В чем измеряется гигрометр: Единица измерения гигрометра погоды – Статьи на сайте Четыре глаза

Для определения абсолютной влажности воздуха применяют весовой гигрометр. Он состоит из изогнутых в форме буквы U трубок, соединенных друг с другом и заполненных веществом с хорошей гигроскопичностью, то есть активно впитывающим влагу из воздуха. Через описанную систему трубок продувают фиксированное количество воздуха. Содержавшаяся в нём влага оседает на содержимом трубок, и их масса меняется. Разница между массой системы трубок до и после выполнения измерений позволяет рассчитать, сколько влаги присутствует в данном объеме.

В основе работы механического (керамического) гигрометра — изменение электрического сопротивления массы, содержащей керамические и металлические компоненты. За основу берутся кремний, глина или каолин, к которым добавляются окислы металлов. В результате получается смесь, заметно меняющая сопротивление в ответ на изменение влажности. Гигрометры этого типа часто используются в быту.

Конденсационный гигрометр позволяет получить более точные данные, чем описанные выше механические приборы. Конструкция такого устройства включает в себя охлаждаемую поверхность, на которой конденсируется влага. Встроенный термометр фиксирует температуру, при которой произошла конденсация, а узкий пучок света, направленный на упомянутую поверхность, позволяет точно зафиксировать момент образования конденсата. На основании этих данных электроника рассчитывает относительную влажность и выводит ее на дисплей. Такой принцип действия позволяет свести погрешность к минимуму, выполняя измерения в пределах от 0 до 100%.

В электронных гигрометрах могут использоваться различные принципы действия, в том числе:

• измерение электропроводимости воздуха, которая зависит от содержащейся в нём влаги;
• определение точки росы оптоэлектронным методом;
• измерение электрического сопротивления солей или полимеров, меняющегося в зависимости от влажности;
• отслеживание изменения ёмкости металлоксидного или полимерного конденсатора.

Все эти методы позволяют получить более точные данные, чем при использовании механического гигрометра. Электронный гигрометр дает меньшую погрешность и особенно удобен, если необходима дальнейшая обработка собранных данных.

Психрометрический гигрометр используется для измерения относительной влажности воздуха за счёт сравнения показаний двух термометров, один из которых помещен во влажную среду. Поскольку влажный будет охлаждаться за счёт испарения жидкости, он покажет более низкую температуру, чем контрольный. При этом, чем меньше влаги в воздухе, тем сильнее показания термометров будут отличаться. Относительная влажность определяется по специальной таблице, а на ее основании при необходимости вычисляется абсолютная.

На основе этого принципа функционируют несколько разновидностей психрометров:

• Стационарный представляет собой простую конструкцию, смонтированную в метеорологической будке. На штативе укрепляются два термометра, один из которых контактирует с влажной тканью. Считывание показаний и вычисления производятся вручную.
• Дистанционный конструируется с использованием преобразователей температуры, таких как термисторы или термопары. Например, такой психрометр может состоять из двух манометрических термометров, один из которых увлажняется. Дистанционный психрометр может быть манометрическим или электрическим.
• Аспирационный состоит из двух термометров, смонтированных в защищенном корпусе и обдуваемых вентилятором-аспиратором. Такая конструкция позволяет получить наибольшую точность измерений.

Сфера применения гигрометров

Задачи, требующие контроля влажности, нередко возникают в различных отраслях промышленности. Современные производители выпускают гигрометры, рассчитанные на конкретную специфику применения, а значит, они наилучшим образом приспособлены для эксплуатации в той или иной сфере деятельности.

• Для длительного хранения сельскохозяйственной продукции, например, в овощехранилищах или зернохранилищах, необходимо соблюдать температурно-влажностный режим. Добиться этого можно, постоянно контролируя микроклимат с помощью гигрометра.
• Многие лекарственные препараты требуют особых условий хранения и могут потерять свои свойства, если находятся в условиях избыточной влажности.
• Гигрометр необходим и в библиотеке, поскольку книги, особенно старинные, во влажном микроклимате значительно быстрее приходят в негодность. Материалы, которым уже много лет, могут разрушиться от избытка влаги, а значит, контролировать влажность воздуха нужно, чтобы обеспечить оптимальный режим хранения.
• Необходимость проконтролировать влажность материалов часто возникает на стройке. Например, степень просушки древесины проверяется для определения, можно ли ее использовать как стройматериал, и если да, то каким образом. Также существуют специализированные гигрометры, предназначенные для определения влажности бетона.
• Проверка влажности материалов часто проводится и при производстве мебели, ведь изделие, изготовленное из слишком сырой или пересушенной древесины, произведено с нарушением технологии и, скорее всего, прослужит намного меньше.

Профессиональные гигрометры

Гигрометр позволяет измерить не только влажность атмосферного воздуха, но и долю влаги в газовых средах. Для этого используется профессиональные устройства для анализа температуры и влажности неагрессивных газовых сред. Результат измерений часто выражается в единицах точки росы. Они могут быть переносными или стационарными.

Портативные

Основная сфера применения портативных гигрометров — нефтегазовая и нефтехимическая промышленность. С помощью такого прибора определяют микровлажность газа в баллонах или трубопроводах. Они могут работать в широком температурном диапазоне и выводить влажность в различных единицах измерения. Компактность гигрометра позволяет без проблем проводить измерения в нужных точках.

Видеообзор портативного электронного гигрометра

Стационарные

Стационарные гигрометры позволяют не только проводить измерения, но и контролировать технологические процессы. Конструкция прибора позволяет детектировать даже небольшой процент микровлажности. Система подогрева датчика делает измерения более точными, поскольку предотвращает воздействие на него осушающих агентов, которые могут содержаться в газовой смеси.

Сфера применения профессиональных гигрометров

Портативные и стационарные приборы для измерения влажности применяются, в первую очередь, в нефтегазовой и химической промышленности. Однако сфера их использования этим не ограничивается. Гигрометр может понадобиться всюду, где предполагается работа с неагрессивными газовыми смесями и нужно контролировать их состояние. Благодаря этому оборудование для измерения доли влаги в воздухе находит применение на атомных электростанциях, на производстве микроэлектроники, в энергетике. Также их применяют для контроля за процессом осушки природного газа.

Профессиональные гигрометры используются для решения широкого круга задач, связанных с организацией различных производственных процессов. В частности, они становятся незаменимыми, если нужно:

• обеспечить заданный уровень влажности в помещении, например, для хранения продукции в определенных условиях;
• оценить влажность в производственном помещении для целей охраны труда;
• обеспечить нормальное функционирование электротехнического оборудования различного назначения;
• обеспечить уровень влажности, нужный для реализации конкретного производственного процесса.

Как выбрать гигрометр

Чтобы выбрать подходящий гигрометр, определитесь, как его предстоит использовать. В быту отдают предпочтение недорогим механическим гигрометрам, тогда какна производстве эксплуатируются в основном электронные различных типов, ведь именно они дают наивысшую точность измерений.

Важно определиться, для чего прибор будет использоваться в первую очередь и насколько часто предстоит проводить измерения. Для использования в строительстве может понадобиться специализированный гигрометр для работы с определенной группой материалов, например, древесиной, а в других случаях подходящей окажется стандартная модель. Определите, что именно предстоит измерять, и оцените возможности различных гигрометров, представленных на рынке.

Значимым фактором являются и условия использования. Обратите внимание на то, в каком диапазоне температуры и влажности прибор будет давать корректные показания. В зависимости от особенностей производства может понадобиться гигрометр, функционирующий при крайне высоких или крайне низких температурах. Также следует учитывать погрешность изменений.

Имеет значение и то, как в дальнейшем будут обрабатываться полученные данные. В самом простом случае вам нужно просто однократно провести измерения, чтобы оценить влажность воздуха в помещении или микровлажность газовой смеси. Но стационарные гигрометры позволяют решать и более сложные задачи. С их помощью можно отслеживать изменение параметров, сигнализировать о достижении пороговых значений, а значит, более эффективно контролировать технологический процесс.

Не стоит забывать и об эргономических характеристиках прибора. Крупные цифры на дисплее должны быть контрастными и легко читаемыми. Возможно, вы предпочтете приобрести модель с подсветкой, чтобы без проблем считывать показания при любом уровне освещенности. Эргономика в особенности важна для переносных приборов: их корпус должен быть легким, таким, чтобы его было удобно держать в руке.

Профессиональный гигрометр — инструмент, имеющий широкое применение в различных отраслях промышленности. Он помогает контролировать влажность воздуха, обеспечивая безопасность людей и стабильное функционирование оборудования.

Как работают гигрометры | Измерение влажности

Вы здесь: Домашняя страница > Инструменты, инструменты и измерения > Гигрометры

• Дом
• индекс А-Я
• Случайная статья
• Хронология
• Учебное пособие
• О нас
• Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 6 марта 2023 г.

Если вы когда-нибудь были в засушливой пустыне или в изнуряющей жаре тропического леса, вы наверняка это запомните. Что делает эти экстремальные условия настолько отличаются друг от друга, что их влажность : количество водяного пара в атмосфере. Пустыни, очевидно, содержат мало воды или вообще не содержат ее, а поход по тропическому лесу может чувствовать себя так же, как пройти через душ. Измерение влажности – это важной частью прогнозирования погоды, а также очень полезным для садовники с оранжереями и люди, которые держат сауны. Мы можем сделать это просто и эффективно с хитрыми инструментами под названием гигрометры . Давайте посмотрим, как они работают!

Фото: Традиционный дом погоды в стиле Шварцвальда построен вокруг очень простого гигрометра из скрученных волокон. Женщина (слева) и мужчина (справа) стоят на вращающемся поворотном столе, поддерживаемом скрученным волокном. Когда влажность высокая в сырую погоду, волосы распускаются, и поворотный стол вращается по часовой стрелке, поэтому мужчина выходит со своим зонтиком. Когда становится суше, волосы затягиваются, вертушка крутится в другую сторону, и женщина выходит на солнце! Фотография Dnalor_01 опубликована на Викискладе под лицензией Creative Commons (CC-BY-SA 3. 0).

Содержание

1. Что такое влажность
2. Как мы можем измерить изменения влажности?
3. Гигрометры с витыми волокнами
4. Психрометры
5. Электронные гигрометры
6. Приложения гигрометра
7. Гигрометры на метеостанциях
8. Узнать больше

Что такое влажность?

Фото: Измерять влажность можно смартфоном, но только если в него встроен датчик влажности (или подключенный к нему). Это ретро-приложение влажности для Android представляет собой скриншот из «Гигрометра» Борце Трайковски.

Влажность — это влажность окружающего нас воздуха. Это определенно то, что мы можем чувствовать, но мы не всегда можем это увидеть… так как же мы можем точно измерить это?

Прежде чем мы сможем понять, как что-то измерить, мы должны иметь представление о что мы измеряем и что наши измерения будут означать. Мы измеряем большинство вещей в научных единицах того или иного типа, таких как килограммы, метры или секунды; но влажность немного другая, и мы обычно измеряем его двумя совершенно разными способами.

Одно из возможных измерений называется удельной влажностью , которая представляет собой массу водяного пара, присутствующего в килограмме массы воздуха (включая воду), выраженное в таких единицах, как граммы на килограмм. Есть очень похожее измерение, называемое коэффициентом смешивания , которое представляет собой массу водяного пара в килограмме массы сухого воздуха, также записывается в таких единицах, как граммы на килограмм.

Гораздо более распространенное измерение называется относительной влажностью , т.е. количество водяного пара в воздухе по сравнению с максимальное количество, которое могло бы быть при этой температуре, записывается в процентах (без каких-либо единиц). В действительно влажный и сырой день относительная влажность, вероятно, будет 90–100 процентов; на сухой день, дует сухой ветер, и вероятность дождя практически отсутствует, скорее всего, 60–75 процентов. Когда мы говорим о «влажности» в процентах, мы имеем в виду относительную влажность.

Поскольку для большинства людей конкретная влажность практически не имеет значения, прогнозы погоды обычно указывают относительную влажность, а удобные для пользователя гигрометры откалиброваны (отмечены с измерениями на их циферблатах или дисплеях).

Произведение искусства: На протяжении столетий люди изобретали все более изощренные способы измерения влажности. На этой иллюстрации показан набор термометров и гигрометров из Флоренции 17 века. Работа Лоренцо Магалотти (1637–1712) из ​​его классического Saggi di naturali Esperienze («Очерки естественных экспериментов») любезно предоставлена Библиотека Конгресса США.

Рекламные ссылки

Как можно измерить изменения влажности?

Фото: Сосновая шишка — простой гигрометр. Он плотно закрывается, когда влажный (вверху), и открывается, когда сухой (внизу). Хотя вы можете построить небольшой домашний гигрометр из сосновой шишки, потребуется некоторое время, чтобы отреагировать на изменения влажности.

Многие растения реагируют на изменение влажности. Сосновые шишки раскрывают свои колючки, когда она сухая (чтобы высвободить семена) и плотно закрыть их, когда мокро. Вот почему (как известно большинству детей) можно использовать упавший сосновая шишка, чтобы выяснить, насколько влажно снаружи. Сосновые шишки не самые точные гигрометры, однако не в последнюю очередь потому, что для них требуется довольно много времени открывать и закрывать, но вы все равно можете делать забавные и интересные домашние гигрометры с ними, и они проводят хорошие научные эксперименты (см. ссылки ниже).

Гигрометры из витого волокна

Некоторые устройства для измерения влажности не намного сложнее сосновых шишек. В дом погоды, маленький мужчина и маленькая женщина стоят по двое дверные проемы закрытого деревянного ящика.

Фото: Дом погоды, подобный этому, основан на спрятанном внутри гигрометре из скрученных волокон (оранжевого цвета).

Когда собирается дождь, мужчина выходит из своей двери с зонтиком; когда сухо, человек идет внутри, и вместо этого из двери выскакивает женщина. Внутри погоды дом, две фигуры установлены на поворотном столе и подвешены к кусок туго скрученных волос (или растительного волокна). Когда она сухая, волосы затягиваются и поворачивает проигрыватель в одну сторону. Во влажных условиях волосы ослабевают вместо этого поворотный стол вращается в другую сторону. Так же, как вы можете сделайте домашний гигрометр из сосновой шишки, чтобы вы могли сделать то же самое с прядью собственных волос или услужливого друга! (Опять же, вы найдете несколько ссылок ниже.)

Работа: Типичный гигрометр из скрученных волокон. До того, как электронные гигрометры стали популярными в 20 веке большинство недорогих гигрометров работали так, как этот, запатентованный Луи Ульманом из Нэшвилла, штат Теннесси, в 1859 году. У него есть коробка (открытая для воздуха, чтобы влага могла проникать и выходить) с кусочком скрученного растительного волокна (оранжевого цвета) внутри. Волокно соединено с стрелкой (красной), которая вращается вокруг циферблата, и при изменении влажности волокно либо натягивается, либо ослабляется, перемещая стрелку вверх или вниз по циферблату. Как поясняет Уллман в своем патенте, можно использовать различные растительные волокна, в том числе из Герань эродиум. Изображение из патента США № 25,457: Гигрометр предоставлен Управлением по патентам и товарным знакам США.

Психрометры

Сосновые шишки и погодные домики дают довольно расплывчатое указание на влажность в лучшем случае. Как мы можем представить некоторые цифры относительно влажности и измерять точнее? Одним из способов является использование инструмента, называемого психрометр (также известный как термометр с влажным и сухим термометром). Он использует пару термометров, стоящих рядом. У одного есть лампочка открытые для воздуха; у другого есть лампочка, покрытая мокрой тканью. вода на ткани вызывает испарение и потерю тепла от лампочки, делает его показания ниже, чем на сухом термометре. количество испарения (и понижение температуры) зависит от того, сколько водяного пара уже находится в атмосфере. Измерение разница температур между двумя термометрами позволяет измерить относительную влажность.

Изображение: Типичный психрометр (влажно-сухой термометр) имеет два термометра. бок о бок. Один из них (слева) представляет собой сухой термометр и просто измеряет температуру окружающего воздуха. как любой обычный термометр. Другой термометр (справа) — это смоченный термометр: его колба погружена в бутылку или резервуар. жидкости (зеленый) у основания. Вы измеряете влажность, сравнивая показания двух термометров. Используя скользящего указателя (синий), вы можете прочитать влажность на вращающейся диаграмме (желтый) в центре, который по сути, это справочная таблица, которая преобразует разницу температур в измерения влажности. Эта конкретная версия влажно-сухого гигрометра была изобретена в 1930-х годов Джона Леонарда Шварца из Филадельфии, а рисунок взят из его патента США № 1 933 283: гигрометр, любезно предоставленного Управлением по патентам и товарным знакам США.

Электронные гигрометры

Фото: Электронный гигрометр Холмса имеет хорошо читаемый циферблат. Доступно множество других брендов, включая Honeywell и GE Panametrics. Фото предоставлено Беном Уинслоу, опубликовано на Flickr в 2008 г. по лицензии Creative Commons.

В век, когда практически все для нас измеряется, мгновенно и в электронном виде последнее, что многие из нас хотят делать, это играть на скрипке о с термометрами и мокрыми тряпками. Тогда слава небесам за электронные гигрометры. Как правило, они измеряют емкость или сопротивления пробы воздуха и исходя из этого рассчитайте влажность. В емкостном гигрометре есть две металлические пластины, внутри которых находится воздух. между ними. Чем больше воды в воздухе, тем больше она влияет емкость пластин (способность накапливать статический электрический заряд). Измеряя, сколько заряда может быть сохранено, можно измерить влажность быстро и точно. В резистивном датчике электричество проходит через кусок керамического материала, находящегося под воздух. Чем выше влажность, тем больше водяного пара конденсируется внутри керамики, изменяя свое сопротивление. Измерение силы тока течет через керамику, дает точное измерение влажность.

Фото Керамическая чувствительная мембрана электронного гигрометра. Фото предоставлено Исследовательским центром НАСА в Лэнгли (NASA-LaRC) и Интернет-архив.

Приложения гигрометра

В наши дни вы даже можете получить приложения гигрометра для мобильных телефонов; вам понадобиться смартфон со встроенным датчиком влажности или автономный датчик, к которому вы можете подключиться с помощью USB-кабеля или Bluetooth (беспроводного) соединения, чтобы заставить их работать. Несколько приложений гигрометра также работают более косвенно, определяя ваше местоположение (из «служб определения местоположения» или спутникового GPS-приемника телефона) и отправляя запрос на сервер локальной метеостанции, который отправляет обратно измерение влажности для отображения на вашем телефоне. Теперь это грубое измерение влажности по погоде. станции, которая может находиться за много километров или миль от вашего дома. Это даст вам приблизительное представление общей влажности (если это сухой или дождливый день), но не точной местной влажности прямо там, где вы находитесь.

Гигрометры на метеостанциях

Фото: Основные части переносной военной метеостанции. Этот может отправлять свои показания автоматически с помощью передатчика на солнечной энергии. Фото Maynelinne De La Cruz предоставлено ВВС США.

Типичная электронная метеостанция содержит термометр (измеряет температуру), барометр (измеряет максимальное и минимальное давление воздуха), датчик осадков (дождей), анемометр, и наш старый друг, гигрометр!

Современные электронные метеостанции обычно имеют ЖК-дисплей, который автоматически показывает все измерения и мгновенно обновляет их, избавляя от необходимости читать инструменты один за другим. Используя измерений микрочип внутри тоже вычислит и отобразит что-то под названием тенденция (приблизительный прогноз погоды на следующий день, суммируется простой картинкой, такой как солнце (хороший день), отчасти затененное солнце (пасмурный день) или дождевая туча (влажный день). Электронные станции также обычно имеют память, поэтому они могут записывать сотни отдельных измерения, охватывающие последние несколько месяцев. Некоторые станции могут быть подключен к компьютеру с помощью USB-кабеля, чтобы вы могли загружать свои данные и рисовать правильную погоду и климатические карты.

Фото: Эта традиционная метеостанция оснащена гигрометром и другим оборудованием для прогнозирования погоды. Белая коробка с жалюзи, называемая экраном Стивенсона, защищает инструменты от прямого солнечного тепла, но позволяет воздуху циркулировать внутри, что обеспечивает более надежные измерения.

Изобретение собственной метеостанции

Достаточно легко собрать вместе несколько основных приборов для измерения погоды — термометр, гигрометр, осадкомер и т. д. — чтобы делать свои собственные местные записи и прогнозы, но как насчет этого? автоматически? Есть ли альтернатива покупке готовой электронной метеостанции? Конечно! Благодаря широкой доступности электронных микроконтроллеров, таких как Ардуино (и Raspberry Pi настроен на работу аналогичным образом) это относительно легко превратить ваш компьютер в самодельную метеостанцию, которая может получать данные с электронных датчиков и составлять прогнозы погоды и климатические карты. Я добавил несколько ссылок на Arduino-типа проекты метеостанций в нижней части дальнейшего чтения ниже.

Теперь построить собственную метеостанцию ​​— это круто и современно, но как насчет того, чтобы пытались сделать это полвека назад, до того, как компьютеры и микроэлектроника произвели революцию в мире. Невозможный? Не тут-то было! Пролистайте зарегистрированные патенты в US Patent and Trademark. Office, и вы обнаружите, что многие люди пытались создать механические, электрические и электронные приборы, которые могут автоматически записывать данные с метеостанций.

В 19В 42 года Гарри Даймонд и Уилбур Хинман-младший из Национального бюро стандартов США (NBS) построили замечательное автоматическое оборудование для записи погоды, которое вы можете увидеть здесь. Используя хитрую смесь механических устройства (рычаги, шестерни и часовой механизм), простые электрические схемы и радиопередатчик, он собирал данные о давлении, температуре, влажности, направлении ветра, скорости ветра и осадках и автоматически передавал их в приемный пункт с помощью кодированных радиосигналов. Ешь свое сердце, Ардуино!

Работа: Как работала автоматическая метеостанция Даймонда и Хинмана. Изображение из патента США 2 287 786: Автоматическая метеостанция Гарри Даймонда и Уилбура Хинмана-младшего, правопреемников правительства США, запатентовано 30 июня 1942 года. Изображение предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США (с незначительным редактированием и окраской оригинала). для улучшения четкости).

Во-первых, они разработали общий механизм (1, зеленый), который мог преобразовывать движения, вызванные различными видами механических датчиков, в движения переменного резистора, другими словами, превращать механические движения в измеримые электрические токи. Затем они изготовили простые механические датчики погоды, которые по-разному приводили в действие этот механизм. Здесь показаны три из них. 2 — барометр-анероид, в котором расширяющаяся и сжимающаяся ячейка-анероид перемещает рычаг вверх и вниз при изменении давления; 3 — датчик влажности, который измеряет влажность по натяжению тех проводов, которые предположительно натягиваются или ослабевают в зависимости от того, насколько влажный или сухой воздух; 4 — дождемер, в котором ведро движется вниз и вращает колеса по мере заполнения дождем. Наконец, они разработали способ преобразования измерений сопротивления в коды, которые можно было бы передавать с помощью радиосигналов. Подробнее об этом читайте в патенте США 2 287 786: Автоматическая метеостанция Гарри Даймонда и Уилбура Хинмана-младшего, правопреемников правительства США, запатентованного 30 июня 19 года.42. Изображение предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США с незначительным редактированием и раскрашиванием оригинала для повышения четкости.

Узнайте больше

На этом сайте

• Осушители
• Твердые вещества, жидкости и газы
• Вода

Книги – для читателей постарше

• Метеорология сегодня: введение в погоду, климат и окружающую среду К. Дональд Аренс, Роберт Хенсон. Cengage, 2021. Содержательный, четко написанный учебник.
• Haynes Meteorology Manual: Практическое руководство по погоде от Storm Dunlop. Haynes, 2014. Удобочитаемое введение, изложенное в доступном стиле Haynes.
• Погода для чайников, Джон Д. Кокс. John Wiley & Sons, 2011. Простое руководство, написанное в строгом формате манекенов, включая облака, штормы, местную и глобальную погоду, а также необычную погоду, такую ​​как ураганы.
• Грубый путеводитель по погоде Роберта Хенсона. Penguin/Rough Guides, 2007. Очень четко написанное, хорошо иллюстрированное руководство. Все, что вам нужно знать, объясняется просто!
• Погода имеет значение Бернар Мерген. University Press of Kansas, 2008. Почему мы так заботимся о погоде? Как это повлияло на нашу историю?

Книги – для младших читателей

• Everything Weather Кэти Фурганг. National Geographic Kids, 2018: увлекательный, красочный 64-страничный обзор с фотографиями и заданиями (для детей от 8 до 10 лет)
• Очевидец: Погода Брайана Косгроува. Dorling Kindersley Children’s, 2016: простое иллюстрированное введение на 72 страницах. (Возраст 9–12.)
• Погода от Майкла Аллаби. Dorling Kindersley Children’s, 2001: ясное и простое введение в работу нашей погоды. (Возраст 9–12 лет.)
• Справочник по погоде для учителей Тома Конвикки. Libraries Unlimited, 1999. В нем содержится несколько хороших и простых занятий по погоде для детей, в том числе сведения о том, как построить несколько различных типов гигрометров (в главе 6).

Веб-сайты

Общие сайты

• Национальная служба погоды NOAA: официальный справочник по погоде и климату США.
• Метеобюро: Обучение: официальная метеорологическая служба Великобритании.
• The Weather Doctor: большая коллекция статей о погоде от покойного (доктор) Кейта С. Хейдорна.

Как сделать гигрометр

• Счастливый ученый: погода из сосновой шишки: Роберт Крампф объясняет, как сделать гигрометр в виде сосновой шишки немного более точной формы, прикрепив к конусу штифт, который будет усиливать его движения и служить указателем по шкале.
• Сделать гигрометр из прядей волос: подробные инструкции с замечательного сайта Science Buddies.

Сборка собственной метеостанции на базе Arduino

• Практический Arduino: приемник метеостанции: от авторов книги «Практический Arduino» — простой проект для мониторинга данных с метеостанции.
• Погодная станция/термостат Arduino от sspence, Instructables. Монитор погоды Arduino на солнечных батареях и контроллер кондиционирования воздуха.
• Установка USB-метеостанции на Raspberry Pi от Peter Mount. Для поклонников Пи есть альтернативный проект.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2009, 2018. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подписывайтесь на нас

Оцените эту страницу

Пожалуйста, оцените эту страницу или оставьте отзыв, и я сделаю пожертвование WaterAid.

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2009/2018) Гигрометры. Получено с https://www.explainthatstuff.com/hygrometers.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Подробнее на нашем веб-сайте…

• Средства связи
• Компьютеры
• Электричество и электроника
• Энергия
• Машиностроение
• Окружающая среда


• Гаджеты
• Домашняя жизнь
• Материалы
• Наука
• Инструменты и приборы
• Транспорт

↑ Вернуться к началу

Hairy Science: измерение влажности с помощью волосяного гигрометра

• Share на Facebook

• Поделитесь в Twitter

• Share на Reddit

• Share на LinkedIn

• Поделитесь по электронной почте

Ключевые понятия
Погода
Влажность
Биология
Химия

Введение
Волосы сходят с ума во время «апрельских ливней», когда становится сыро? Если да, то задумывались ли вы, почему это так? Пряди волос могут расслабляться и удлиняться при повышении влажности, а затем снова сокращаться при понижении влажности. На самом деле скорость изменения длины прядей волос настолько надежна, что их можно использовать в качестве основы для гигрометра — устройства, измеряющего уровень влажности воздуха.

Фон
Чтобы понять, как работает гигрометр, сделанный из прядей волос, важно понять структуру стержня человеческого волоса. (Стержень — это часть волоса, которая выступает над поверхностью кожи, тогда как волосяной фолликул — это часть, которая находится ниже поверхности кожи.) В стержнях человеческих волос несколько внешних слоев уплощенных клеток кутикулы окружают слой клетки коры (составляющие кору), которая окружает центральное ядро ​​клеток, называемое мозговым веществом. Сплющенные клетки кутикулы относительно прочны и при увеличении выглядят как чешуйки, а также покрыты специальными молекулами (так называемыми липидами), которые отталкивают воду, помогая защитить прядь волоса. Кортикальные клетки волокнистые и содержат гранулы пигмента различной темноты, которые придают прядям волос их естественный цвет.

Преобладающие белки в волосах относятся к группе, называемой кератинами, из того же семейства белков, которые формируют ваши ногти. Химические связи, связывающие молекулы кератина, придают прядям волос силу и гибкость, а также их предсказуемую реакцию на влажность.

Материалы
•    Спирт для протирания (70% изопропиловый спирт)
•    Мерные ложки
•    Маленькая миска
•    Три длинные пряди человеческих волос (длиной около 20 сантиметров)
•    Ватные палочки
•    Рулетка или линейка
•    Тонкий, плоский кусок пластика, который можно легко разрезать (около 8,0 см в длину и 8,0 см в ширину), например, из крышки одноразового контейнера для гастрономов
. •    Ножницы (достаточно прочные, чтобы разрезать пластиковую деталь)
•    Дайм
•    Лента
•    Два маленьких гвоздя
•    Клей
•    Лом дерева или плоского пенополистирола (около 25 см в длину и 10 см в ширину)
•   Молот
•    Карандаш или ручка
•    Фен
•    Пластиковая коробка, которая может быть запечатана и достаточно велика, чтобы поместить в нее деревянную или пенопластовую деталь
•    Влажная губка или маленькое полотенце (бумага или ткань)

Подготовка
•    Приготовьте раствор из 25-процентного медицинского спирта и 75-процентной воды, смешав одну столовую ложку воды с одной чайной ложкой медицинского спирта в небольшой миске.
• Смочите ватный тампон разбавленным раствором медицинского спирта и протрите каждую прядь волос. Это удалит остатки масла и позволит воде легче проникнуть в пряди волос. Отложите пряди волос в сторону, где вы их не потеряете.
•    Вырежьте из куска пластика форму треугольной стрелки, а именно равнобедренный треугольник со стороной 7,0 см с двух сторон и 3,0 см с третьей стороны.
•    Расположите пластиковую указку, которую вы сделали, так, чтобы она указывала вправо, затем прикрепите монетку к указке, отцентровав 4,5 см от короткой (левой) стороны указки. (Некоторые монеты будут торчать немного выше и немного ниже двух других сторон указателя.)
•    На расстоянии примерно 0,5 см от левой стороны указателя проткните его одним из гвоздей. Будьте осторожны при использовании молотка на гвоздях. Обязательно используйте молоток только на поверхности, которая может безопасно выдержать силу и устойчива к повреждениям.
•   Покачивайте гвоздь до тех пор, пока указатель не будет свободно перемещаться вокруг гвоздя. Удалите гвоздь на данный момент.
•    Примерно в 1,0–1,5 см справа от отверстия для гвоздя приклейте пряди волос к указке. Перед началом процедуры убедитесь, что клей высох.

Процедура
•    Расположите указатель на деревянной или пенопластовой основе примерно на три четверти пути вниз (около 19 см вниз) так, чтобы левая сторона указки находилась примерно в 1,0 см от левой стороны основания. Забейте гвоздь через отверстие указки и надежно вставьте его в основание. Убедитесь, что указатель все еще может легко поворачиваться.
•    Примерно в 2,5 см от верха основания, на линии, где волосы были приклеены к указке, вбейте другой гвоздь в основание.
•    Осторожно натяните пряди волос, чтобы указатель продолжал указывать вправо, делая его параллельным земле (и перпендикулярным волосам). Пряди должны быть идеально вертикальными, а указатель должен указывать строго горизонтально.
•    Приклейте свободные концы прядей волос к верхнему гвоздю. Как вы думаете, что произойдет, если вы будете использовать гораздо более короткие пряди волос? Как это повлияет на ваши показания влажности? Возможно, вам придется держать пряди натянутыми, пока клей не начнет схватываться, чтобы они сохраняли свое положение. Если волосы слишком длинные, подстригите кончики. Прежде чем переходить к следующему шагу, убедитесь, что клей высох.
•    Затем вам нужно откалибровать ареометр для двух крайних значений влажности на вашей шкале: 0 и 100 процентов. Для 0-процентной влажности аккуратно высушите волосы феном до тех пор, пока пряди не перестанут уменьшаться в длине (указатель больше не двигается). Сделайте это местоположение 0 процентов.
•    Чтобы измерить 100-процентную влажность, поместите гигрометр в пластиковую коробку с влажной губкой или небольшим полотенцем. Подождите не менее 10 минут. Слегка отметьте положение указателя, снова запечатайте коробку и подождите еще 10 минут. Продолжайте делать это до тех пор, пока положение указателя не перестанет меняться. Отметьте конечное положение указателя как 100 процентов.
•    Для промежуточных значений вы можете просто разделить пространство между 0 процентами и 100 процентами на пять равных приращений и отметить места для 20 процентов, 40 процентов, 60 процентов и 80 процентов, а затем (если есть место) разделить каждое из них на два, чтобы отметить места для 10 процентов, 30 процентов, 50 процентов, 70 процентов и 90 процентов. Ваш гигрометр для волос на самом деле может быть не таким точным, но он может дать вам приблизительное представление об изменениях влажности.
•    Используйте гигрометр для измерения различных уровней влажности в вашем доме. Насколько влажно, по показаниям гигрометра, помещение в вашем доме? Как это соотносится с влажностью в ванной после душа? Насколько влажно снаружи, по показаниям гигрометра, и как оно меняется в зависимости от погоды?
•     Дополнительно: Откалибруйте волосяной гигрометр, сравнив его с другим прибором, например, психрометром или электрическим гигрометром. Насколько похожи показания вашего волосяного гигрометра и этих точных приборов? Если они отличаются, как вы думаете, почему?
•     Дополнительно: Разместите гигрометр на открытом воздухе в месте, защищенном от дождя. Контролируйте его регулярно в течение дня в течение нескольких дней. Насколько изменяется влажность в течение «нормального» дня? Как ливневая система, перемещающаяся по вашему району, влияет на влажность?

Наблюдения и результаты
Ваш гигрометр показал, что в ванной комнате после душа более влажно, чем в обычной комнате вашего дома? Когда он использовался на улице, давал ли гигрометр более высокие показания, когда было более влажно, например, когда шел дождь, по сравнению с тем, когда было сухо?

В ванной после душа, если помещение небольшое и дверь все время была закрыта, влажность может достигать около 100 процентов. При правильной калибровке гигрометр должен показывать примерно 100 процентов. В других комнатах влажность, вероятно, будет намного ниже, в зависимости от того, насколько влажно там, где вы живете, и других факторов (например, работает ли увлажнитель воздуха или аквариум). Если вы сравнили показания вашего гигрометра с другим прибором, измеряющим влажность, таким как психрометр или электрический гигрометр, вы можете обнаружить, что ваш гигрометр имеет погрешность на 20-30 процентов, но вы можете откалибровать его с помощью этих устройств, чтобы повысить его точность. .

Как упоминалось ранее, пряди волос состоят из белковых молекул, называемых кератинами. Белковые молекулы построены из аминокислот. В пряди волоса молекулы кератина в основном удерживаются вместе двумя силами: химическими поперечными связями между цистеинами (разновидностью аминокислот) и более слабыми водородными связями. Кератины в волосах имеют много таких связей, что делает пряди сильными и гибкими. Водородные связи могут быть разрушены водяным паром в воздухе, при этом каждый кератин связывается с водой в воздухе, а не друг с другом.