เครื่องมือที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดความชื้นในอากาศ (และก๊าซอื่นๆ) คือเครื่องวัดความชื้นแบบควบแน่น หลักการทำงานคือการวัดอุณหภูมิที่เรียกว่าจุดน้ำค้าง (dew point) ซึ่งจะเริ่มเกิดการควบแน่นของความชื้นจากอากาศ
ความชื้นในอากาศคืออะไร
ไฮโกรมิเตอร์วัดความชื้นในอากาศ ซึ่งสามารถแสดงเป็นค่าสัมบูรณ์หรือค่าสัมพัทธ์ได้ อย่างแรกให้มวลไอน้ำใน 1 ลูกบาศก์เมตร เมตรของอากาศที่อุณหภูมิที่กำหนด แต่อันที่สองแสดงให้เห็นว่าไอน้ำในอากาศใกล้เคียงกับสถานะของความอิ่มตัว กล่าวคือ เพื่อความสมดุลแบบไดนามิกกับเฟสของเหลว - เมื่อไม่มีการระเหยหรือการควบแน่น เท่ากับอัตราส่วนของความชื้นสัมบูรณ์ที่วัดได้ของอากาศต่อความชื้นสัมบูรณ์ในสถานะอิ่มตัว เมื่อไอน้ำในอากาศอิ่มตัว (อีกครั้งที่อุณหภูมิที่กำหนด) ความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศนั้นจะเท่ากับ 100% ในอากาศที่มีไอน้ำไม่อิ่มตัวก็จะลดลงตามลำดับ
ไฮโกรมิเตอร์กลั่นตัวทำงานอย่างไร
หลักการทำงานของอุปกรณ์ใด ๆ สำหรับกำหนดความชื้นของอากาศคือการวัดปริมาณอื่น ๆ เช่น อุณหภูมิ ความดัน มวล หรือการเปลี่ยนแปลงทางกลและทางไฟฟ้าของสารที่ดูดซับความชื้น. ด้วยการสอบเทียบและการคำนวณที่เหมาะสม ค่าที่วัดได้เหล่านี้สามารถนำไปสู่การกำหนดความชื้นสัมพัทธ์หรือความชื้นสัมพัทธ์ได้ บทบาทที่สำคัญมากในกระบวนการนี้เล่นโดยอุณหภูมิที่เกิดความอิ่มตัวของไอซึ่งเรียกว่าจุดน้ำค้าง ตามกฎแล้ว อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยสำหรับวัดความชื้นในอากาศจะวัดอุณหภูมินี้หรือการเปลี่ยนแปลงในความจุไฟฟ้าหรือความต้านทานของสารดูดซับต่างๆ ซึ่งจะถูกแปลง (โดยอัตโนมัติ) เป็นตัวบ่งชี้ความชื้น
เครื่องควบแน่นไฮโกรมิเตอร์
ผลงานของเขาอิงจากการวัดไอน้ำในอากาศอย่างแม่นยำด้วยวิธีจุดน้ำค้าง วิธีนี้เกี่ยวข้องกับการทำให้พื้นผิวเย็นลง ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นกระจกโลหะ จนถึงอุณหภูมิที่น้ำบนพื้นผิวของกระจกจะอยู่ในสมดุลกับความดันไอของน้ำในก๊าซตัวอย่างที่อยู่เหนือพื้นผิว ที่อุณหภูมินี้ มวลของน้ำบนพื้นผิวกระจกจะไม่เพิ่มขึ้น (หากพื้นผิวเย็นเกินไป) หรือไม่ลดลง (หากพื้นผิวนั้นอุ่นเกินไป) กล่าวคือ ไอเหนือกระจกจะอยู่ในสมดุลไดนามิกเมื่อน้ำควบแน่น กระจก (ไอน้ำอิ่มตัว)
กระจกนี้ทำจากวัสดุที่นำความร้อนได้ดี (เช่น เงินหรือทองแดง) และชุบด้วยโลหะเฉื่อย เช่น อิริเดียม รูบิเดียม นิกเกิล หรือทอง เพื่อป้องกันการหมองและการเกิดออกซิเดชัน กระจกระบายความร้อนด้วยเทอร์โมอิเล็กทริก (Peltier effect) จนกระทั่งเกิดคอนเดนเสท ลำแสงมักจะมาจากไดโอดเปล่งแสงบรอดแบนด์แบบโซลิดสเตตมุ่งตรงไปที่พื้นผิวกระจก และเครื่องตรวจจับแสงจะตรวจสอบแสงสะท้อน ซึ่งการไหลจะสูงสุดเมื่อไม่มีการควบแน่นบนกระจก
วิธีการทำงานของไฮโกรมิเตอร์กระจกเด็ก
เมื่อน้ำค้างเกาะบนพื้นผิวกระจก แสงสะท้อนจะกระจัดกระจาย ในกรณีนี้ ฟลักซ์ที่เข้าสู่ตัวตรวจจับแสงจะลดลง ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในสัญญาณเอาท์พุตของตัวตรวจจับแสง ในทางกลับกันสิ่งนี้ถูกควบคุมโดยระบบควบคุมเทอร์โมอิเล็กทริกแบบอะนาล็อกหรือดิจิตอลที่รักษาอุณหภูมิกระจกให้คงที่ที่จุดน้ำค้าง ด้วยระบบที่ออกแบบอย่างเหมาะสม กระจกจะคงอยู่ในอุณหภูมิที่อัตราการควบแน่นเท่ากับอัตราการระเหยของชั้นน้ำค้างพอดี เครื่องวัดอุณหภูมิต้านทานแพลตตินัมขนาดเล็ก (PRT) ที่แม่นยำซึ่งติดตั้งอยู่ในกระจกจะวัดอุณหภูมิ ณ จุดนั้น ซึ่งจะถูกแปลงเป็นค่าความชื้นโดยอัตโนมัติ
ไฮโกรมิเตอร์สำหรับวัดความชื้นในอากาศของการออกแบบที่พิจารณาแล้วยังรวมถึงปั๊มสุญญากาศสำหรับปั๊มในส่วนที่วิเคราะห์ของก๊าซ และองค์ประกอบการกรองเพิ่มเติมในสภาพที่สกปรก
ข้อดีของไฮโกรมิเตอร์ที่พิจารณา
เครื่องมือดังกล่าวซึ่งใช้หลักการทำงานง่ายๆ ที่มีช่วงการวัดกว้าง ความแม่นยำสูง และการอ่านค่าที่เสถียร ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมและการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ไฮโกรมิเตอร์จุดน้ำค้างทั่วไป ซึ่งแตกต่างจากเซ็นเซอร์วัดความชื้นอื่นๆ มากมาย สามารถทำให้มีความเสถียรสูง ทนทานต่อการสึกหรอ ช่วยลดความจำเป็นในการปรับเทียบใหม่ ไฮโกรมิเตอร์ความชื้นจุดน้ำค้างสามารถวัดจุดน้ำค้างในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ 100 °C ถึงขั้นต่ำ -70 °C ในกรณีนี้ ความแม่นยำในการวัดคือหนึ่งในสิบขององศา
ไฮโกรมิเตอร์จำนวนมากของการออกแบบที่พิจารณาได้รับการติดตั้งการควบคุมไมโครโปรเซสเซอร์ และเมื่อใช้ร่วมกับเซ็นเซอร์อุณหภูมิต้านทาน จะสามารถคำนวณและแสดงผลบนตัวบ่งชี้ภายนอกพารามิเตอร์ความชื้นที่ต้องการเพิ่มเติมจากจุดน้ำค้างหรือแทนที่ นอกจากนี้ อุปกรณ์เหล่านี้ยังอนุญาตให้ถ่ายโอนผลลัพธ์โดยใช้เทคโนโลยีไร้สาย โดยปกติ อุปกรณ์ดังกล่าวถูกใช้อย่างกว้างขวางโดยเป็นส่วนหนึ่งของระบบอุตสาหกรรมต่างๆ สำหรับการรวบรวมข้อมูลอัตโนมัติและการควบคุมกระบวนการทางเทคนิคที่เกี่ยวข้อง
ไฮโกรมิเตอร์แบบนี้ราคาเท่าไหร่? แน่นอนว่าราคาของมันถูกกำหนดโดยชุดของฟังก์ชั่นที่ใช้งานเป็นหลักขึ้นอยู่กับความพร้อมใช้งานและความซับซ้อนของระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ของอุปกรณ์ ดังนั้นเครื่องวัดความชื้นแบบควบแน่นแบบอยู่กับที่ซึ่งดูเหมือนว่าออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัลมีราคาอย่างน้อย 4,000 เหรียญ โดยเฉพาะรุ่น "ขั้นสูง" อาจมีราคามากกว่า 10,000 ดอลลาร์ ที่ตลาดคุณยังสามารถหาเครื่องวัดความชื้นแบบพกพาที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์ ราคาตั้งแต่ 1 ถึง 2 พันดอลลาร์
ข้อเสียของไฮโกรมิเตอร์ควบแน่น
ในขณะที่ระบบไฮโกรมิเตอร์ถือว่ามีประสิทธิภาพสูงสุดในกระบวนการวัด แต่ข้อเสียคือการปนเปื้อนที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ของส่วนต่าง ๆ ของเส้นทางการวัดระหว่างการทำงาน
ไฮโกรมิเตอร์ที่ติดตั้งกระจกแช่เย็นมักจะเพิ่มความไม่ถูกต้องในการวัดเนื่องจากมีสารปนเปื้อนที่ละลายน้ำได้และไม่ละลายน้ำที่สะสมอยู่บนกระจก อนุภาคที่ไม่ละลายน้ำส่งผลต่อลักษณะทางแสงของกระจก ฝุ่นละอองปานกลางหรือการปรากฏตัวของอนุภาคที่ไม่ละลายน้ำบนกระจกทำให้เกิดศูนย์รวมความเข้มข้นที่น้ำค้างหรือน้ำค้างแข็งสามารถก่อตัวได้ ซึ่งจะเป็นการเพิ่มเวลาตอบสนองของอุปกรณ์ สิ่งเจือปนที่ละลายน้ำได้ส่งผลต่อปริมาณความดันไอจากความชื้นที่ควบแน่นบนกระจกซึ่งทำให้จุดน้ำค้างเปลี่ยนไป ไฮโกรมิเตอร์วัดสมัยใหม่ (อย่างน้อยรุ่นที่ซับซ้อนกว่า) มีฟีเจอร์ "การทดสอบตัวเอง" ที่ช่วยให้อุปกรณ์ตรวจจับและตอบสนองต่อการปนเปื้อนโดยการปรับอัลกอริทึมการคำนวณความชื้นอย่างเหมาะสม
โดยไม่คำนึงถึงความสามารถเหล่านี้ แทบทุกไฮโกรมิเตอร์ที่เป็นปัญหาจำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบและทำความสะอาดเป็นระยะๆ
การบำรุงรักษากระจกไฮโกรมิเตอร์แช่เย็น
คู่มือการใช้งานแนะนำอะไรกับผู้ใช้อุปกรณ์ในแง่นี้ ไฮโกรมิเตอร์ที่ไวต่อสิ่งสกปรกจะต้องทำความสะอาดเป็นระยะเพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรของผลการวัด แม้ว่าอาจทำให้ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาเพิ่มขึ้นก็ตาม การตรวจสอบกระจกของเครื่องมือมักจะใช้กล้องจุลทรรศน์ในตัว และการบำรุงรักษาจะดำเนินการด้วยตนเองหลังจากเปิดช่องวัดแล้ว
หากทำความสะอาดพื้นผิวกระจกด้วยความถี่ที่กำหนดในคำแนะนำการใช้งาน ด้วยวิธีนี้ จึงสามารถรักษาความแม่นยำของการวัดได้ การเข้าถึงพื้นผิวกระจกเพื่อทำความสะอาดอย่างสะดวกมักมีบานพับระหว่างส่วนประกอบออปติคัลกับกระจก ขณะนี้คุณสามารถค้นหาไฮโกรมิเตอร์กลั่นตัวที่ผู้บริโภคต้องการในตลาดได้แล้ว รูปภาพด้านล่างแสดงตัวอย่างการดำเนินการ
การใช้ไฮโกรมิเตอร์ในมาตรวิทยา
ไฮโกรมิเตอร์แบบกระจกแช่เย็นที่ออกแบบและบำรุงรักษาอย่างเหมาะสมให้การวัดความชื้นที่มีลำดับความสำคัญสูงกว่าเครื่องวัดความชื้นยอดนิยมอื่นๆ ความแม่นยำในการวัดโดยธรรมชาติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อติดตั้งเทอร์โมมิเตอร์ต้านทานระดับแพลตตินัมสำหรับการวัดอุณหภูมิ กระจกและกล้องจุลทรรศน์กำลังปานกลางสำหรับการตรวจสอบกระจก ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวัดทางมาตรวิทยา ความเป็นไปได้ในการส่งข้อมูลผ่านช่องทางการสื่อสารดิจิทัลแบบไร้สายเปิดกว้างสำหรับการใช้ไฮโกรมิเตอร์ดังกล่าวในระบบทั่วโลกในการรวบรวมและประมวลผลข้อมูลอุตุนิยมวิทยา
ใช้ในห้องปฏิบัติการโรงงานและสภาพแวดล้อมที่ปนเปื้อน
เครื่องวัดความชื้นในอากาศนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวัดค่าสัมบูรณ์ในห้องปฏิบัติการด้านสภาพอากาศของโรงงาน มักใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงในการควบคุมความแม่นยำของเครื่องมืออื่นๆ เช่น เซ็นเซอร์ความชื้นสัมพัทธ์ที่ใช้ควบคุมห้องทดสอบด้านสิ่งแวดล้อม
ความเสถียรของวัสดุที่ใช้ในการสร้างไฮโกรมิเตอร์เหล่านี้ ตลอดจนความสามารถในการทำความสะอาดซ้ำๆ ทำให้เครื่องมือนี้เหมาะสำหรับอายุการใช้งานที่ยาวนานมากในสภาพแวดล้อมที่มีสารปนเปื้อนส่วนใหญ่โดยไม่สูญเสียการสอบเทียบ ประสิทธิภาพการทำงานที่เสถียรนี้ทำให้เหมาะสำหรับใช้ในกระแสก๊าซที่มีสารปนเปื้อนในตัวอย่างก๊าซในระดับสูงเป็นอันตรายต่อเซ็นเซอร์ความชื้นประเภทที่มีความเสถียรน้อยกว่าอย่างไม่สามารถย้อนกลับได้ ตัวอย่างเช่น ไฮโกรมิเตอร์ชนิดนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการควบคุมจุดน้ำค้างในระหว่างการชุบแข็งด้วยความร้อนของพื้นผิวของผลิตภัณฑ์โลหะในสภาพแวดล้อมของอากาศที่มีสิ่งสกปรกพิเศษ ในกรณีเช่นนี้ ขอแนะนำให้ใช้กระจกเพื่อทำความสะอาดโดยง่าย
การผลิตที่ไวต่อความชื้น
กระบวนการบรรจุภัณฑ์เฉพาะที่จำเป็นในการผลิตยา ฟิล์ม สารเคลือบ และผลิตภัณฑ์อื่นๆ มักจะถูกตรวจสอบโดยมิเรอร์ไฮโกรมิเตอร์แบบแช่เย็น อีกครั้ง ทางเลือกของพวกเขาในกรณีนี้ได้รับอิทธิพลจากความเสถียรของความแม่นยำในการวัดและอายุการใช้งานที่ยาวนาน นอกจากนี้ เนื่องจากกระบวนการเหล่านี้มักมีความอ่อนไหวต่อ. น้อยกว่าต้นทุนเครื่องมือ ค่าใช้จ่ายสูงของไฮโกรมิเตอร์เหล่านี้ไม่ใช่ปัจจัยกำหนดในการเลือกรูปแบบการตรวจสอบความชื้น
ก๊าซอุณหภูมิสูงและจุดน้ำค้างของพวกมัน
ไฮโกรมิเตอร์ประเภทนี้มักถูกเลือกใช้เพื่อวัดอุณหภูมิจุดน้ำค้างเหนืออุณหภูมิแวดล้อม เครื่องมือกระจกแช่เย็นถูกนำมาใช้ตั้งแต่ปี 1966 เพื่อตรวจสอบเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนจรวดของ Apollo ที่ทำงานที่ 250 °C และ 700 psi ด้วยเทคโนโลยีการระบายความร้อนด้วยกระจกเทอร์โมอิเล็กทริกในปัจจุบัน จุดน้ำค้างสูงถึง 100 °C (และสูงกว่านั้น หากความดันสูงกว่าความดันบรรยากาศ) จะวัดได้อย่างง่ายดาย ในกรณีเช่นนี้ พื้นผิวทั้งหมดของห้องวัดของไฮโกรมิเตอร์ที่สัมผัสกับตัวอย่างก๊าซจะต้องมีอุณหภูมิที่สูงกว่าจุดน้ำค้างสูงสุดที่คาดไว้ มิฉะนั้นจะเกิดการควบแน่นบนพื้นผิวเหล่านี้และการวัดจะผิดพลาด
ในไฮโกรมิเตอร์ที่ออกแบบมาเพื่อวัดจุดน้ำค้างของก๊าซที่มีอุณหภูมิสูง เป็นเรื่องปกติที่จะใช้เครื่องทำความร้อนไฟฟ้าแบบควบคุมอุณหภูมิเพื่อให้ผนังของห้องตรวจวัดอยู่เหนือจุดน้ำค้างสูงสุดที่คาดไว้ ส่วนประกอบออปติคัลโซลิดสเตต เช่น LED และเครื่องตรวจจับจะได้รับการบำรุงรักษาที่อุณหภูมิการทำงานปกติ (ปกติ 85 °C) เพื่อป้องกันการสลายตัวและความเสียหายต่อไฮโกรมิเตอร์ ซึ่งสามารถทำได้โดยฉนวนส่วนประกอบเหล่านี้จากห้องตรวจวัดความร้อน