармацевтической промышленности, где она предоставляет полезную информацию относительно плотности (прочности) таблеток и пилюль или качества нанесения оболочек. Активность воды можно непосредственно сравнивать с относительной влажностью окружающего воздуха для предотвращения изменений в продукте (бумаге, фотографических пленках), для предохранения гигроскопичных порошков (сахарной пудры, соли) от слипания или окаменения, и т.д.
Активность воды может использоваться с некоторыми продуктами (преимущественно синтетическими) как способ косвенного определения общего влагосодержания. Для этих целей необходимо получение изотермы сорбции. Изотерма сорбции — это график, на котором показана связь между активностью воды и содержанием влаги при постоянной температуре. Для большинства природных веществ невозможно получить воспроизводимую изотерму сорбции и активность воды должна рассматриваться в отдельности от содержания влаги.Определение активности воды в молочных продуктах
по материалам сайта ВНИМИ
Термин «активность воды» (англ. «water activity» — Aw) впервые был введен Скоттом в 1952 г., который доказал, что существует зависимость между состоянием воды в продукте и ростом микроорганизмов в нем.
С этого времени Aw стала важнейшим параметром в консервной промышленности.
Само определение активности рассматривается как отношение фугитивности f (летучести) вещества в некотором состоянии к его фугитивности fs в каком-либо состоянии, принятом за стандартное.
Так как мы рассматриваем водные пищевые среды, то под фугитивностью вещества понимается некоторая величина парциального давления пара над продуктом.
Если за стандартное состояние принять давления пара над чистым растворителем (дистиллированная вода) отношение для Aw примет вид:
Аw = f / fs = p / ps, (1)
где: p — парциальное давление водяного пара над поверхностью продукта;
рs — давление насыщенного пара над чистой водой при температуре продукта.
Так как величина Аw носит термодинамический характер, т. е. характеризует равновесное давление паров воды при определенной температуре, она может быть определена как равновесная относительная влажность деленная на 100.
Аw = Rh / 100, (2)
где: Rh — равновесная относительная влажность, %
Отношение парциальных давлений паров над продуктом и чистым растворителем входит в основную термодинамическую формулу количественного определения энергии связи влаги с материалом (по П.А. Ребиндеру).
-*F = L = RT ln p / ps = RT ln Аw (Дж / моль), (3)
где:
*F — уменьшение свободной энергии системы;
L — работа отрыва 1 моля воды от материала (без изменения состава);
R— газовая постоянная;
Т— абсолютная температура.
На основании литературных данных в таблице 1 представлены величины Аw некоторых молочных продуктов.Продукты
Известно, что между водой, химическими соединениями и биологической структурой пищевых продуктов происходят взаимодействия различного характера. А именно — вода является дисперсной средой для целого ряда химических реакций и метаболизма микроорганизмов в продуктах питания. Величина Аw хорошо коррелирует со многими из них. Так понижение Аw от 1 до 0.2 приводит к значительному замедлению химических и ферментативных реакций, кроме процесса окисления липидов и реакции Майяра.
В настоящие время изучены и определены пороговые значения Аw для большинства микроорганизмов, за пределами которых, замедляются или прекращаются процессы их роста. Так для большинства бактерий предельное значение Аw , обеспечивающие их нормальное развитие должно быть не ниже 0.90 — 0.99. Дрожжи и многие плесневые грибы хорошо развиваются даже в пределах Аw = 0.85 — 0.65. В частности, в молочно-консервном производстве наиболее опасны осмофильные дрожжи, которые могут развиваться при Аw близкой к 0.70 и являться причиной брака сгущенных молочных консервов с сахаром.
По величине активности воды выделяют следующие виды пищевых продуктов:
продукты с высокой влажностью (Аw = 1.0 — 0.9);
продукты с промежуточной влажностью (Аw = 0.9- 0.6);
продукты с низкой влажностью(Аw = 0.6 — 0.0).
О важности данного показателя говорит и то, что Американский Институт Технологов-Пищевиков на своем 50-летнем юбилее, отметил одним из десяти наиболее значимых нововведений в пищевой промышленности последнего полувека — концепцию активности воды, которая позволяет оценить степень подверженности сушеных продуктов и продуктов с промежуточной влажностью микробиологической и другой порче.
Таким образом, контролируя функционально-технологические показатели в продукте и, в частности, показатель Аw , можно прогнозировать его способность к хранению, что позволит создать «карты стабильности» молочных продуктов, и определить оптимальные условия их хранения.