- Dlaczego mierzyć punkt rosy
- Trzy wielkości opisują wilgotność
- Co dzieje się z parą wodną podczas sprężania powietrza?
- Odprowadzanie wilgoci z powietrza
- Pomiar punktu rosy
- Instalacja czujników wilgotności i punktu rosy
- Przechowywanie czujników wilgotności
Dlaczego mierzyć temperaturę punktu rosy?Punkt rosy powietrza to temperatura, przy której para wodna w powietrzu zaczyna zmieniać się w wodę, zaczyna kondensować. Temperatura punktu rosy zależy od temperatury i wilgotności powietrza: Im cieplejsze jest powietrze, tym więcej wody może pochłonąć, zanim para wodna zacznie skraplać się (kondensować). |
 |
Im większa jest wilgotność powietrza, tym wyższa jest temperatura punktu rosy, para wodna zaczyna kondensować przy wyższej temperaturze.
Temperatura punktu rosy jest miarą wilgotności powietrza i powinna być monitorowana zarówno podczas produkcji, jak i zużycia sprężonego powietrza. Skroplona woda nie powinna trafiać tam, gdzie nie powinna. Woda bowiem łatwo uszkadza narzędzia pneumatyczne, zatyka zawory i przysłony oraz powoduje korozję rurociągów.
Temperatura punktu rosy i temperatura punktu szronienia
Punkt rosy oznaczany jest skrótem DP – z angielskiego dew point. Możemy spotkać się także z terminem temperatura punktu szronienia, frost point, FP. Przy wyższych temperaturach para wodna zawarta w powietrzu skrapla się bowiem w postaci kropelek – „rosy", przy niższych w postaci mikrokryształków lodu – „szronu".
„Dla sprężonego powietrza istotny jest wyłącznie ciśnieniowy punkt rosy. Atmosferyczny punkt rosy jest mylący i nie może być stosowany." (norma ISO 8573-1)
Temperatura ciśnieniowego punktu rosy
Temperatura, przy której para skrapla się przy danym ciśnieniu. Inaczej mówiąc, jest to temperatura, do której można schłodzić sprężone powietrze, bez wystąpienia jakiejkolwiek kondensacji.
Aby móc używać sprężonego powietrza w normalnych temperaturach, wskazane jest, aby jego ciśnieniowy punkt rosy był o 10 °C niższy niż temperatura panująca w miejscu eksploatacji lub w warsztacie.
Trzy wielkości opisujące wilgotność
|
Wilgotność maksymalna (g/m³) |
 |
|
Wilgotność bezwzględna (g/m³) |
 |
|
Wilgotność względna (%) |
 |
Kalkulatory pomogą w obliczeniach
Do obliczenia temperatury punktu rosy na podstawie wilgotności względnej i temperatury można użyć kalkulatorów online.
Przemiana fazowa pary wodnej w wodę i z powrotem jest opisywana jeszcze innymi wielkościami, takimi jak objętość właściwa, stopień wilgotności, stężenie pary, stężenie pary wodnej, entalpia. Jeśli potrzebujesz poznać również niektóre z tych wielkości termodynamicznych, użyj do ich obliczenia kalkulatorów online, które są dostępne na stronach różnych producentów higrometrów i przetworników punktu rosy, np. http://www.aqua-calc.com/calculate/humidity, http://www.michell.com/uk/calculator/
Co dzieje się z parą wodną podczas sprężania powietrza?
Sprężaniem zmniejsza się objętość powietrza, zwiększa się jego ciśnienie i temperatura. Tym samym zmniejsza się zdolność powietrza do pochłaniania całej zawartej pary wodnej. Część pary wodnej skrapla się i zmienia się w wodę. Rysunek przedstawia, jak jeden metr sześcienny (m³) powietrza jest sprężany z 1 bara do 8 barów.
Odprowadzanie wilgoci z powietrza
Jak oddziela się wilgoć z powietrza, widać na tych rysunkach. Przedstawiają one uzdatnianie powietrza atmosferycznego do postaci suchego sprężonego powietrza, które nadaje się do użytku. Wilgoć oddziela się z powietrza najpierw podczas chłodzenia powietrza ogrzanego w kompresorze, 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 ochładzania powietrza zaczyna się pokrywać rosą. Na chłodzone lusterko świeci z jednej strony dioda LED. Gdy tylko temperatura powietrza osiągnie punkt rosy, lusterko pokrywa się rosą, a czujnik rejestruje spadek natężenia odbitego światła. Te systemy lusterkowe są bardzo dokładne, jednak zawierają bardzo wrażliwy układ optyczny. Dlatego nie nadają się do zastosowań przemysłowych. Doskonale sprawdzają się do weryfikacji i kalibracji systemów pomiaru wilgotności działających na innej zasadzie fizycznej lub do krótkotrwałych pomiarów kontrolnych. Tylko metoda optyczna określa bezpośrednio temperaturę punktu rosy, pozostałe czujniki mierzą wilgotność względną i temperaturę powietrza, a z tych dwóch wartości ich elektronika oblicza temperaturę punktu rosy.
Rezystancyjne czujniki wilgotnościWykorzystuje się materiały, które pod wpływem wilgoci zmieniają swoje właściwości, a ta zmiana powoduje zmianę rezystancji elektrycznej. Na anodowanej płytce aluminiowej napylona jest warstwa ceramiczna Al2O3. Drugą elektrodę stanowi powłoka złota. Przez nią przenika para wodna, powodując zmianę całkowitej rezystancji. Wady:
|
 |
Pojemnościowe polimerowe czujniki wilgotnościCzujniki pojemnościowe wykorzystują właściwości materiału polimerowego, który jest higroskopijny (pochłania wilgoć). Polimer tworzy warstwę elektrolitu między elektrodami kondensatora. Polimer naniesiony między elektrodami ma dostęp do powietrza, którego wilgotność mierzymy. Jedna z elektrod jest porowata i przez nią powietrze przenika do polimeru, który je absorbuje i zmienia swoje właściwości, przez co zmienia się także pojemność kondensatora. Dzięki dużej stałej dielektrycznej polimeru wystarczy nawet niewielka ilość zaabsorbowanej wody, aby ujawniły się zmiany pojemności kondensatora. Wyjściem czujnika jest napięcie lub nawet sygnał cyfrowy |
 |
Zalety: krótki czas reakcji, odporność na zanieczyszczenia, małe wymiary i przystępna cena.
Czujniki punktu rosyCzujniki punktu rosy zawierają dwa czujniki:
Firmie, która wyprodukowała czujnik przedstawiony na tym rysunku, udało się umieścić na jednej płytce rezystancyjny czujnik temperatury oraz jednocześnie precyzyjny pojemnościowy czujnik wilgotności względnej gazu. Sygnał wilgotności i temperatury przekazywany jest do przetwornika, w którym wyznaczana jest temperatura punktu rosy |
 |
Wynik pomiaru zależy od prawidłowego doboru czujnika wilgotności
W celu określenia temperatury punktu rosy sprężonego powietrza należy wybrać odpowiedni typ czujnika. Czujniki wilgotności są bowiem konstruowane na różne zakresy pomiaru temperatury punktu rosy.
|
Temperatura punktu rosy podawana jest w stopniach Celsjusza: °Ctd W dokumentacji urządzeń zawsze znajdziemy zakres pomiarowy temperatury punktu rosy, np.: od -45 °Ctd do +30 °Ctd Dlatego musimy ustalić, jakiej temperatury punktu rosy spodziewamy się w miejscu pomiaru. Temperatura punktu rosy interesuje nas najbardziej w miejscu, gdzie powietrze wchodzi po sprężeniu i osuszeniu do odbiorników. Temperatura punktu rosy zależy od tego, jaki osuszacz zastosujemy. |
 |
Różne wykonania czujników wilgotności
Do wyboru mamy różne wykonania czujników wilgotności: czujniki na rysunku 1 przesyłają zmierzoną wartość do przetwornika lub panelu operatorskiego, gdzie obsługa może ją odczytać. Czujnik po prawej stronie jest w wykonaniu do środowisk zagrożonych wybuchem.
|
Na rysunkach 2, 3 i 4 znajdują się czujniki z wyświetlaczem. Obsługa może śledzić bieżącą wartość bezpośrednio w miejscu instalacji. Na rysunku 5 widzimy mobilny czujnik z baterią litowo-jonową i zintegrowanym datalogerem, w którym zapisywane są zmierzone wartości. Przenośne czujniki są często używane przez pracowników serwisu – w łatwy i szybki sposób pozwalają określić temperaturę punktu rosy w poszczególnych miejscach instalacji sprężonego powietrza. |
 |
Instalacja czujników wilgotności i punktu rosy
|
Aby uzyskać prawidłowe wyniki, należy zwrócić uwagę na prawidłową instalację czujników. a) Instalacja czujnika z zaworem kulowymJeśli czujnik jest zamontowany w rurociągu z użyciem zaworu kulowego, można nim łatwo manipulować bez konieczności usuwania nadciśnienia z instalacji sprężonego powietrza. Podczas wyjmowania czujnik najpierw wysuwa się w tulei gwintowanej poza zawór, zawór zostaje zamknięty i dopiero wtedy czujnik zostaje całkowicie wyjęty. |
 |
b) Instalacja w odgałęzieniu głównego rurociąguJeśli czujnik znajduje się w odgałęzieniu głównego rurociągu, korzystne jest zastosowanie śruby spustowej. Dzięki, choćby niewielkiemu, przepływowi gazu w odgałęzieniu rurociągu, gdzie w przeciwnym razie gaz prawie by się nie poruszał, uzyskuje się odpowiednio szybszą reakcję czujnika na zmianę temperatury punktu rosy medium. Mniejsze czujniki do pomiaru punktu rosy są dostarczane do instalacji z gwintem lub kołnierzem. Jeśli mierzone jest suche powietrze w kanale powietrznym o ściankach blaszanych, odpowiedni jest czujnik w wykonaniu kołnierzowym. |
 |
c) Instalacja czujnika w komorze próbkowaniaGdy mierzymy bardzo niską temperaturę punktu rosy, do pomiaru używamy komory próbkowania. Do tego celu odpowiednie są solidne sondy o małych wymiarach, które łatwo instaluje się w komorze próbkowania. Pomiar wilgotności za pomocą komory próbkowania » |
 |
|
Sprężone powietrze może być doprowadzane do komory pomiarowej również wężykiem: należy zwrócić uwagę na wybór odpowiedniego materiału wężyka, aby para wodna nie odparowywała na zewnątrz wężyka. Odpowiednie materiały: TFE, stal nierdzewna, miedź |
 |
Przechowywanie czujników wilgotności
Czujniki wilgotności i temperatury punktu rosy przechowuj zawsze w pojemniku osuszającym. Tylko w ten sposób ochronisz je przed wilgocią, która zafałszuje wyniki pomiaru. Czujnik w razie potrzeby po prostu wyjmujesz z pojemnika i jest on od razu gotowy do pomiaru. Nie jest potrzebna żadna adaptacja.