Парциального давления водяных паров

Температуру воздуха, также как и парциальное давление водяных паров (влажность воздуха), определяют с помощью аспирационного психрометра Ассмана. Психрометр изображен на рисунке 1.1.

Психрометр состоит из двух ртутных термометров и аспирационного механизма. Цена деления каждого термометра - две десятых градуса. Термометры заключены в блестящую хромированную оправу. Сделано это для того, чтобы по возможности уменьшить нагревание термометров тепловыми лучами. Аспирационный механизм состоит из пружинного устройства с заводным ключом и из турбинки (крыльчатки). Резервуар со ртутью одного из термометров обмотан гигроскопичной материей - батистом. Перед началом измерения метеопараметров, примерно за четыре минуты, батистовую тряпочку смачивают дистиллированной водой. Допускается использовать дождевую или талую воду. Смачивают тряпочку с помощью специальной пипетки.

Набрав воду в пипетку, ее переворачивают отверстием вверх и нажимают на резиновый резервуар так, чтобы вышли воздушные пузырьки и начала литься вода. После этого надевают стеклянную трубочку пипетки на резервуар со ртутью, обмотанный батистовой тряпочкой (по диаметру все подходит). Затем одновременным движением пипетку убирают и отпускают резиновый резервуар пипетки. Таким образом отсасывают капли воды с батистовой тряпочки. Тряпочка должна остаться влажной, но не мокрой. Именно при таких условиях психрометр эталонировали. И именно по этой причине термометр с батистовой тряпочкой называют влажным (а не мокрым) термометром. Другой же термометр назвали сухим термометром. Показание сухого термометра обозначают t_с. Показание влажного термометра обозначают t_в.

После того, как батистовая тряпочка влажного термометра смочена, заводят пружину аспирационного механизма. Турбинка начинает вращаться и протягивает воздух вдоль термометров. Это необходимо для того, чтобы показания термометров соответствовали именно окружающей среде, а не только тому воздуху, который скопился непосредственно вокруг термометров. Первый отсчет можно выполнять только после того, как показания по обоим термометрам перестали меняться (установились).

Отсчет берут до целых делений, то есть двух десятых градуса, не оценивая доли деления на глаз. Психрометр должен быть подвешен в двух-трех метрах в стороне от дальномера в тени на высоте визирного луча.

Нельзя дышать на психрометр. Желательно во время отсчета не касаться психрометра. В крайнем случае можно ненадолго взять его за верхнюю часть - за чехол пружинного механизма.

Показание влажного термометра никакой поправкой не исправляют. Показание же сухого термометра, для того, чтобы привести его к международной температурной шкале, исправляют шкаловой поправкой. Таблица со шкаловыми поправками сухого термометра содержится в паспорте психрометра. Далее в качестве примера приведена выдержка из такой таблицы.

Таблица 1.1.

Шкаловая поправка в показания сухого термометра

за приведение к международной температурной шкале

Рисунок 1.1. Аспирационный психрометр Ассмана.

Показание t_c сухого термометра, исправленное шкаловой поправкой, и есть температура t окружающего воздуха, которую используют в дальнейших вычислениях.

Величину е парциального давления водяных паров (влажность воздуха) вычисляют по формуле Шпрунга [1-3]:

(t_c - t_в). (1.11)

В этой формуле:

t_c - показание сухого термометра, исправленное шкаловой поправкой;

t_в - показание влажного термометра;

Р - давление воздуха; об определении давления воздуха написано в следующем подразделе 1.5;

Е - парциальное давление водяного пара при стопроцентной (100%) влажности воздуха - при полном насыщении воздуха водяным паром; эту величину выбирают из приведенной далее психрометрической таблицы 1.2 по аргументу t_в показания влажного термометра;

k - (полуэмпирическая, отчасти теоретическая, отчасти полученная опытным путем) величина, которую также выбирают из приведенной далее психрометрической таблицы 1.2 по аргументу t_в показания влажного термометра.

Интервал температур, приведенных в этой таблице, достаточен для использования студентами, которые выполняют лабораторные работы. Психрометрические таблицы, содержащие больший интервал температур, приведены в работах [1,3,6].

Таблица 1.2.

Психрометрическая таблица для вычисления парциального давления е водяных паров по показаниям влажного термометра аспирационного психрометра Ассмана

Измерение давления воздуха

Давление Р воздуха измеряют с использованием барометра-анероида. Шкала барометра-анероида проградуирована через один миллиметр ртутного столба (мм. рт. ст.). Существуют барометры-анероиды, шкала которых проградуирована в миллибарах. В рамках данных методических указаний мы ограничились выражением давления в миллиметрах ртутного столба. Переход от миллиметров ртутного столба к миллибарам и обратный переход дан в учебнике [1]. Формулы 1.7, 1.10 и 1.11 и входящие в них числовые величины даны так, что давление воздуха выражено именно в миллиметрах ртутного столба.

Большие штрихи на шкале барометра-анероида подписаны через десять миллиметров ртутного столба: ... 73, 74, 75, 76 ... . Подпись 74 означает 740 миллиметров ртутного столба (мм. рт. ст.). Расстояние между подписанными большими штрихами разделено маленькими штрихами на десять интервалов. Цена деления равна одному миллиметру ртутного столба. Отсчёт берут, отсчитывая десятые доли деления шкалы на глаз. Таким образом давление воздуха отсчитывают до одной десятой миллиметра ртутного столба. На шкале расположено зеркальное кольцо, в котором отражается стрелка барометра-анероида. Это зеркальное кольцо нужно для того, чтобы исключить влияние параллакса на результат отсчитывания. Отсчитывать следует, глядя на шкалу перпендикулярно, так, чтобы стрелка совпадала со своим отражением в зеркальном кольце.

Следует понимать, что отсчёт Р’ по шкале барометра-анероида не есть в точности значение Р давления воздуха. Чтобы получить значение Р давления воздуха, необходимо в отсчет Р’ по шкале барометра ввести три поправки: добавочную (постоянную) поправку К_д, температурную поправку К_t и шкаловую поправку К_ш. Таким образом, значение Р давления воздуха вычисляют по отсчёту Р’, используя формулу:

Р = Р’ + К_д + К_t + К_ш . (1.12)

Температурную поправку вычисляют по формуле:

К_t = k_tt + 0,0002(750 - P’)(t - 20). (1.13)

Значение температурного коэффициента k_t, также как значения остальных характеристик барометра-анероида, выбирают из его паспорта. Образец паспорта приведён ниже.

Таблица 1.3

ПАСПОРТ БАРОМЕТРА-АНЕРОИДА МД-49-2

Температурный коэффициент k_t = -0,05 мм. рт. ст. на 1⁰ С.

Добавочная поправка К_д = + 0,7 мм. рт. ст.

Шкаловая поправка при температуре t = O⁰C.

В формуле (1.13) t - это температура чувствительной к изменениям давления воздуха системы барометра-анероида. Барометры-анероиды некоторых типов содержат термометр, который показывает температуру именно чувствительной системы барометра-анероида. Шкала такого термометра расположена на шкале барометра-анероида. Однако большинство барометров-анероидов не имеют такого термометра. Поэтому в качестве температуры t чувствительной системы барометра-анероида используют температуру окружающего воздуха, то есть показание t_c сухого термометра, исправленное шкаловой поправкой. Необходимо, чтобы чувствительная система барометра-анероида приняла температуру окружающего воздуха. Другими словами, перед тем, как выполнить отсчет по шкале барометра-анероида необходимо, чтобы прошло минут 10-20 с того момента, как барометр был расчехлён и установлен на пункте. Такой же выдержки требует и психрометр.