Mierniki wilgotności, termohigrometry

Artykuł publikowany w piśmie PAK

Mierniki wilgotności, temperatury, ciśnienienia i składu powietrza

Konieczność ciągłego zwiększania ekonomicznej opłacalności przedsiębiorstwa także coraz ostrzejsze normy techniczne (w szczególności wprowadzaneaktualnie w Polsce międzynarodowe normy ISO) sprawiają, że niezbędne stają się ciągłe pomiary i rejestracja warunków klimatycznych panujących na stanowiskach produkcyjnych oraz w miejscach przechowywania materiałów.

Najczęściej kontrolowane parametry to temperatura i wilgotność powietrza. Przykładowo, podczas długotrwałego przechowywania uzbrojenia i sprzętu wojskowego w magazynach, dla zapobieżenia procesom korozji metali i dla zachowania sprawności technicznej osprzętu (w szczególności elektronicznego), należy zapewnić atmosferę o wilgotności względnej zawartej w granicach od 40% do 50%. Coraz powszechniejsze staje się też dążenie do uzyskania w pomieszczeniach warunków klimatycznych dających człowiekowi poczucie komfortu. Miarą jest w tym przypadku (oprócz oczywiście temperatury) wilgotność bezwzględna powietrza, zdefiniowana jako ciśnienie cząsteczkowe pary wodnej. W warunkach optymalnych powinno ono wynosić 7 mmHg, czemu odpowiadają różne wartości wilgotności względnej w zależności od temperatury powietrza, np: 30% dla 25°C, 40% dla 20°C i 55% dla 15°C. Zwróćmy tu uwagę na fakt, że w okresie zimowym w ogrzewanych a nie nawilżanych pomieszczeniach panuje typowo wilgotność względna w przedziale od 10% do 20%, co tłumaczy nasze szczególnie złe samopoczucie w tym okresie.

Efekt znaczącej części procesów technologicznych oraz operacji kontrolnych w produkcji jest uzależniony od wielkości ciśnienia atmosferycznego. Wartość ciśnienia musi być uwzględniana dla uzyskania odpowiedniej jakości i wydajności procesów technologicznych oraz dokładności wyników pomiarów kontrolnych.

Skład powietrza, a w szczególności zawartość tlenu, gazów toksycznych i wybuchowych decyduje o życiu i zdrowiu człowieka. Decyduje też o opłacalności produkcji, czego przykładem może być kontrola atmosfery w halach upraw roślin, gdzie wielkość plonów jest uzależniona nie tylko od odpowiedniej wilgotności i temperatury, ale także od zawartości dwutlenku węgla.

Zagadnienia te są tematem działalności firmy LAB-EL, która proponuje szeroką gamę przyrządów służących do pomiaru, regulacji i rejestracji: temperatury, wilgotności, ciśnienia atmosferycznego: termohigrometry, barometry. W sprawie detektorów gazów - podano kontakt na końcu artykułu.

Termohigrometry

Termohigrometry są przyrządami do jednoczesnego pomiaru temperatury i wilgotności powietrza. Charakteryzują się nowoczesną konstrukcją opartą na wydajnych i oszczędnych energetycznie sterownikach mikroprocesorowych.

Elementami pomiarowymi są tu: cienkowarstwowy czujnik temperatury Pt-100 i cienkowarstwowy pojemnościowy czujnik wilgotności względnej, z których analogowe sygnały zostają zamienione w przetwornikach A/C na dane liczbowe. Indywidualne dane kalibracyjne czujników wilgotności i temperatury zapisane są w nieulotnej pamięci termohigrometrów i służą do wyznaczenia ostatecznych wyników pomiarów. Obliczenia są wykonywane z dużą precyzja i uwzględniają nieliniowości charakterystyk przetwarzania czujników temperatury i wilgotności.

Jednoczesne wykonywanie pomiarów temperatury i wilgotności przez jeden przyrząd jest uzasadnione ścisłą zależnością wilgotności bezwzględnej od temperatury i wilgotności względnej. Umożliwia to rachunkowe wyznaczenie w przyrządzie innych parametrów wykorzystywanych do opisu wilgotności: temperatury punktu rosy, procentowej zawartości i ciśnienia cząsteczkowego pary wodnej.

Cechą wspólną wszystkich termohigrometrów LAB-EL jest wykorzystywanie podczas okresowego wzorcowania (uwierzytelniania) dwukierunkowej transmisji danych cyfrowych: wyników pomiarów w jedną stronę, a współczynników kalibracyjnych w drugą. Wzorcowany termohigrometr po umieszczeniu w kalibracyjnej komorze klimatycznej zostaje podłączony do portu RS232C komputera. Specjalistyczne oprogramowanie wyznacza rzeczywiste charakterystyki pomiarowe dla danego egzemplarza przyrządu, po czym zestaw współczynników zostaje zapisany w nieulotnej elektronicznej pamięci termohigrometru. Wyeliminowano tym samym jakiekolwiek analogowe elementy regulacyjne (potencjometry nastawne) - będące często źródłem problemów (niestabilność termiczna, szumy i trzaski, przypadkowa ingerencja w nastawy itp). Bardzo ważną zaletą elektronicznego wzorcowania (w porównaniu ze stosowaną przez innych producentów regulacją mechanicznych elementów korekcyjnych) jest pewność, szybkość i możliwość zautomatyzowania tej operacji.

Produkowane przez nas termohigrometry mogą być używane jako samodzielne (przenośne lub stacjonarne) urządzenia służące punktowym pomiarom parametrów powietrza. Można je również używać jako elementy systemów pomiarowo - kontrolnych. Termohigrometry posiadają interfejsy umożliwiające połączenie ich z urządzeniemi rejestrującymi dane, a także ze sterownikami urządzeń wykonawczych lub dowolnymi innymi urządzeniami wyposażonymi w inerfejs RS232C. Instalowanie wieloczujnikowych systemów nadzoru i regulacji klimatu umożliwiają koncentratory zapewniające rejestrację wyników pomiarów.

Wszystkie, wymienione powyżej, elementy stanowią podstawę do tworzenia kompleksowych, elastycznych systemów, które można w łatwy sposób instalować w dużych halach, magazynach, laboratoriach, biurach - wszędzie tam, gdzie istnieje potrzeba pomiaru, rejestracji i stabilizacji wilgotności i temperatury powietrza. Każdy system może być przez nas wyposażany w oprogramowanie umożliwiające obserwację i rejestrację danych przy pomocy stanowiska komputerowego.

Produkowane przez LAB-EL termohigrometry posiadają zatwierdzenia typu nadane przez prezesa Głównego Urzędu Miar w Warszawie oraz pozytywną ekspertyzę Centralnego Ośrodka Metrologii Wojskowej w Zielonce. Każdy termohigrometr jest indywidualnie wzorcowany i może posiadać świadectwo wzorcowania.

Poniżej przedstawimy kilka odmian produkowanych termohigrometrów oraz ich podstawowe parametry metrologiczne. Wszystkie termohigrometry można pod względem rozwiązań konstrukcyjnych podzielić na dwie grupy:

termohigrometry nieinteligentne (zawierające: czujniki i układy pomiarowe) wymagające do pracy inteligentnego panelu odczytowego (termohigrometr LB-701 z różnymi panelami odczytowymi),
termohigrometry inteligentne, stanowiące zwartą całość dostarczającą gotowy cyfrowy wynik pomiaru (termohigrometr LB-710 w różnych odmianach).

Widok zewnętrzny omawianych termohigrometrów został przedstawiony na ulotce stanowiącej wkładkę do zeszytu PAK Nr 12/96.

Termohigrometr LB-701M z panelem odczytowym LB-704

Termohigrometr LB-701M z panelem odczytowym LB-704 jest urządzeniem przenośnym, zasilanym z baterii lub z zewnętrznego zasilacza kalkulatorowego.

Przyrząd składa się z dwóch zasadniczych części: termohigrometru LB-701M (wykonanego w formie sondy pomiarowej w metalowej cylindrycznej obudowie) i panelu odczytowego LB-704. Obie części są połączone kablem o długości 1.5m. Do panelu odczytowego docierają sygnały już przetworzone, zawierające zakodowaną informację o wartościach temperatury i wilgotności oraz dane kalibracyjne. Pozwala to na zamienne używanie różnych paneli odczytowych z tym samym termohigrometrem LB-701, bez wpływu na wynik pomiaru. Dlatego też świadectwo uwierzytelnienia związane jest tylko z sondą - termohigrometrem LB-701, którego numer seryjny i data wzorcowania podana na świadectwie jest wpisywany do pamięci sondy.

Wyniki pomiaru są zobrazowane na energooszczędnym wyświetlaczu typu LED. Panel odczytowy wyposażony jest w pięcioklawiszową klawiaturę membranową służącą do włączania, wyłączania i wybierania wyświetlanego parametru mierzonego (wilgotności względnej, temperatury albo punktu rosy).

Przy zasilaniu bateryjnym przyrząd realizuje energooszczędny tryb pracy: po włączeniu analizowane są wyniki pomiarów; stabilne wyniki są sygnalizowane, ostatni wynik jest zapamiętywany a pomiar jest zatrzymywany. Po kilku minutach braku obsługi przyrząd automatycznie wyłącza zasilanie. W przypadku zasilania termohigrometru z zewnętrznego zasilacza realizowany jest pomiar ciągły.

Pomiar temperatury

Niepewność pomiaru : +/- 0,1 °C +/- 1 ostatnia cyfra,
Zakres pomiaru: -40...+80°C.

Pomiar wilgotności

Niepewność pomiaru (bezwzględna): +/- 2% (w zakresie 10...90%),
Zakres pomiaru: (LB-701)

10...95% - w zakresie temperatur do +40°C,
10...60% - w zakresie temperatur do +70°C,
10...40% - w zakresie temperatur do +80°C,

Zakres pomiaru: (LB-701H)

0...100% - w zakresie temperatur do 60°C,
0...70% - w zakresie temperatur do 70°C,
0...40% - w zakresie temperatur do 80°C.

Odczyt pomiarów

temperatura powietrza T, zakres odczytu -40...+80°C, rozdzielczość 0,1°C,
wilgotność względna R.H., zakres odczytu 0...100%, rozdzielczość 0,1%,
temperatura punktu rosy D.P., zakres odczytu -44...+80°C, rozdzielczość 0,1°C,

Zakres temperatur pracy

-40...+80°C. (termohigrometr i panel odczytowy).

Termohigrometr LB-701 z panelem odczytowym LB-702

W zestawie tym zastosowano inny panel odczytowy LB-702, wyposażony w wyświetlacz LCD 2x16 znaków, dzięki czemu można na nim zobrazować jednocześnie wszystkie wyniki (temperaturę, wilgotność względną, temperaturę punktu rosy, wilgotność bezwzględną albo czas) bez konieczności zastosowania klawiatury.

Przyrząd jest wyposażony w jeden standardowy interfejs RS232C.

Termohigrometr posiada także wbudowany zegar czasu rzeczywistego, wykorzystywany do rejestracji w pamięci wewnętrznej przyrządu wyników pomiarów.

Pomiar temperatury

Niepewność pomiaru: +/- 0,2 °C,
Zakres pomiaru sondy (LB-701): -40...+70°C.

Pomiar wilgotności

Niepewność pomiaru: +/- 2%,
Zakres pomiaru: (jak LB-701/LB-704)

Odczyt pomiarów na wyświetlaczu

temperatura powietrza T, zakres odczytu -40...+80°C, rozdzielczość 0,1°C,
wilgotność względna R.H., zakres odczytu 0...100%, rozdzielczość 0,1%,
temperatura punktu rosy D.P., zakres odczytu -40...+100°C, rozdzielczość 0,1°C,
zawartość pary wodnej w powietrzu wyrażona w milionowych częściach objętości, zakres odczytu 0...99999 ppm, rozdzielczość 1 ppm,
czas (godziny, minuty, sekundy).

Zakres temperatur pracy

termohigrometru LB-701: -40...+70°C,
panelu odczytowego LB-702: 0...50°C.

Termohigrometr LB-701 z panelem odczytowym LB-705

Termohigrometr LB-701 z panelem odczytowym LB-705 jest urządzeniem stacjonarnym, zasilanym z sieci 220V/50Hz lub z zewnętrznego źródła napięcia stałego 12V/0,5A. Obie części przyrządu są połączone kablem o długości do 10 m.

W panelu odczytowym LB-705 wyniki pomiaru temperatury i wilgotności są jednocześnie zobrazowane na wyświetlaczu LED (o wysokości cyfr 25 mm), co czyni przyrząd szczególnie przydatnym do pracy w dużych pomieszczeniach laboratoryjnych i produkcyjnych.

Przyrząd jest wyposażony w dwa cyfrowe interfejsy szeregowe: standardowy RS232C oraz cyfrową pętlę prądową 15/25 mA.

W panelu odczytowym LB-705 brak jest przełączników, dzięki czemu zwiększono niezawodność działania i prostotę obsługi. Programowanie parametrów pracy przyrządu (jak np. częstotliwość i format wysyłania danych na wyjście interfejsu) dokonuje się po połączeniu przyrządu z dowolnym komputerem, na którym uruchomiony jest specjalistyczny program tzw. "panel sterujący przyrządu".

Pozostałe parametry są zgodne z LB-701/LB-702, z wyjątkiem:

Odczyt pomiarów na wyświetlaczu

temperatura powietrza T, zakres odczytu -40...+80°C, rozdzielczość 0,1°C,
wilgotność względna R.H., zakres odczytu 0...100%, rozdzielczość 0,1%.

Termohigrometr LB-701 z panelem odczytowo-sterującym LB-725

Termohigrometr LB-701 został tu uzupełniony panelem LB-725, który oprócz funkcji sterujących pomiarem, analogicznych jak w panelu LB-705, pozwala na sterowanie czterema urządzeniami wykonawczymi (nawilżającym, osuszającym, nagrzewającym i chłodzącym). Dla każdego urządzenia można ustawić progi włączania i wyłączania w trybie sterowania bezpośredniego lub parametry pracy w trybie sterowania proporcjonalnego.

Przyrząd może prowadzić rejestrację wyników pomiarów (ok. 4000 punktów pomiarowych), przy czym możliwe jest zaprogramowanie interwału czasowego rejestracji oraz przeglądanie wyników bezpośrednio (przy pomocy klawiatury) bądź skopiowanie ich do komputera dołączonego do przyrządu przez interfejs szeregowy. Pamięć wyników jest zabezpieczona przed skasowaniem przy zaniku zasilania. Panel wyposażony jest w podtrzymywany wewnętrzną baterią zegar czasu rzeczywistego wykorzystywany w procesie rejestracji oraz zegary liczące motogodziny pracy zewnętrznych urządzeń sterowanych.

Pozostałe parametry są analogiczne jak dla zestawu LB-701/LB-705.

Termohigrometr LB-710

Termohigrometr LB-710 stanowi samodzielne urządzenie zawierające w jednej obudowie wszystkie elememty składowe sondy LB-701 i panelu odczytowego, to znaczy: czujniki, przetworniki A/C, pamięć danych kalibracyjnych, mikrokontroler i układ interfejsu. Nie posiada jedynie wyświetlacza wyników pomiarów.

Wyniki pomiarów są wysyłane przez interfejs cyfrowej pętli prądowej 15/25 mA, pracujący z szybkością 300 bodów i okresem repetycji wysyłania pomiarów około 2 s. Interfejs ten służy równocześnie do zasilana miernika. W rozwiązaniu tym uzyskano prostotę połączenia termohigrometru z urządzeniem zewnętrznym - przy użyciu tylko dwóch przewodów. Z uwagi na stosunkowo niską szybkość transmisji oraz standard prądowy, kabel łączący sterownik z termohigrometrem może być dowolnego typu, przy zapewnieniu wysokiej odporności na zakłócenia zewnętrzne. Ponadto termohigrometr może być umieszczony w znacznej odległości (nawet kilka km) od odbiornika informacji, którym może być regulator wilgotności LB-722, koncentrator LB-731 lub (poprzez konwerter LB-370) dowolny komputer z interfejsem RS232C. Dodatkowo połączenie to jest odporne na zamianę końcówek kabla (biegunowości), co upraszcza instalację w terenie. Szczegółowe omówienie właściwości interfejsu wykorzystującego cyfrową pętlę prądową LAB-EL będzie przedstawione w zeszycie PAK Nr 3/97.

Termohigrometry LB-710 są wykonywane w kilku wersjach konstrukcji mechanicznej obudowy:

w obudowie z tworzywa sztucznego - do zastosowań w przemyśle,
w obudowie metalowej - do zastosowań wojskowych,
w miniaturowej obudowie z tworzywa sztucznego - do stosowań w budynkach biurowych, muzeach itp.

Pomiar temperatury

Niepewność pomiaru: +/- 0,2°C,
Zakres pomiaru: -40...+85°C.

Pomiar wilgotności

Niepewność pomiaru: +/- 2%,
Zakres pomiaru: (jak LB-701/LB-704).

Transmisja wyników pomiarów

temperatura powietrza T, zakres odczytu -40...+85°C, rozdzielczość 0,1°C,wilgotność względna R.H., zakres odczytu 0...100%, rozdzielczość 0,1%numer seryjny termohigrometru i znaczniki poprawności pracy.

Regulator wilgotności LB-722

Termohigrometr LB-710 po dołączeniu regulatora wilgotności LB-722 programowanego pilotem LB-721 stanowią zestaw przeznaczony głównie do zastosowań np. w programie przechowywania uzbrojenia i sprzętu wojskowego.

Regulator wilgotności LB-722 w wersji do współpracy z osuszaczem otrzymuje z dołączonego do niego termohigrometru LB-710 wyniki pomiaru wilgotności względnej i temperatury w wybranym punkcie obiektu i po przekroczeniu zadanego progu wilgotności względnej załącza, poprzez wyjście przekaźnikowe, agregat osuszający. Realizuje zatem dwustanową regulację wilgotności. Realizowanych jest także kilka dodatkowych specjalistycznych funkcji: "przedmuch" (włączenie osuszacza cyklicznie na 5 minut co godzinę), "awaryjny" tryb pracy (włączanie na 10 minut co godzinę), zliczanie "motogodzin".

Regulator LB-722 rejestruje w pamięci wyniki ostatnich 64 pomiarów wilgotności względnej w odstępach godzinnych.

Regulator LB-722 jest wyposażony w interfejs cyfrowej pętli prądowej 15/25 mA, co umożliwia tworzenie systemu monitoringu warunków środowiskowych w wielu pomieszczeniach osuszanych magazynów.

Koncentrator LB-731

Koncentrator LB-731 służy do zbierania informacji z maksymalnie 16-tu czujników nadzoru klimatu (termohigrometrów LB-710), sterowników dynamicznych osuszaczy powietrza LB-720 lub innych urządzeń transmitujących dane pomiarowe z wykorzystaniem cyfrowej pętli prądowej 15/25 mA. Koncentrator służy także do zasilania niektórych czujników, których pobór prądu nie przekracza 15 mA (np. termohigrometru LB-710).

Koncentrator jest wyposażony w bateryjnie podtrzymywaną pamięć zbieranych danych o pojemności wystarczającej na rejestrację ponad 908 punktów (rekordów) z 16-tu czujników, z których każdy obejmuje: datę, czas, wilgotność i temperaturę. Rodzaj zapamiętywanych danych i interwał czasowy rejestracji jest programowany przez użytkownika.

Koncentrator jest wyposażony w wyjście alarmowe (przekaźnik alarmu), którego działanie może być dowolnie zaprogramowane przez użytkownika. Może być aktywizowane po przekroczeniu górnego lub dolnego, dowolnie zaprogramowanego poziomu wilgotności lub temperatury z dowolnego zestawu dołączonych termohigrometrów.

Zarejestrowane w koncentratorze LB-731 dane mogą być odczytane przez interfejs sterujący RS232C. Pozwala to, po dołączeniu dowolnego komputera z interfejsem RS232C, na przepisanie danych na dyskietkę oraz poddanie ich obróbce i wizualizacji stosownej do wymagań użytkownika. Zarejestrowane dane mogą być również przeglądane przez użytkownika na wbudowanym wyświetlaczu alfanumerycznym sterowanym wewnętrzną klawiaturą koncentratora.

Barometry elektroniczne

Barometry elektroniczne są aktualnie wykonywane w dwu wersjach: bez wyświetlacza - do zastosowań przenośnych i stacjonarnych (termohigrobarometr LB-715), z wyświetlaczem - do zastosowań laboratoryjnych (LB-750).

Wpisywanie danych kalibracyjnych podczas wzorcowania odbywa się na drodze elektronicznej, podobnie jak dla omawianych wcześniej termohigrometrów.

Do każdego barometru maże być dołączone świadectwo sprawdzenia wydane przez Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej w Warszawie.

Termohigrobarometr lb-715

Miernik LB-715 służy do pomiaru wilgotności względnej i temperatury powietrza oraz ciśnienia atmosferycznego. Jest urządzeniem o niewielkich rozmiarach, zasilanym z interfejsu cyfrowej pętli prądowej 15/25 mA.

Przyrząd wykorzystuje do pomiaru dane z czujnika temperatury Pt-100, z pojemnościowego czujnika wilgotności względnej oraz z półprzewodnikowego czujnika ciśnienia. Na podstawie znajomości nieliniowych charakterystyk czujników oraz cyfrowych danych kalibracyjnych zapamiętanych podczas wzorcowania (wzorcowaniu podlega każdy przyrząd indywidualnie), mikroprocesor wbudowany w przyrząd oblicza aktualny wynik pomiaru wilgotności względnej temperatury i ciśnienia. Wyniki te są wysyłane z przyrządu do nadrzędnego systemu zbierania danych (do komputera albo panelu odczytowego).

Pomiar temperatury I wilgotności (jak dla LB-710)

Pomiar ciśnienia

Niepewność pomiaru: +/- 1 hPa - w zakresie (0 .. 70 °C),
Zakres pomiaru: 850 .. 1100 hPa,
Rozdzielczość pomiaru: 0,1 hPa.

Barometr laboratoryjny LB-750

Barometr laboratoryjny LB-750 jest przeznaczony do bieżącego pomiaru ciśnienia atmosferycznego. Dla uzyskania dużej niezawodności i dokładności barometr działa w oparciu o zestaw trzech półprzewodnikowych czujników ciśnienia. Sygnał elektryczny z czujników jest mierzony przetwornikiem A/C, a następnie poddawany jest obróbce w układzie mikroprocesorowym barometru. Na podstawie znajomości nieliniowych charakterystyk czujników ciśnienia, aktualnej temperatury mierzonej na obudowie przetworników ciśnienia oraz cyfrowych danych kalibracyjnych zapamiętanych podczas wzorcowania w pamięci nieulotnej przyrządu, mikroprocesor oblicza aktualny wynik pomiaru ciśnienia.

Mikroprocesor stacji może wyliczyć dowolny opcjonalny parametr wynikający z analizy statystycznej próbek dowolnego z pomiarów (np. trendu zmiany ciśnienia). Może być nim również bieżący czas (pobierany z wbudowanego zegara RTC). Rodzaj wyświetlanego opcjonalnego parametru wynika z wymagań zamawiającego.

Wyniki pomiaru są wysyłane z przyrządu w postaci cyfrowej poprzez interfejs cyfrowej pętli prądowej 15/25 mA. Dodatkowy standardowy interfejs RS232C służy do kalibracji i programowania barometru.

Pomiar ciśnienia

Niepewność pomiaru: +/- 0,5 hPa,
Zakres pomiaru: 850...1100 hPa,
Rozdzielczość pomiaru: 0,1 hPa.

Zakres temperatur pracy

+10...+40°C

Detektory gazów

Detektory gazów można podzielić na trzy zasadnicze grupy:

eksplozymetry (do detekcji zagrożenia wybuchowego wywołanego gazami palnymi),
tlenomierze (do pomiar zawartości tlenu w powietrzu),
toksymetry (do pomiar zawartości gazów trujących w powietrzu).

Firma LAB-EL oferuje mierniki dwutlenku węgla i tlenomierze, przeznaczone gównie do instalacji stacjonarnych.

Wszelkie dodatkowe i bardziej szczegółowe informacje można otrzymać w firmie LAB-EL.