Posts Tagged ‘датчик’

ventus001

У меня имеется цифровая метеостанция с беспроводным датчиком, расположенным вне помещения. На фотографии: в верхнем правом квадранте отображается температура и относительная влажность вне помещения (6,2°C/94%) и в помещении (21,6°C/55%).

Я считаю, что эта разница (в помещении и вне) очень важна для определенных целей. Давайте посмотрим на цифры. Когда я смотрю на показания, то всегда задаюсь вопросом о том, различается ли количество водяного пара в воздухе внутри и вне помещения? Простой вопрос, а ответ потребует некоторых рассуждений. За основание возьмем уравнение идеального газа; для вычисления абсолютной влажности по температуре и относительной влажности необходим еще специальный алгоритм расчета давления насыщенного пара как функции от температуры. А это не очень простая вещь.

Формула для вычисления абсолютной влажности

В формуле ниже, температура (Т) измерена в градусах Цельсия, относительная влажность (rh) — в %, а е — это основание натурального логарифма 2,71828 [возведенное в степень, указанную в скобках]:

Абсолютная влажность (г/м3) =
6,112 x e^[(17,67 x T)/(T+243,5)] x rh x 18,02
(273,15+T) x 100 x 0,08314

что упрощается до

Абсолютная влажность (г/м3) =
6,112 x e^[(17,67 x T)/(T+243,5)] x rh x 2,1674
(273,15+T)

Точность этой формулы в пределах 0,1% на диапазоне температур от –30°C до +35°C

– – – –

формат gif

ah3a

формат jpg

ah1a

– – – –

Дополнительные примечания для студентов

Стратегия вычисления абсолютной влажности, определяемой как плотность водяного пара (г/м3) по температуре (Т) и относительной влажности (rh):

1. Водяной пар — это газ, поведение которого при обычной температуре атмосферы приближено к поведению идеального газа.

2. Применимо уравнение идеального газа PV = nRT. Газовая постоянная R и переменные T и V в этом случае известны (Т измерена, V = 1 m3). Для вычисления n необходимо рассчитать Р.

3. Чтобы получить значение Р можно применить следующий вариант формулы [см. eq.10] Магнуса-Тетенса, которая дает давление насыщенного пара Psat (гектопаскали) как функцию от температуры Т (в градусах Цельсия):

Psat = 6,112 x e^[(17,67 x T)/(T+243,5)]

4. Psat — это давление при относительной влажности 100%. Для вычисления давления P при любом значении относительной влажности, выраженном в %, мы умножаем выражение для Psat на коэффициент (rh/100):

P = 6,112 x e^[(17,67 x T)/(T+243,5)] x (rh/100)

5. Теперь мы знаем P, V, R, T и можем вычислить n, а это и есть количество водяного пара в молях. Значение затем умножается на 18,02 — это молекулярный вес воды. Ответ получается в граммах.

6. Обобщение:
Формула абсолютной влажности получена из уравнения идеального газа. Она выражает n всего через две переменные: температуру (Т) и относительную влажность (rh). Давление вычисляется как функция от обеих этих переменных; объем указан (1 m3), а газовая постоянная R известна.

– – – –

ОБНОВЛЕНИЯ

– – – –

Комментарий автора: Производителям метеостанции следует рассмотреть возможность использования дисплея с переключением RH/AH

ventus2

Январь 2017: Понятие относительной влажности (RH) хорошо знакомо тем, кто имеет образование в науках об атмосфере, а вот обычный человек у которого тоже может быть термометр-гигрометр с секциями вне/внутри помещений при работе с RH легко может ошибиться.

Рассмотрим данные на рисунке. Я не удивлюсь, если кто-то решит, что вне помещения в воздухе пара больше, поскольку внешняя RH (58%) в два с половиной раза больше, чем внутренняя RH (21%).

Данные коварны. Подставьте числа в мою формулу, которая вычисляет абсолютную влажность (AH) как плотность водяного пара г/м3. Вы увидите, что AH внутри помещения в два раза выше, чем AH снаружи. Можно ли было предсказать такой результат глядя только на значения T и RH? И я бы не смог.

Поэтому я и думаю, что добавление отображения AH могло бы быть отличной идеей для производителей этих приборов. Люди хорошо понимают концепцию «масса на объем» гораздо лучше, чем проценты от максимального значения переменной, зависимой от температуры.

Для производителя вывести AH на экран труда не составит. Моя формула вычисляет AH прямо от Т и RH, поэтому можно просто переключаться между отображением RH и AH. Возможно, что посетители блога, работающие в проектах с микропроцессорами, могли бы собрать прототип?

– – – –

Игорь пользуется моей формулой, чтобы поддерживать ячейку погреба сухой.

igor01

Октябрь 2016: Я впечатлился системой управления влажностью основания здания, разработанной Игорем, и даже опубликовал отчет на форуме Amperka.ru.

Внутри короткой трубки установлен вентилятор с круговым уплотнением, распечатанным на 3D-принтере. Вентилятор замещает воздух, находящийся в основании, на воздух снаружи. Он включается, если абсолютная влажность в ячейке выше, чем на улице на 0,5 г/м3. Предполагается, что температура снаружи ниже. Это как раз и гарантирует, что вода в ячейке превращается в пар и вытягивается, а обратный процесс не может произойти.

igor02

Полное описание с набором отличных фотографий → здесь

– – – –

Формула позволяет измерять AH по данным от высокоточного датчика RH и T

sht75

Датчик SHT75 RH и T от SENSIRION

Апрель 2016: Проф. Антониетта Франи (Prof. Antonietta Frani) на основе моей формулы создала миниатюрный прибор для измерения абсолютной влажности. Миниатюрный микроконтроллер Arduino Uno оборудован датчиком SHT75 RH и T и подключается к компьютеру по кабелю USB. Системный интегратор Роберто Валголио (Roberto Valgolio) разработал интерфейс для передачи данных в листы Excel и отображения графиков.

– – – –

Формула позволила создать калькулятор RH←→AH

reckoner

Март 2016: Немецкий веб-сайт rechneronline.de использует мою формулу для своего онлайн-калькулятора RH/AH

– – – –

Формулу процитировали в академической исследовательской публикации

ahcitat

Январь 2016: Исследовательская публикация в Landscape Ecology (октябрь 2015) посвящена микроклиматическим образцам в городской среде США. Там для вычисления абсолютной влажности по температуре и относительной влажности использована моя формула.

– – – –

Формула нашла применение и в блоках управления влажностью

Август 2015: ПО с открытым исходным кодом (проект Arduino) также использует в микроконтроллере управления влажностью основания здания мою формулу для расчета абсолютной влажности:

arduino

«Вся идея состоит в том чтобы измерить температуру и относительную влажность в подвале и на улице, на основании температуры и относительной влажности рассчитать абсолютную влажность и принять решение о включении вытяжного вентилятора в подвале. Теория для расчета изложена здесь – carnotcycle.wordpress.com/2012/08/04/how-to-convert-relative-humidity-to-absolute-humidity/.»

Дополнительные фотографии по ссылке http://arduino.ru/forum/proekty/kontrol-vlazhnosti-podvala-arduino-pro-mini

– – – –

Процедура вычисления AH применена в калибровке спутника погоды Американского Национального Космического Агентства (NASA)

Июнь 2015: Моя общая процедура расчета AH по RH и T применена для абсолютной калибровки Глобальной Спутниковой Системы Навигации Циклона (CYGNSS), причем именно в отношении данных RH, предоставленных Системой Непрерывного Анализа и Прогноза Климата (CFSR). Единственное изменение в моей формуле Psat состоит в том, что используется выражение Августа-Роше-Мангуса, а не Болтона.

Система CYGNSS имеет сеть из восьми спутников. Она предназначена для улучшенного прогноза силы ураганов. Запущена 15 декабря 2016 г.

Ссылка http://ddchen.net/publications (Технический отчет “An Antenna Temperature Model for CYGNSS”, июнь 2015)

– – – –