Posts Tagged ‘amperka’

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)

– – – –

ventus001

I have a digital weather station with a wireless outdoor sensor. In the photo, the top right quadrant of the display shows temperature and relative humidity for outdoors (6.2°C/94%) and indoors (21.6°C/55%).

I find this indoor-outdoor thing fascinating for some reason and revel in looking at the numbers. But when I do, I always end up asking myself if the air outside has more or less water vapor in it than the air inside. Simple question, which is more than can be said for the answer. Using the ideal gas law, the calculation of absolute humidity from temperature and relative humidity requires an added algorithm that generates saturated vapor pressure as a function of temperature, which complicates things a bit.

Formula for calculating absolute humidity

In the formula below, temperature (T) is expressed in degrees Celsius, relative humidity (rh) is expressed in %, and e is the base of natural logarithms 2.71828 [raised to the power of the contents of the square brackets]:

Absolute Humidity (grams/m3) = 6.112 x e^[(17.67 x T)/(T+243.5)] x rh x 18.02
                                                                            (273.15+T) x 100 x 0.08314

which simplifies to

Absolute Humidity (grams/m3) = 6.112 x e^[(17.67 x T)/(T+243.5)] x rh x 2.1674
                                                                                        (273.15+T)

This formula is accurate to within 0.1% over the temperature range –30°C to +35°C

– – – –

gif format (decimal separator = .)

ah3

gif format (decimal separator = ,)

ah3a

jpg format (decimal separator = .)

ah1

jpg format (decimal separator = ,)

ah1a

– – – –

Additional notes for students

Strategy for computing absolute humidity, defined as density in g/m^3 of water vapor, from temperature (T) and relative humidity (rh):

1. Water vapor is a gas whose behavior approximates that of an ideal gas at normally encountered atmospheric temperatures.

2. We can apply the ideal gas equation PV = nRT. The gas constant R and the variables T and V are known in this case (T is measured, V = 1 m3), but we need to calculate P before we can solve for n.

3. To obtain a value for P, we can use the following variant[REF, eq.10] of the Magnus-Tetens formula which generates saturated vapor pressure Psat (hectopascals) as a function of temperature T (Celsius):

Psat = 6.112 x e^[(17.67 x T)/(T+243.5)]

4. Psat is the pressure when the relative humidity is 100%. To compute the pressure P for any value of relative humidity expressed in %, we multiply the expression for Psat by the factor (rh/100):

P = 6.112 x e^[(17.67 x T)/(T+243.5)] x (rh/100)

5. We now know P, V, R, T and can solve for n, which is the amount of water vapor in moles. This value is then multiplied by 18.02 – the molecular weight of water ­– to give the answer in grams.

6. Summary:
The formula for absolute humidity is derived from the ideal gas equation. It gives a statement of n solely in terms of the variables temperature (T)  and relative humidity (rh). Pressure is computed as a function of both these variables; the volume is specified (1 m3) and the gas constant R is known.

– – – –

UPDATES

– – – –

Formula features in Russian Arduino project on YouTube

April 2017: My formula makes its first live appearance on YouTube. The presentation concerns a humidity/temperature monitoring and management system installed in a cellar affected by mould problems. If you don’t speak Russian don’t worry, the images of the installation give you the gist of what this project is about.

See the YouTube video here:
https://www.youtube.com/watch?v=SO1yugxahpk

– – – –

Formula recommended for use in monitoring comfort levels for exotic pets

March 2017: A post has appeared on Reddit concerning an Arduino Uno with T&RH sensor and LCD screen, which the poster is using to improve temperature and humidity monitoring of a pet’s habitat – in this particular case a Bearded Dragon (not the one illustrated).

The post has attracted much interested discussion and comment, including a recommendation from one participant to use AH rather than RH, citing my conversion formula. The rationale for the change is so neatly expressed that I would like to quote it:

“May I recommend absolute humidity instead of relative? Relative humidity only tells you how “full” the air is of moisture, and it’s entirely dependent on temperature; the same amount of moisture will read lower relative humidity at higher temperatures, and vice versa. Whereas absolute humidity is measured in grams of water per cubic meter of air. You can implement this simple conversion formula in your code: (URL for this blogpost)
0-2 is extremely dry, 6-12 is your average indoors, and 30 is like an Amazon rainforest.”

See the Reddit post here:
https://www.reddit.com/r/arduino/comments/5ysmo5/i_noticed_my_bearded_dragons_habitat_could_use_a/

See the Arduino project here:
https://create.arduino.cc/projecthub/ThothLoki/portable-arduino-temp-humidity-sensor-with-lcd-a750f4

– – – –

Igor uses my formula to keep his cellar dry

igor01

October 2016: I am impressed by this basement humidity control system developed by Igor and reported on Amperka.ru forum.

Inside the short pipe is a fan equipped with a 3D-printed circumferential seal. The fan replaces basement air with outdoor air, and is activated when absolute humidity in the cellar is 0.5 g/m^3 higher than in the street, subject to the condition that the temperature of the outdoor air is lower. This ensures that water in the cellar walls is drawn into the vapor phase and pumped out; the reverse process cannot occur. на русском здесь.

igor02

– – – –

Formula powers AH measurements from high-precision RH&T sensor

sht75

The SHT75 RH&T sensor from SENSIRION

April 2016: Prof. Antonietta Frani has made a miniature device for measuring absolute humidity, using my formula to power an Arduino Uno microcontroller board equipped with an SHT75 RH&T sensor which connects to a computer via a USB cable. Systems Integrator Roberto Valgolio has developed an interface to transfer the data to Excel spreadsheets with their associated graphical display functions.

– – – –

Formula powers online RH←→AH calculator

reckoner

March 2016: German website rechneronline.de is using my formula to power an online RH/AH conversion calculator.

– – – –

Formula cited in academic research paper

ahcitat

January 2016: A research article in Landscape Ecology (October 2015) exploring microclimatic patterns in urban environments across the United States has used my formula to compute absolute humidity from temperature and relative humidity data.

– – – –

Formula finds use in humidity control unit

August 2015: Open source software/hardware project Arduino is using my absolute humidity formula in a microcontroller designed to control humidity in basements:

arduino

“The whole idea is to measure the temperature and relative humidity in the basement and on the street, on the basis of temperature and relative humidity to calculate the absolute humidity and make a decision on the inclusion of the exhaust fan in the basement. The theory for the calculation is set forth here – carnotcycle.wordpress.com/2012/08/04/how-to-convert-relative-humidity-to-absolute-humidity.” на русском здесь.

More photos on this link (text in Russian):http://arduino.ru/forum/proekty/kontrol-vlazhnosti-podvala-arduino-pro-mini

– – – –

AH computation procedure applied in calibration of NASA weather satellite

June 2015: My general procedure for computing AH from RH and T has been applied in the absolute calibration of NASA’s Cyclone Global Navigation Satellite System (CYGNSS), specifically in relation to the RH data provided by Climate Forecast System Reanalysis (CFSR). The only change to my formula is that Psat is calculated using the August-Roche-Magnus expression rather than the Bolton expression.

The CYGNSS system, comprising a network of eight satellites, is designed to improve hurricane intensity forecasts and was launched on 15 December 2016.

Reference: http://ddchen.net/publications (Technical report “An Antenna Temperature Model for CYGNSS” June 2015)

– – – –

Formula cited in draft paper on air quality monitoring

May 2015: Metal oxide (MO) sensors are used for the measurement of air pollutants including nitrogen dioxide, carbon monoxide and ozone. A draft paper concerning the Air Quality Egg (AQE) which cites my formula in relation to MO sensors can be seen on this link:

MONITORING AIR QUALITY IN THE GRAND VALLEY: ASSESSING THE USEFULNESS OF THE AIR QUALITY EGG

– – – –

Formula used by US Department of Energy in Radiological Risk Assessment

June 2014: In its report on disused uranium mines, Legacy Management at DoE used my formula for computing absolute humidity as one of the meteorological parameters involved in modeling radiological risk assessment.

– – – –