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

– – – –

YouTube: Умный гараж, часть 3, Управление вытяжным вентилятором в подвале

– – – –

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)

– – – –