Instrumen yang banyak digunakan untuk mengukur kelembapan udara (dan gas lainnya) adalah higrometer kondensasi. Prinsip operasinya adalah mengukur suhu, yang disebut titik embun, di mana kondensasi uap air dari udara dimulai.
Apa itu kelembaban udara
Higrometer mengukur kadar air udara, yang dapat direpresentasikan sebagai nilai absolut atau relatif. Yang pertama hanya memberikan massa uap air dalam 1 meter kubik. m udara pada suhu tertentu. Tetapi yang kedua menunjukkan seberapa dekat uap air di udara dengan keadaan jenuh, yaitu keseimbangan dinamis dengan fase cairnya - ketika tidak ada penguapan atau pengembunan. Ini sama dengan rasio kelembaban absolut yang diukur dari udara dengan kelembaban absolutnya dalam keadaan jenuh. Ketika uap air di udara jenuh (sekali lagi, pada suhu tertentu), kelembaban relatif udara itu adalah 100%. Di udara dengan uap air tak jenuh, karenanya, lebih sedikit.
Cara kerja higrometer kondensasi
Prinsip pengoperasian perangkat apa pun untuk menentukan kelembaban udara, sebagai suatu peraturan, adalah untuk mengukur beberapa kuantitas lain, seperti suhu, tekanan, massa, atau perubahan mekanis dan listrik dalam zat yang menyerap kelembaban. Dengan kalibrasi dan perhitungan yang tepat, nilai terukur ini dapat mengarah pada penentuan kelembaban absolut atau relatif. Peran yang sangat penting dalam proses ini dimainkan oleh suhu di mana saturasi uap terjadi, yang disebut titik embun. Sebagai aturan, perangkat elektronik modern untuk menentukan kelembaban udara mengukur suhu ini atau perubahan kapasitansi atau hambatan listrik dari berbagai zat penyerap, yang kemudian diubah (secara otomatis) menjadi indikator kelembaban.
Perangkat higrometer kondensasi
Karyanya didasarkan pada pengukuran uap air di udara dengan metode titik embun. Metode ini melibatkan pendinginan permukaan, biasanya cermin logam, ke suhu di mana air di permukaan cermin berada dalam kesetimbangan dengan tekanan uap air dalam gas sampel di atas permukaan. Pada suhu ini, massa air di permukaan cermin tidak bertambah (jika permukaan terlalu dingin) atau berkurang (jika permukaan terlalu hangat), yaitu uap di atas cermin berada dalam kesetimbangan dinamis dengan kondensat air pada cermin (uap jenuh).
Cermin ini terbuat dari bahan dengan konduktivitas termal yang baik (seperti perak atau tembaga) dandilapisi dengan logam inert seperti iridium, rubidium, nikel atau emas untuk mencegah noda dan oksidasi. Cermin didinginkan oleh pendingin termoelektrik (efek Peltier) hingga terbentuknya kondensat. Seberkas cahaya, biasanya dari dioda pemancar cahaya broadband solid-state, diarahkan ke permukaan cermin, dan fotodetektor memantau cahaya yang dipantulkan, alirannya maksimum ketika tidak ada kondensasi pada cermin.
Metode pengoperasian higrometer cermin anak
Ketika embun terbentuk di permukaan cermin, cahaya yang dipantulkan dihamburkan. Dalam hal ini, fluksnya yang memasuki fotodetektor berkurang, yang mengarah pada perubahan sinyal keluaran yang terakhir. Ini, pada gilirannya, dikendalikan oleh sistem kontrol pendingin termoelektrik analog atau digital yang mempertahankan suhu cermin yang stabil pada titik embun. Dengan sistem yang dirancang dengan baik, cermin dipertahankan pada suhu di mana laju kondensasi persis sama dengan laju penguapan lapisan embun. Termometer resistensi platinum miniatur (PRT) yang akurat yang dipasang di cermin mengukur suhunya pada titik itu, yang secara otomatis diubah menjadi pembacaan kelembaban.
Higrometer untuk mengukur kelembaban udara dari desain yang dipertimbangkan juga mencakup pompa vakum untuk memompa di bagian gas yang dianalisis, dan elemen filtrasi tambahan dalam kondisi kotor.
Keuntungan dari higrometer yang dipertimbangkan
Instrumen semacam itu, berdasarkan prinsip operasi sederhana, dengan rentang pengukuran yang luas, akurasi tinggi, dan pembacaan yang stabil, banyak digunakan dalam industri dan penelitian ilmiah. Higrometer titik embun yang khas, tidak seperti banyak sensor kelembaban lainnya, dapat dibuat sangat stabil, hampir tahan aus, meminimalkan kebutuhan untuk kalibrasi ulang. Higrometer kelembaban titik embun mampu mengukur titik embun pada kisaran suhu dari 100 °C hingga minimum -70 °C. Dalam hal ini, akurasi pengukuran adalah sepersepuluh derajat.
Banyak higrometer dari desain yang dipertimbangkan dilengkapi dengan kontrol mikroprosesor dan, dalam kombinasi dengan sensor suhu resistif, dapat menghitung dan menampilkan pada indikator eksternal parameter kelembaban yang diinginkan selain atau sebagai ganti titik embun. Selain itu, perangkat ini memungkinkan transfer hasil menggunakan teknologi nirkabel. Secara alami, perangkat tersebut banyak digunakan sebagai bagian dari berbagai sistem industri untuk pengumpulan data otomatis dan kontrol proses teknis yang relevan.
Berapa harga higrometer seperti ini? Harganya, tentu saja, ditentukan terutama oleh serangkaian fungsi yang diterapkan, tergantung pada ketersediaan dan kompleksitas sistem kontrol elektronik perangkat. Jadi, higrometer kondensasi stasioner yang terlihat seperti osiloskop digital berharga setidaknya $4.000. Khususnya model "canggih" dapat berharga lebih dari $10.000. Di pasarAnda juga dapat menemukan higrometer portabel yang berfungsi penuh. Harganya mulai dari 1 hingga 2 ribu rupiah.
Kekurangan higrometer kondensasi
Sementara sistem higrometer yang dipertimbangkan dianggap paling efisien dalam proses pengukuran, kerugiannya adalah kontaminasi yang tak terhindarkan dari bagian-bagian jalur pengukuran selama operasi.
Higrometer yang dilengkapi dengan cermin dingin cenderung meningkatkan ketidakakuratan pengukuran karena adanya kontaminan larut dan tidak larut yang mengendap di cermin. Partikel yang tidak larut mempengaruhi karakteristik optik cermin. Debu sedang atau munculnya partikel yang tidak larut pada cermin memberikan pusat konsentrasi di mana embun atau embun beku dapat terbentuk, sehingga meningkatkan waktu respons perangkat. Kotoran terlarut mempengaruhi jumlah tekanan uap dari uap air terkondensasi di cermin, yang menggeser titik embun. Higrometer pengukur modern (setidaknya modelnya yang lebih canggih) menyertakan fitur "uji mandiri" yang memungkinkan perangkat mendeteksi dan merespons kontaminasi dengan melakukan penyesuaian yang sesuai pada algoritme penghitungan kelembapan.
Terlepas dari kemampuan ini, hampir semua higrometer yang bersangkutan perlu diperiksa dan dibersihkan secara berkala.
Pemeliharaan Higrometer Cermin Dingin
Apa yang direkomendasikan oleh buku petunjuk kepada pengguna perangkat dalam pengertian ini. Higrometer yang peka terhadap kotoran harusdibersihkan secara berkala untuk menjamin kestabilan hasil pengukuran, meskipun hal ini dapat meningkatkan biaya perawatannya. Pemeriksaan cermin instrumen biasanya dilakukan dengan menggunakan mikroskop built-in, dan pemeliharaannya dilakukan secara manual setelah kompartemen pengukuran dibuka.
Jika pembersihan permukaan cermin dilakukan pada frekuensi yang diperlukan dalam instruksi untuk pengoperasiannya, maka dengan cara ini akurasi pengukuran dapat dipertahankan. Akses mudah ke permukaan cermin untuk pembersihan biasanya disediakan oleh engsel antara komponen optik dan cermin. Anda sekarang dapat menemukan higrometer kondensasi yang dibutuhkan konsumen di pasar. Foto di bawah ini menunjukkan contoh eksekusinya.
Penggunaan higrometer dalam metrologi
Higrometer cermin dingin yang dirancang dan dipelihara dengan baik memberikan pengukuran kelembaban dengan akurasi yang lebih besar daripada pengukur kelembaban populer lainnya. Akurasi pengukuran yang melekat, terutama ketika dilengkapi dengan termometer resistensi platinum untuk pengukuran suhu, cermin dan mikroskop daya menengah untuk pemantauan cermin, membuatnya ideal untuk pengukuran metrologi. Kemungkinan transmisi informasi melalui saluran komunikasi digital nirkabel membuka kemungkinan luas untuk menggunakan higrometer tersebut dalam sistem global untuk mengumpulkan dan memproses informasi meteorologi.
Gunakan di laboratorium pabrik dan lingkungan yang terkontaminasi
Pengukur kelembaban udara ini ideal untuk mengukur nilai absolutnya di laboratorium iklim pabrik. Mereka sering digunakan sebagai referensi untuk mengontrol akurasi instrumen lain, seperti sensor kelembaban relatif yang digunakan untuk mengontrol ruang uji lingkungan.
Stabilitas bahan yang digunakan dalam pembuatan higrometer ini, serta kemampuan untuk membersihkannya berulang kali, menjadikan instrumen ini cocok untuk masa pakai yang sangat lama di lingkungan dengan sebagian besar kontaminan tanpa kehilangan kalibrasi. Stabilitas kinerja ini membuatnya cocok untuk digunakan dalam aliran gas di mana tingkat kontaminan yang tinggi dalam sampel gas sangat merugikan jenis sensor kelembaban yang kurang stabil. Misalnya, jenis higrometer ini banyak digunakan untuk mengontrol titik embun selama pengerasan panas permukaan produk logam di lingkungan udara dengan kotoran khusus. Dalam kasus seperti itu, menyediakan akses mudah ke cermin untuk dibersihkan sangat diinginkan.
Produksi yang sensitif terhadap kelembapan
Proses pengemasan khusus yang diperlukan dalam produksi obat-obatan, film, pelapis, dan produk lainnya sering dipantau oleh higrometer cermin dingin. Sekali lagi, pilihan mereka dalam hal ini dipengaruhi oleh stabilitas akurasi pengukuran dan masa pakai yang lama. Selain itu, karena proses ini cenderung kurang sensitif terhadapbiaya instrumen, mahalnya higrometer ini bukan merupakan faktor penentu dalam memilih skema pemantauan kelembaban.
Gas bersuhu tinggi dan titik embunnya
Higrometer jenis ini sering dipilih untuk mengukur suhu titik embun di atas suhu lingkungan. Instrumen cermin dingin digunakan pada awal 1966 untuk memantau sel bahan bakar hidrogen roket Apollo yang beroperasi pada 250 ° C dan 700 psi. Dengan teknologi pendinginan cermin termoelektrik saat ini, titik embun hingga 100 °C (dan lebih tinggi, dengan asumsi tekanan di atas tekanan atmosfer) mudah diukur. Dalam kasus seperti itu, semua permukaan ruang pengukur higrometer yang bersentuhan dengan sampel gas harus memiliki suhu di atas titik embun tertinggi yang diharapkan, jika tidak, kondensasi akan terjadi pada permukaan ini dan pengukuran akan salah.
Dalam higrometer yang dirancang untuk mengukur titik embun gas suhu tinggi, merupakan praktik umum untuk menggunakan pemanas listrik yang dikontrol secara termostatik untuk menjaga dinding ruang pengukuran di atas titik embun tertinggi yang diharapkan. Komponen optik solid-state seperti LED dan detektor dipertahankan pada suhu operasi nominalnya (biasanya 85 °C) untuk mencegah degradasi dan kerusakan pada higrometer. Hal ini dapat dicapai dengan mengisolasi komponen-komponen ini secara termal dari ruang pengukuran yang dipanaskan.
