Pomiar temperatury punktu rosy

• Dlaczego warto mierzyć punkt rosy
• Trzy wielkości opisujące wilgotność
• Co dzieje się z parą wodną podczas sprężania powietrza?
• Usuwanie wilgoci z powietrza
• Pomiar punktu rosy
• Instalacja czujników wilgotności i punktu rosy
• Przechowywanie czujników wilgotności

Dlaczego warto mierzyć temperaturę punktu rosy? Punkt rosy powietrza to temperatura, w której para wodna zawarta w powietrzu zaczyna zmieniać się w wodę, czyli zaczyna kondensować. Temperatura punktu rosy zależy od temperatury i wilgotności powietrza: Im cieplejsze jest powietrze, tym więcej wody może pomieścić, zanim para wodna zacznie się skraplać (kondensować).

Im wyższa wilgotność powietrza, tym wyższa temperatura punktu rosy – para wodna zacznie kondensować przy wyższej temperaturze.

Temperatura punktu rosy jest miarą wilgotności powietrza i powinna być monitorowana podczas produkcji oraz zużycia sprężonego powietrza. Skondensowana woda nie powinna dostawać się tam, gdzie jest niepożądana. Woda może łatwo uszkodzić narzędzia pneumatyczne, zapchać zawory i kryzy oraz spowodować korozję rurociągów.

Temperatura punktu rosy a temperatura szronu

Punkt rosy oznacza się skrótem DP (z ang. dew point). Można również spotkać się z terminem temperatura szronu, FP (frost point). Przy wyższych temperaturach para wodna zawarta w powietrzu skrapla się w postaci kropelek – „rosy”, przy niższych w postaci mikrokryształów lodu – „szronu”.

„Dla sprężonego powietrza istotny jest wyłącznie ciśnieniowy punkt rosy. Atmosferyczny punkt rosy jest mylący i nie wolno go stosować.” (norma ISO 8573-1)

Temperatura ciśnieniowego punktu rosy

Temperatura, w której para kondensuje przy danym ciśnieniu. Innymi słowy, jest to temperatura, do której sprężone powietrze może zostać schłodzone bez wystąpienia kondensacji.

Aby móc używać sprężonego powietrza w normalnych temperaturach, zaleca się, aby jego ciśnieniowy punkt rosy był o 10 °C niższy niż temperatura w hali produkcyjnej lub warsztacie.

Trzy wielkości opisujące wilgotność

Wilgotność maksymalna (g/m³) Wilgotność powietrza w pełni nasyconego parą wodną, czyli maksymalna masa pary wodnej w gramach, którą powietrze o objętości 1 m³ w danej temperaturze jest w stanie pomieścić bez wystąpienia kondensacji.
Wilgotność absolutna (g/m³) Masa pary wodnej aktualnie zawartej w 1 m³ powietrza.
Wilgotność względna (%) Stosunek wilgotności absolutnej do wilgotności maksymalnej. Wyraża, w ilu procentach powietrze jest nasycone parą wodną.

Kalkulatory pomagają w obliczeniach
Do obliczenia temperatury punktu rosy na podstawie wilgotności względnej i temperatury można wykorzystać kalkulatory online.

Przemiany fazowe pary wodnej w wodę i odwrotnie opisują jeszcze inne wielkości, takie jak stopień wilgotności, koncentracja pary, entalpia. Jeśli potrzebujesz znać te parametry termodynamiczne, skorzystaj z kalkulatorów online dostępnych na stronach producentów higrometrów i przetworników punktu rosy.

Co dzieje się z parą wodną podczas sprężania powietrza?

Sprężanie zmniejsza objętość powietrza, zwiększając jego ciśnienie i temperaturę. Powoduje to spadek zdolności powietrza do utrzymania całej zawartej w nim pary wodnej. Część pary wodnej kondensuje i zmienia się w wodę. Ilustracja pokazuje, jak jeden metr sześcienny (m³) powietrza zostaje sprężony z 1 bara do 8 barów.

Usuwanie wilgoci z powietrza

Na poniższych ilustracjach widać, jak oddziela się wilgoć z powietrza. Przedstawiają one proces uzdatniania powietrza atmosferycznego do postaci suchego sprężonego powietrza gotowego do użycia. Wilgoć oddziela się najpierw podczas chłodzenia powietrza ogrzanego w sprężarce, a następnie podczas osuszania w osuszaczu adsorpcyjnym.

Pomiar punktu rosy

Do pomiaru temperatury punktu rosy stosuje się urządzenia oparte na różnych zasadach działania.

Metoda optyczna

Podstawą jest lusterko, które podczas schładzania powietrza zaczyna zachodzić mgłą. Na lusterko świeci z jednej strony dioda LED. Gdy temperatura powietrza osiągnie punkt rosy, lusterko pokrywa się rosą, a czujnik rejestruje spadek intensywności odbitego światła. Systemy te są bardzo precyzyjne, ale posiadają delikatny układ optyczny, przez co rzadziej stosuje się je w warunkach przemysłowych. Idealnie sprawdzają się do weryfikacji i kalibracji innych systemów higrometrycznych.

Rezystancyjne czujniki wilgotności Wykorzystują materiały, które pod wpływem wilgoci zmieniają swoje właściwości, co powoduje zmianę oporu elektrycznego. Na anodowanej płycie aluminiowej napylona jest warstwa ceramiczna Al2O3, a drugą elektrodę stanowi złota powłoka. Para wodna przenika przez nią, powodując zmianę rezystancji całkowitej. Wady: Kurz i olej dostające się do porów mają duży wpływ na wyniki pomiarów (otwarta powierzchnia). Zanieczyszczenie porów wewnętrznych może spowodować nieodwracalne zmiany.

Pojemnościowe polimerowe czujniki wilgotności Czujniki te wykorzystują właściwości materiału polimerowego, który jest higroskopijny (pochłania wilgoć). Polimer tworzy warstwę elektrolitu między stykami kondensatora. Jedna z elektrod jest porowata, dzięki czemu powietrze przenika do polimeru, który je absorbuje i zmienia swoje właściwości, co z kolei zmienia pojemność kondensatora. Dzięki wysokiej stałej dielektrycznej polimeru nawet mała ilość wody wystarczy, by zmienić pojemność. Wyjściem czujnika jest napięcie lub sygnał cyfrowy.

Zalety: krótki czas odpowiedzi, odporność na zanieczyszczenia, małe wymiary i przystępna cena.

Czujniki punktu rosy Czujniki punktu rosy zawierają dwa sensory: sensor wilgotności względnej sensor temperatury. Sygnał o wilgotności i temperaturze trafia do przetwornika, w którym wyliczana jest temperatura punktu rosy.

Wynik pomiaru zależy od właściwego doboru czujnika wilgotności

Do określenia temperatury punktu rosy sprężonego powietrza należy wybrać odpowiedni typ czujnika. Są one konstruowane na różne zakresy pomiarowe temperatury punktu rosy.

Temperatura punktu rosy podawana jest w stopniach Celsjusza: °Ctd W dokumentacji urządzeń zawsze znajdziemy zakres pomiarowy, np. od -45 °Ctd do +30 °Ctd. Dlatego musimy wiedzieć, jakiej temperatury punktu rosy spodziewamy się w miejscu pomiaru. Punkt rosy zależy od tego, jakiej osuszarki używamy.

Różne wykonania czujników wilgotności

Mamy do wyboru różne wykonania: czujniki przesyłające dane do przetwornika lub panelu operatora oraz wykonania do stref zagrożonych wybuchem (ATEX).

Na ilustracjach 2, 3 i 4 widoczne są czujniki z wyświetlaczem. Operator może śledzić wartość bezpośrednio w miejscu instalacji. Na ilustracji 5 widoczny jest czujnik mobilny z wbudowanym dataloggerem do zapisu pomiarów. Przez USB łączy się z komputerem w celu przesłania danych. Czujniki mobilne są często używane przez serwisantów do szybkiego sprawdzenia punktu rosy w różnych miejscach instalacji.

Instalacja czujników wilgotności i punktu rosy

Aby uzyskać poprawne wyniki, należy zadbać o właściwą instalację. a) Instalacja czujnika z zaworem kulowym Jeśli czujnik jest zamontowany przy użyciu zaworu kulowego, można go łatwo serwisować bez konieczności spuszczania ciśnienia z instalacji.
b) Instalacja w odgałęzieniu głównego rurociągu Jeśli czujnik znajduje się w odgałęzieniu, warto zastosować śrubę spustową. Dzięki niewielkiemu przepływowi w odgałęzieniu uzyskuje się szybszą reakcję czujnika na zmiany punktu rosy.
c) Instalacja czujnika w komorze pomiarowej Przy pomiarze bardzo niskich temperatur punktu rosy stosuje się komorę pomiarową (sampling chamber). Do tego celu służą wytrzymałe sondy o małych wymiarach.
Sprężone powietrze można doprowadzić do komory wężykiem: należy wybrać odpowiedni materiał (np. stal nierdzewna, miedź, TFE), aby uniknąć dyfuzji pary wodnej z otoczenia.

Przechowywanie czujników wilgotności

Czujniki wilgotności i punktu rosy należy zawsze przechowywać w pojemniku osuszającym. Chroni to je przed wilgocią, która mogłaby zafałszować przyszłe wyniki pomiarów. Po wyjęciu z pojemnika czujnik jest natychmiast gotowy do pracy.