Wskazanie przyrządu, a wynik pomiaru - cz. 4

Artykuł publikowany w piśmie POMIAR nr 1/2008

W trzech poprzednich częściach cyklu przedstawiliśmy podstawowe problemy metrologiczne, czego celem było zwrócenie uwagi użytkownikom systemów pomiarowych na występujące błędy przyrządów czy też metod pomiarowych, na pojęcia niepewności wzorcowania przyrządów, z którymi porównywane są wskazania przyrządów miejscowych oraz zagadnienia związane z pomiarami temperatury i wilgotności w pomieszczeniach. Ostatni rozdział cyklu zgodnie z wcześniejszymi zapowiedziami, poświęcony będzie specjalistycznemu programowi „KALKULATOR WILGOTNOŚCI LAB-EL”. Program ten został opracowany w firmie LAB-EL, w odpowiedzi na potrzeby użytkowników systemów monitoringu parametrów klimatu i mikroklimatu w pomieszczeniach.

Program pozwala na prowadzenie przeliczeń różnych parametrów mikroklimatycznych głównie we wszelkiego rodzaju pomieszczeniach. Obliczenia takie wykonuje się np. w meteorologii, przy projektowaniu klimatyzacji pomieszczeń, w procesach technologicznych w przemyśle oraz w laboratoriach metrologicznych (np. podczas prowadzenia wzorcowania przyrządów pomiarowych). Znajomość określonego zestawu danych wejściowych umożliwia obliczenie pozostałych wielkości. Oprócz obliczeń dokonywanych na żądanie użytkownika, program może obsługiwać dołączone do systemu komputerowego urządzenia pomiarowe (termometr, higrometr punktu rosy, barometr), wtedy obliczenia wykonywane są automatycznie na bieżących wartościach mierzonych.

W oknie programu występują następujące wyliczane wartości:

DP - temperatura punktu rosy,  FP - temperatura punktu szronu,  RH - wilgotność względna odniesiona do stanu nasycenia nad wodą (lub lodem), T - temperatura powietrza, Tw/Ti - temperatura termometru mokrego pokrytego wodą (lub lodem) w psychrometrze, P1 - ciśnienie powietrza panujące w punkcie 1, w którym są określone wprowadzane dane wejściowe, P2 - ciśnienie powietrza panujące w punkcie 2, w którym są obliczane wyniki, PPMV - zawartość objętościowa pary wodnej w suchym powietrzu (ppm, części milionowych), PPMW - zawartość wilgoci, stosunek masy pary wodnej do masy suchego powietrza (ppm, części milionowych), x - zawartość wilgoci, stosunek masy pary wodnej do masy suchego powietrza (g/kg),  I - entalpia I(1+x) mieszaniny powietrza suchego (1) i pary wodnej (x), WVP - ciśnienie pary wodnej znajdującej się w wilgotnym powietrzu, ciśnienie cząstkowe pary wodnej, SWVP - ciśnienie nasyconej pary wodnej zawartej w wilgotnym powietrzu nad wodą (lub lodem).

Program „KALKULATOR WILGOTNOŚCI LAB-EL” oblicza także niepewności wyników, których źródłem  są zarówno niepewności danych wejściowych (wprowadzane przez użytkownika w ramce danych wejściowych), jak i niepewności wzorów wykorzystanych do obliczeń. Niepewność wzorów może nie być brana pod uwagę, jeżeli zostanie zablokowana w ustawieniach. Konfiguracji podlega także rozdzielczość danych wejściowych oraz wyliczonych. Wyniki obliczeń są ważne odpowiednio w kolumnie „Nad wodą” albo „Nad lodem” w zależności od występowania wody albo szronu (lodu) w higrometrze punktu rosy lub psychrometrze.

W zakładce Wilgotność względna należy wprowadzić 2 z 3 danych wejściowych ze zbioru: temperatura punktu rosy/szronu DP/FP, temperatura T i wilgotność względna RH. Należy ponadto podać ciśnienia powietrza P1 i P2. Zastosowanie dwóch ciśnień pozwala na prowadzenie przeliczeń parametrów klimatu w tych przypadkach, w których w układzie pomiarowym istnieją różne ciśnienia: inne w punkcie 1 układu, w którym podano dane wejściowe (przy ciśnieniu P1), a inne w punkcie 2, w którym (przy ciśnieniu P2) należy obliczyć wyniki. W szczególnym przypadku, gdy punkty 1 i 2 pokrywają się, należy wpisać w obu okienkach wartość ciśnienia P = P1 = P2.

W zakładce Zawartość wilgoci możliwe jest wprowadzenie zestawu danych wejściowych, na który składa się jeden parametr ze zbioru: temperatura punktu rosy/szronu DP/FP, zawartości pary wodnej: objętościowa PPMV albo wagowa PPMW, x. Ponadto, zawsze jako dane wejściowe występują tu: temperatura T oraz ciśnienia P1 i P2.

W zakładce Psychrometr możliwe jest obliczanie parametrów klimatu, do których danymi wejściowymi są dwie temperatury: termometru suchego T i mokrego Tw (pokrytego wodą) albo Ti (pokrytego lodem) oraz ciśnienie barometryczne Pb. Można wybrać domyślne stałe psychrometryczne Aw i Ai albo można zaprogramować stałe użytkownika, stosownie do ustawień opcji w oknie ustawień psychrometru. W oknie tym, po wybraniu opcji Regulacja, użytkownik może obliczyć własna stałą psychrometryczną, o ile w danym punkcie pomiarowym wprowadzi temperaturę punku rosy DP/FP, temperatury T i Tw/Ti oraz ciśnienie barometryczne Pb.
W zakładce Ciśnienie możliwe jest dokonanie dowolnych przeliczeń pomiędzy najczęściej używanymi jednostkami ciśnienia, a w szczególności pomiędzy jednostkami SI, a angielskimi.

W zakładce Laboratorium możliwe jest dołączenie przyrządów pomiarowych, z których wyniki pomiarowe będą automatycznie wykorzystywane do obliczeń. Dodatkowo uwzględnienia jest niepewności serii obserwacji  (wynikającej między innymi z fluktuacji parametrów mikroklimatu w kontrolowanym pomieszczeniu). Obliczana jest wówczas średnia arytmetyczna z zebranych obserwacji (wynik pomiaru) oraz odchylenie standardowe eksperymentalne średniej (niepewność pomiaru), a następnie wielkości te są uwzględniane przy obliczaniu wyników i ich niepewności. W celu właściwego zsynchronizowania programu  z przyrządami, należy najpierw poprawnie skonfigurować dołączenie przyrządów do portów szeregowych (COM) komputera (w oknie: Program - Ustawienia  - Porty) oraz wprowadzić ich niepewności wzorcowania (w oknie: Program - Ustawienia  - Laboratorium).
Program „KALKULATOR WILGOTNOŚCI LAB-EL” w wersji „demo” (z pełnymi możliwościami obliczeniowymi, bez możliwości współpracy z urządzeniami pomiarowymi) można pobrać ze strony http://www.label.pl/po/kalkulator.html. Wersja pełna jest udostępniana wraz z kluczem autoryzacyjnym za niewielką jak na możliwości programu opłatą licencyjną.