Pomiary tempratury, wilgotności i innych parametrów

Wskazanie przyrządu, a wynik pomiaru - cz. 2

Artykuł publikowany w piśmie POMIAR nr 5/2007

W pierwszej części cyklu przedstawiliśmy problem, przed jakim staje człowiek obserwujący pomiary tej samej wielkości fizycznej, realizowane w tych samych warunkach, różniące się jednak wskazaniem. Różnice wskazań są mało dostrzegalne dla ludzkiego oka w przypadku pomiarów dokonywanych przyrządami o małej rozdzielczości np. linijka, suwmiarka, termometr rtęciowy, itp. W przypadku wskazań przyrządów elektronicznych, z rozdzielczością dwóch lub więcej miejsc po przecinku, sprawa jest bardziej problematyczna, a tłumaczenie zjawiska osobom „upartym” stanowi poważmy problem. Pojęcia takie jak błąd pomiaru i niepewność, których próbę wyjaśnienia poczyniono w pierwszej części cyklu, nie są powszechnie znane i z tego powodu mnożą się niepokojące pytania, a przekonanie osoby twierdzącej że wszystkie przyrządy muszą pokazywać tę samą wartość jest arcytrudne.. W ostatnim okresie daje się zauważyć znaczący wzrost zapotrzebowania na systemy monitoringu parametrów środowiskowych (szczególnie na pomiary temperatury i wilgotności) w pomieszczeniach laboratoriów badawczych, magazynach i hurtowniach spożywczych i/lub farmaceutycznych. Monitoring powinien być realizowany przy wykorzystaniu przyrządów odpowiedniej klasy, okresowo wzorcowanych w akredytowanych laboratoriach, a rozmieszczenie czujników pomiarowych w przestrzeni pomieszczeń powinny być poprzedzone tzw. mappingiem czyli wstępnym zbadaniem rozkładu badanych parametrów w danym pomieszczeniu. Mapping wykonywany jest przy wykorzystaniu wzorcowanych (z ważnym świadectwem wzorcowania) przyrządów rejestrujących, rozłożonych w pomieszczeniu w sposób umożliwiający późniejsze wnioskowanie odnośnie rozmieszczenia czujników docelowych.

Pomiary tempratury i wilgotności

Podstawowe wielkości fizyczne monitorowane w pomieszczeniach to temperatura, wilgotność i rzadziej ciśnienie. Te dwie pierwsze wielkości są to tzw. wielkości skalarne, które w przeciwieństwie do wielkości wektorowych (np. siła, ciśnienie, prędkość, itp.) nie posiadają kierunku i zwrotu. W matematyce takie wielkości są przekształcane do wielkości wektorowych poprzez operację różniczkową zwaną gradientem. Tak więc, gradienty temperatury i wilgotności są już wektorami i mówiąc o gradiencie temperatury w pomieszczeniu można określić kierunek i zwrot wektora największego wzrostu funkcji w danym punkcie, a jej wartość jest proporcjonalna do szybkości jej wzrostu. Mówiąc o monitoringu nie można bazować na przyrządach, w które wyposażone są urządzenia chłodnicze czy klimatyzacyjne, są to zazwyczaj przyrządy niższej klasy, których zadaniem jest wyłącznie utrzymanie regulowanej wielkości na poziomie zadanym, mierzące daną wielkość w jednym punkcie, znajdującym się w pobliżu samego urządzenia, co nie może być odzwierciedleniem wartości danej wielkości w dużym pomieszczeniu. Tak więc monitoring parametrów mikroklimatu w pomieszczeniach powinien uwzględniać wyniki wcześniejszego mappingu, z których wynika w jaki sposób zachowuje się gradient temperatury i wilgotności, a co z tym się wiąże w jaki optymalny sposób rozmieścić czujniki w pomieszczeniu. Określając miejsce montażu czujnika należy brać również pod uwagę warunki rzeczywiste danego pomieszczenia, takie jak: okna, świetliki, dmuchawy, klimatyzatory, drzwi, rampy w dużych hurtowniach czy magazynach. Wszystkie te elementy stanowią źródła potencjalnych zakłóceń pomiarów. Rozmieszczając czujniki w pobliżu takich miejsc realizujemy opcję „najgorszych przypadków”, unikając natomiast takich miejsc, opcję „mniejszego ryzyka”. Jeżeli  nie ma możliwości kompensowania zakłóceń np. przysłaniania okien czy świetlików,  dodatkowego dogrzewania\dochładzania, nawilżania\osuszania, to wtedy w takich miejscach nie należy umieszczać przechowywanych produktów lub tak korygować proces regulacji mikroklimatu, aby efekty tych zdarzeń znacząco minimalizować. Czujników nie należy umieszczać bezpośrednio na ścianach tzw. szczytowych, gdzie wpływy temperatury zewnętrznej są znaczące. Czujniki powinny być instalowane na wysięgnikach, tak aby ze wszystkich stron były „obmywane” przez powietrze znajdujące się w monitorowanym pomieszczeniu. Umieszczenie czujnika w strudze powietrza z dmuchawy, wentylatora czy klimatyzatora jest niedopuszczalne z uwagi na nieobiektywny pomiar. Aczkolwiek pomiary dokonywane w tych miejscach można wykorzystywać do ewentualnych korekt pomiarów pozostałych. Rozmieszczenie czujników musi dawać gwarancję pewnych średnich warunków panujących w pomieszczeniu. W przypadku wcześniejszego mappingu łatwiej można ocenić gradienty temperatury i wilgotności, i na tej podstawie wnioskować o lokalizacji czujników. W przypadkach, kiedy takiego mappingu nie przeprowadzono, czujniki można umieszczać po przekątnych począwszy od punktu najwyższego, do najniższego i odwrotnie. W miejscach szczególnych można umieścić czujniki dodatkowe. Rozmieszczenie czujników w pomieszczeniu każdorazowo jest uzgadniane z klientem, który z racji kosztów ma ostateczne zdanie odnośnie ilości. Prawdziwa jest zasada „im więcej czujników tym lepszy obraz rozkładu temperatury i wilgotności”, jednakże koszt samych czujników temperatury i wilgotności oraz ich instalacji też powinien być brany pod uwagę.
Firma LAB-EL oferuje systemy monitoringu parametrów mikroklimatu pomieszczeń własnej produkcji oraz akredytowane usługi badania mikroklimatu pomieszczeń. W skład systemów monitoringu wchodzą
• termometry: LB-710T (TF, TX), LB-710DT, LB-711, LB-488, LB-471, LB-530;
• termohigrometry: LB-701+LB-705, LB-710, LB-710B, LB-710D, LB-710-DB, LB-712TW;
• barometry: LB-715, LB-716, LB-716D, LB-716AD2;
• koncentratory danych: LB-486, LB-487, LB-476, LB-731A(E)
• oprogramowanie LBX umożliwiające tworzenie baz danych w standardzie SQL, obsługę sytuacji alarmowych (sygnalizacja lokalna, powiadomienia e-mailowe, telefoniczne, GSM), tworzenie raportów, wykresów, histogramów, umożliwia tworzenie ekranów synoptycznych.
W kolejnych częściach cyklu przedstawimy:
- zależność wilgotności względnej powietrza od temperatury i innych warunków oraz omówimy w jaki sposób należy korzystać z wyników umieszczonych w sprawozdaniach z badań mikroklimatu pomieszczeń;
- program „Kalkulator wilgotności”.