Wskazanie przyrządu, a wynik pomiaru - cz. 3

Artykuł publikowany w piśmie POMIAR nr 6/2007

W dwóch poprzednich częściach cyklu przedstawiliśmy podstawowe problemy metrologiczne w celu zwrócenia uwagi użytkownikom systemów pomiarowych na występujące błędy przyrządów czy tez metod pomiarowych oraz na pojęcia niepewności wzorcowania przyrządów, z którymi porównywane są wskazania w miejscach przeznaczenia. Okresowe wzorcowanie przyrządów w akredytowanych laboratoriach ma na celu uwiarygodnienie wskazań oraz określenie nowych błędów i niepewności.

Rys. 1  Maksymalna zawartość wody (g/m³) w powietrzu
w zależności od jego temperatury

Niektórzy użytkownicy systemów pomiarowych posiadają jeden najlepszej jakości przyrząd, któremu zapewniają tzw. spójność pomiarową z wzorcem, co najmniej o klasę lepszym, aby go wykorzystywać w charakterze wzorca roboczego (lokalnego). Przejdźmy jednak do meritum naszego cyklu, a mianowicie do omówienia kilku pojęć określających wilgotność powietrza, bo ta wielkość fizyczna jest ze wszech miar ważna, w przypadku monitoringu parametrów mikroklimatu w pomieszczeniach. Tak więc generalnie rzecz biorąc wilgotność jest to zjawisko zawartości cząsteczek wody (pary wodnej) w powietrzu. Podstawowym pojęciem jest zawartość wilgoci x określającą stosunek masy pary wodnej mv  do masy mieszaniny tej pary wodnej i suchego powietrza ma, czyli x = mv/ma. W praktyce stosuje się jednak pojęcie wilgotności względnej. Wilgotność względna Uw, w temperaturze T i pod ciśnieniem p, jest to (wg najprostszej definicji) wyrażony w procentach stosunek aktualnego ciśnienia cząstkowego pary wodnej e' do ciśnienia cząstkowego pary wodnej w stanie nasycenia e'w w danej temperaturze T i przy danym ciśnieniu p, czyli Uw = 100(e’/e’w)p,T. Przykładowo: wilgotność względna powietrza 60% oznacza, że powietrze zawiera 60% ilości pary nasyconej, która mogłaby być w nim zawarta w tej temperaturze. Wilgotność 0% oznacza, że w powietrzu nie ma pary wodnej. Powietrze dobrze przybliża gaz doskonały dlatego maksymalna ilość pary może być wyrażona w jednostkach masy, ciśnienia, lub objętości. Dość ważna jest jeszcze jedna wielkość określająca temperaturę, przy której para wodna zawarta w powietrzu zmienia stan skupienia z gazowego na ciekły (woda) lub stały (szron, lód). Temperatura przy której para wodna skrapla się to tzw temperatura punktu rosy Td lub  Δd (ang. dew point temperature) jest to temperatura, w której wilgotne powietrze osiąga stan nasycenia parą wodną (pod danym ciśnieniem  p): Przy przekroczeniu punktu rosy para wodna skrapla się, tworząc wodę ciekłą i wówczas mówimy o temperaturze punktu rosy Td , zaś o temperaturze punktu szronu Tf  mówimy, gdy para wodna przechodzi przemianę do fazy stałej tworząc szron. Wilgotność powietrza, a dokładniej zawartość wilgoci w powietrzu ściśle zależy od temperatury i ciśnienia. Zmiany ciśnienia są jednak niewielkie i ich wpływ można pominąć. Wpływ temperatury jest jednak bardzo istotny. Na rys 1 przedstawiono zależność zawartości wody w powietrzu od temperatury.

Badania mikroklimatu w pomieszczeniach prowadzone przez akredytowane laboratorium badawcze LAB-EL ma na celu określenie rozkładu temperatury i wilgotności w danym pomieszczeniu, ustalenie wartości ekstremalnych oraz miejsc gdzie takie wartości występują, a przede wszystkim badania tego rodzaju stanowią najważniejszy element walidacji systemu monitoringu istniejącego już u zleceniodawcy. Jako przykład przedstawiamy opis jednego z badań przeprowadzonych w maju br w pewnej hurtowni farmaceutycznej. Oto cytat ze sprawozdania z badań: „Badanie miało na celu określenie rozkładu temperatury i wilgotności w chłodni znajdującej się w budynku nr xx przy ul. Yyyyy w Zzzzzz. W pomieszczeniu znajdował się agregat chłodniczy, mający utrzymywać temperaturę w granicach 5 do 15 ºC. Pomiary przeprowadzono w 10 punktach obiektu oznaczonych pk1 do pk10 za pomocą termohigrometrów typu LB-520 rozmieszczonych wg planu; polegały one na rejestracji temperatury i wilgotności w ww. punktach w odstępach 12-minutowych przez okres 24 godzin. Wyniki badań oraz wykresy obrazujące zmiany badanych parametrów przedstawiono na poprzednich stronach niniejszego sprawozdania.” Dla zobrazowania omawianego w artykule tematu zależności wilgotności od temperatury, na rysunkach przedstawiono wykresy temperatur i wilgotności z tych właśnie badań. Firma LAB-EL opracowała specjalistyczny program o nazwie „Kalkulator wilgotności” za pomocą, którego można wyliczać i przeliczać wszelkiego rodzaju wielkości związane z klimatem i mikroklimatem, miedzy innymi wyliczanie temperatury punktu rosy, zawartości wilgoci w powietrzu, entalpię, itp. Zainteresowanych bardziej szczegółową wiedzą z dziedziny mikroklimatu w pomieszczeniach odsyłamy do książki pt. „Regulacja Mikroklimatu Pomieszczenia” autorstwa Zdzisława Kabzy, Krystyny Kostyrko, Sławomira Zatora, Andrzeja Łobzowskiego i Wojciecha Szkolnikowskiego wydaną przez AGENDĘ Wydawniczą PAK, dostępna w firmie LAB-EL oraz w księgarniach technicznych w kraju.

W czwartej, ostatniej części cyklu omówimy program „Kalkulator wilgotności”.