Miernik wilgotności

Zawartość wody odgrywa kluczową rolę w wielu procesach biologicznych, chemicznych i fizycznych. Dotyczy to zarówno procesów naturalnych, takich jak kształtowanie się pogody czy wzrost roślin, jak i procesów technicznych wykorzystujących wodę. Aby móc dostosować się do warunków pogodowych, dostosować klimat pomieszczenia do docelowych wartości czy ustawić żądaną zawartość wody dla surowca, niezbędne jest urządzenie typu miernik wilgotności dzięki któremu określimy wilgotność materiału czy powietrza.

Wilgotność bezwzględna gwskazuje zawartość wody w powietrzu lub innych substancjach jako wartość bezwzględną w gramach na kilogram lub gramach na litr lub na metr sześcienny. Jednak większość wilgotnościomierzy pokazuje zmierzoną wartość jako wartość względną w procentach. Ułatwia to szybkie porównanie wyników pomiarów ze specyfikacjami docelowymi, gdy masa lub objętość badanych próbek jest inna lub nie jest dokładnie znana.

Wilgotność względna powietrza gwskazuje stosunek istniejącej ilości pary wodnej do maksymalnej możliwej ilości pary wodnej dla aktualnej temperatury. Ponieważ ciepłe powietrze może wchłonąć więcej wilgoci niż powietrze zimne, wilgotność względna zmienia się wraz ze zmianą temperatury bez usuwania lub dodawania pary wodnej z powietrza. Jeśli miernik wilgotności wskazuje wilgotność względną zero procent, zawsze oznacza to całkowicie suche powietrze. Z drugiej strony wilgotność względna wynosząca sto procent zawsze oznacza powietrze nasycone parą wodną, która w tej temperaturze nie może wchłonąć dalszej wilgoci. Nie każdy miernik wilgotności może określić wilgotność w pełnym zakresie od 0 do 100 procent.

Temperatura punktu rosy powietrza jest definiowana jako temperatura, w której powietrze jest nasycone parą wodną, czyli nie może już wchłonąć pary wodnej. Wilgotność względna powietrza nasyconego parą wodną wynosi 100%. Ponieważ ciepłe powietrze może wchłonąć więcej pary wodnej niż zimne powietrze, temperatura punktu rosy zależy od odpowiedniej temperatury powietrza i zawartości wilgoci w powietrzu. Jednym ze sposobów określenia temperatury punktu rosy jest schłodzenie metalu, aż powierzchnia pokryje się skroploną wodą. Wtedy temperatura ochłodzonego metalu jest temperaturą punktu rosy. Wiele urządzeń typu miernik wilgotności powietrza lub gazów może określić punkt rosy z wartości tabelarycznych z aktualnymi zmierzonymi wartościami temperatury i wilgotności i pokazać je na wyświetlaczu.

Wilgotność względna materiałów wskazuje zawartość wody w procentach. W przypadku niektórych materiałów często określa się docelowy poziom wilgotności jako procent suchej masy. Jeśli jednak miernik wilgotności wskazuje zawartość wody jako procent całkowitej masy łącznie z wodą, wartość tę należy przeliczyć przed porównaniem z wartością docelową.

Wilgotność równowagowa materiału występuje wtedy, gdy materiały pochłaniające wodę ani nie pochłaniają, ani nie oddają wilgoci z otaczającego powietrza. Dla określonych warunków środowiskowych, takich jak 20 stopni Celsjusza i 50 procent wilgotności, istnieją wartości charakterystyczne dla każdego materiału sorbentowego. Jeśli za pomocą urządzenia jakim jest miernik wilgotności zmierzona zostanie wyższa wartość, oznacza to, że materiał będzie uwalniał wilgoć do otoczenia.

WPrzed zakupem urządzenia typu miernik wilgotności należy określić, czy miernik ma być stosowany do pomiaru wilgotności w stanie gazowym w powietrzu, czy też do pomiaru wilgoci w innych materiałach pochłaniających wodę.

Jeśli chodzi o wilgotność powietrza, istnieją różne warianty urządzeń typu miernik wilgotności. I tak rozróżniamy:

• miernik wilgotności do pomiarów wykonywanych na zewnątrz,
• miernik wilgotności do pomiarów w pomieszczeniach mieszkalnych,
• miernik wilgotności do sprawdzania wilgotności powietrza w pomieszczeniach magazynowych,
• miernik wilgotności do monitorowania wilgotności powietrza w pomieszczeniach produkcyjnych.

Miernik wilgotności do innych substancji można podzielić na modele do:

• indywidualnych pomiarów wilgotności materiału w miejscu użytkowania lub składowania,
• długotrwałych pomiarów wilgotności w miejscu użytkowania lub składowania,
• wyznaczania wilgotności materiału w laboratorium.

Miernik wilgotności do określania wilgotności powietrza na zewnątrz
Miernik wilgotności do pomiaru wilgotności powietrza na zewnątrz jest częścią niemal każdej stacji pogodowej. Większość modeli urządzenia typu miernik wilgotności pozwala nie tylko na wyświetlenie danych pomiarowych ale także na ich zapisanie i przesłanie. Ponieważ wilgotność względna zależy od temperatury, urządzenia typu miernik wilgotności zawsze mierzą i wyświetlają temperaturę powietrza oprócz wilgotności względnej. Prawidłowo ocenione dane pozwalają wnioskować o aktualnej pogodzie i prognozach krótkookresowych. Dane pomiarowe można również wykorzystać do konkretnego wpływania na wartość wilgotności powietrza w pomieszczeniach.

Oprócz urządzeń stacjonarnych dostępne są również urządzenia typu miernik wilgotności do tymczasowych pomiarów zewnętrznych. Służą np. do porównania wartości wilgotności i temperatury w różnych lokalizacjach. Innym zastosowaniem jest wyznaczanie wskaźnika stresu cieplnego na zewnątrz, aby móc ostrzec pracowników lub sportowców przed zwiększonym obciążeniem fizycznym spowodowanym upałem i wilgocią. Miernik wilgotności do określania wskaźnika stresu cieplnego określa również temperaturę wilgoci i temperaturę promieniowania.

Miernik wilgotności - określanie wilgotności powietrza w pomieszczeniach mieszkalnych
Wilgotność powietrza w pomieszczeniach mieszkalnych wpływa nie tylko na zastosowane w nich materiały, ale także na samopoczucie przebywających w nich osób. Zimą zbyt niska wilgotność powietrza może powodować podrażnienie błon śluzowych, zbyt duża wilgotność powietrza może powodować dyskomfort i zwiększone obciążenie układu krążenia. Nadmierny poziom wilgotności może również prowadzić do kondensacji i rozwoju pleśni.

Oprócz wilgotności i temperatury powietrza niektóre urządzenia typu miernik wilgotności mogą również określać punkt rosy i temperaturę termometru mokrego. Temperatura punktu rosy pozwala oszacować, czy na zimniejszych powierzchniach pojawi się kondensacja. Ciepłe powietrze może pomieścić więcej pary wodnej niż zimne powietrze. Kiedy ciepłe powietrze ochładza się na zimnych powierzchniach, para wodna, której nie można już zatrzymać, zamienia się w wodę w stanie ciekłym. Woda w stanie ciekłym osadza się na zimnych powierzchniach i może tam powodować pleśń lub korozję. W przypadku pleśni na ścianach zewnętrznych należy zawsze sprawdzić, czy powstawaniu skroplin nie sprzyjało nadmierne wychłodzenie w obszarze mostków termicznych. Temperatura mokrego termometru zależy również od wilgotności względnej.

Miernik wilgotności - określanie wilgotności podczas produkcji, przechowywania i transportu
Każdy zna informacje na temat wilgotności względnej podczas pracy i przechowywania sprzętu, żywności i surowców i wie, że przy zbyt wysokiej wilgotności wiele materiałów ulega zniszczeniu. Dlatego przestrzeganie określonych wartości wilgotności odgrywa ważną rolę w wielu obszarach magazynowania i produkcji. Aby zapewnić przestrzeganie tych wartości, wilgotność powietrza jest rejestrowana przez ruchomy lub zainstalowany na stałe miernik wilgotności. W przypadku wrażliwych surowców, towarów, dóbr kultury lub roślin, które giną z powodu zbyt wysokiej lub zbyt niskiej wilgotności powietrza, zawartość wilgoci w otaczającym powietrzu jest stale monitorowana. Z kolei mobilny miernik wilgotności służy zazwyczaj do rejestracji wartości temperatury i wilgotności podczas transportu towarów lub materiałów, z którego dane są odczytywane dopiero w miejscu docelowym.

W zależności od warunków pracy można wybrać modele urządzenia typu miernik wilgotności z bezpośrednim wyświetlaczem lub różnymi interfejsami danych i przełączaniami. Wiele urządzeń jakim jest miernik wilgotności umożliwia również zapisywanie danych pomiarowych w określonych odstępach czasu. Wbudowany w obszarze magazynowania i produkcji miernik wilgotności jest niezbędny nie tylko dla firm, które muszą dokumentować warunki przechowywania ze względu na certyfikaty ISO. Miernik wilgotności oferuje firmie nie tylko wizualizację mierzonych wartości, ale także możliwość pełnej dokumentacji. Po zapisaniu zmierzone wartości można przekonwertować do różnych formatów danych, takich jak Excel, CSV itp. Jeżeli dane przesyłane są bezpośrednio do centrum sterowania procesem poprzez magistralę lub sygnał standardowy, urządzenia do wentylacji.

Dla niektórych modeli urządzenia typu miernik wilgotności dostępne są różne filtry chroniące element czujnika. Na przykład istnieją filtry ze spiekanego metalu, które przepuszczają wilgoć, ale zapobiegają osiadaniu cieczy na czujniku i jego zniszczeniu. Wilgotnościomierze z podgrzewanymi elementami czujnika są również dostępne do zastosowań specjalnych. To chroni go przed kondensacją i może być również używany w obszarach o wysokiej wilgotności. Do środowisk agresywnych dostępne są filtry PTFE, które chronią przed zanieczyszczeniami chemicznymi.

Mobilny miernik wilgotności - określanie wilgotności materiału w miejscu użytkowania lub przechowywania
BPodczas wyboru mobilnego urządzenia typu miernik wilgotności do ciał stałych należy wziąć pod uwagę, do jakich materiałów jest on odpowiedni i jak dokładne mogą być wyniki pomiarów w danych warunkach pomiarowych. Kolejnym ważnym kryterium są warunki niezbędne do przeprowadzenia pomiaru. Istnieją urządzenia typu miernik wilgotności, które są umieszczane na powierzchni materiału i mogą rejestrować i wyświetlać warunki wilgotności do głębokości około dwóch do pięciu centymetrów. Urządzenia te mierzą wilgotność przy powierzchni całkowicie nieniszcząco. Jeśli wymagane są zestawienia dotyczące głębszych warstw lub różnic na różnych głębokościach, można użyć modelu urządzenia typu miernik wilgotności z sondami penetracyjnymi. W przypadku tego typu urządzeń otwory po nakłuciach pozostają w materiałach stałych. Do niektórych zastosowań, takich jak pomiar wilgotności ziarna przed zbiorem, istnieją specjalne modele urządzeń, w których próbkę materiału umieszcza się w komorze pomiarowej.

Miernik wilgotności materiału może być zaprojektowany dla określonego materiału lub grupy materiałów lub może mieć skalę względną, która działa dla wielu różnych materiałów. Niektóre modele mają kilka skali specyficznych dla materiału, na przykład dla różnych materiałów budowlanych i rodzajów drewna, a także skalę względną. Urządzenia typu miernik wilgotności ze skalą względną mogą być stosowane do szerokiej gamy materiałów. Wartości liczbowe wyświetlane na urządzeniu jakim jest miernik wilgotności w liczbach lub procentach nie odzwierciedlają bezpośrednio wilgotności względnej lub bezwzględnej materiału, lecz dostarczają wartości porównawczych. W przypadku tego samego materiału wyższa liczba oznacza wyższą wilgotność. Tego typu miernik wilgotności jest przydatny do porównywania różnych próbek i szybkiego określania obszarów mokrych. Zachowanie ciągłości procesu suszenia można również sprawdzić za pomocą wielu pomiarów rozłożonych w czasie.

Miernik wilgotności – metoda rezystancji

Jedną z powszechnie stosowanych metod pomiarowych do określania wilgotności materiałów jest metoda rezystancyjna. W praktyce oznacza to umieszczenie dwóch czujników w materiale i pomiar rezystancji elektrycznej między tymi czujnikami. W urządzeniu typu miernik wilgotności wartość rezystancji jest następnie przeliczana na wartości względne lub wilgotność właściwą dla materiału.

Miernik wilgotności – metoda pojemnościowa
Inną powszechną metodą pomiaru wilgotnościomierzy przenośnych jest metoda pojemnościowa. Metoda ta działa nieniszcząco. Po zetknięciu z powierzchnią materiału wytwarzane jest pole elektryczne, a następnie mierzona jest jego pojemność. Im bardziej wilgotny materiał, tym większa pojemność. Na tej podstawie wilgotnościomierz określa względną lub specyficzną dla materiału wartość wilgotności. Istnieją inne wilgotnościomierze wyposażone w lancę do indywidualnych pomiarów w materiałach składowanych luzem takich jak zboże czy siano. Na końcu tej lancy znajduje się czujnik wilgotności względnej. Jeśli materiał jest bardziej wilgotny niż normalna równowagowa zawartość wilgoci w panujących warunkach środowiskowych, wilgoć jest uwalniana do środowiska i czujnik mierzy wyższą wartość. Wykorzystując wewnętrzną charakterystykę kalibracji, miernik wilgotności przelicza wartość względnej wilgotności powietrza bezpośrednio na odpowiednią wilgotność materiału. Wilgoć jest uwalniana do otoczenia, a czujnik mierzy wyższą wartość.

Miernik wilgotności stacjonarny - określanie wilgotności materiału w miejscu użytkowania lub przechowywania
Jeśli zawartość wilgoci w sypkich materiałach takich jak np. emulsje, granulaty tworzyw sztucznych, piasek, trociny lub ziarna musi być stale monitorowana podczas przechowywania, transportu lub przetwarzania, stosuje się stacjonarny miernik wilgotności specjalnie dostosowany do danego materiału. Czujniki w jakie wyposażony jest miernik wilgotności umieszczane są bezpośrednio w materiale, tj. w silosie, na taśmie przenośnika lub w linii transportowej i dlatego są również określane jako miernik wilgotności inline. Istnieją również specjalne wilgotnościomierze inline do innych zastosowań, takich jak suszenie drewna. Taki wbudowany miernik wilgotności ma zwykle jeden lub więcej interfejsów, za pośrednictwem których zmierzone wartości są przesyłane bezpośrednio do urządzeń oceniających lub sterujących.

Miernik wilgotności – laboratoryjne oznaczanie zawartości wilgoci w materiale
Często zawartość wilgoci w próbkach jest mierzona w laboratorium. Można tam również przeprowadzać złożone pomiary za pomocą czułych urządzeń i zagwarantować stabilne warunki środowiskowe. Klasyczną laboratoryjną metodą oznaczania wilgotności materiału jest metoda suszenia. W metodzie suszenia próbka materiału jest suszona do stałej masy. Służą do tego suszarki i wagi precyzyjne. Różnica masy między masą początkową, a masą suchą odpowiada wtedy zawartości wilgoci. Metoda suszenia jest odpowiednia do określania zawartości wilgoci w szerokiej gamie materiałów. Aby upewnić się, że tylko woda i żadne inne składniki nie będą odgazowywane, w wielu normach materiałowych istnieją jasne specyfikacje dotyczące temperatur, w których ma odbywać się suszenie. Prostsze zastosowanie metody suszenia dla małych ilości próbek umożliwiają tak zwane wagi do wagosuszarki lub wagi do suszenia. Te mierniki wilgotności to precyzyjne wagi z podgrzewaną komorą suszenia. W wielu modelach można ustawić automatyczne procesy suszenia, a wyniki mogą być podawane zarówno jako wartości bezwzględne, jak i względne. W przypadku urządzeń wysokiej jakości istnieje również możliwość wyboru, czy wilgotność względna ma być liczona jako procent masy całkowitej, czy suchej masy.

Komora klimatyczna może być również wykorzystywana w laboratorium do wyznaczania wilgotności równowagowej próbek materiałów w określonych warunkach. Wartości określone za pomocą komory klimatycznej lub metody suszenia można również wykorzystać do stworzenia specyficznych dla materiału krzywych odniesienia. Miernik wilgotności, który mierzy wielkości pomocnicze, takie jak rezystancja elektryczna lub pojemność elektryczna, może być dostosowany do specjalnego materiału za pomocą takich wartości porównawczych, a następnie wyświetlić jego wilgotność względną.

Podczas kalibracji urządzenia pomiarowe typu miernik wilgotności są sprawdzane pod kątem ich dokładności. Wszystkie urządzenia typu miernik wilgotności do klienta są dostarczane skalibrowane. Oznacza to, że nowy miernik wilgotności zachowuje dokładność określoną w specyfikacji danego urządzenia. Spadek dokładności może wystąpić w wyniku przesunięcia czasowego lub zanieczyszczenia czujnika wilgotności, ale także w wyniku innych czynników. Dlatego miernik wilgotności o wysokich wymaganiach co do dokładności wyników pomiarów powinny być rekalibrowane w regularnych odstępach czasu. Jeżeli podczas kalibracji okaże się, że miernik wilgotności nie spełnia wymagań dotyczących dokładności, należy go wyregulować, naprawić lub wymienić na nowy. Jeśli miernik wilgotności jest wysyłany do zewnętrznego laboratorium kalibracyjnego w celu kalibracji, należy zachować ostrożność czy określone są punkty odniesienia właściwe dla obszaru zastosowania urządzenia. Niektóre modele urządzeń typu miernik wilgotności oferują również specjalne wyposażenie lub funkcje ułatwiające użytkownikowi kalibrację.