Katedra
Meteorologii i Oceanografii Nautycznej WN AM w Gdyni
1.
Wprowadzenie
Pomiary wilgotności powietrza mają duże znaczenie tak dla wykonania obserwacji
meteorologicznych na statku (depesza SHIP), jak i w codziennej praktyce
eksploatacyjnej statku (przewóz ładunków, wentylacja wnętrza statku, ...).
Dość skomplikowana natura miar wilgotności powietrza powoduje, że i pomiary
wilgotności, choć technicznie łatwe, wydają się być skomplikowane. Być
może, przyczyną takich sądów jest to, że pomiarom wilgotności powietrza
towarzyszą obliczenia (raczej prymitywne) i często - potrzeba korzystania
z tablic lub nomogramów.
Odpowiednie załączniki do Konwencji STCW przewidują, że absolwent Akademii
Morskiej (wyższej uczelni morskiej) musi w sposób biegły posługiwać się
pięcioma przyrządami: higrometrem włosowym, psychrometrem Augusta i psychrometrem
aspiracyjnym, higrografem i termohigrografem.
2.
Higrometr włosowy
Higrometr włosowy jest nieskomplikowanym, tanim przyrządem, służącym do
pomiaru wilgotności względnej. Elementem mierzącym (reagującym na zmiany
wilgotności względnej) jest w nim odtłuszczony włos ludzki (dokładniej
pęczek włosów). Włos, gdy wilgotność względna rośnie, absorbuje parę wodną
z powietrza i zmienia swoją grubość i długość; przy wzroście wilgotności
względnej włos się wydłuża, przy zmniejszaniu się wilgotności względnej
- kurczy. Jeśli pęczek włosów zamocować z jednej strony do nieruchomego
zacisku, drugą, swobodną stronę pęczka włosów zamocować do bloczka umocowanego
na osi, który w napięciu utrzymywany jest przez delikatną sprężynkę, to
w takt zmian długości włosów bloczek będzie się skręcał raz w jedną, raz
w drugą stronę, stosownie do zmian wilgotności. Po przymocowaniu do bloczka
delikatnej, dość długiej wskazówki, będzie ona wykonywała ruchy, zgodnie
z kątem skręcenia bloczka. Jeśli pod wskazówką znajdować się będzie skala,
cechowana w % wilgotności względnej, otrzyma się przyrząd pozwalający na
łatwy pomiar wilgotności względnej.
W praktyce spotyka się cały szereg higrometrów włosowych, różniących się
rozwiązaniami konstrukcyjnymi, obudowami, kształtami, dodatkowymi funkcjami.
Bardzo często higrometry wlosowe wyposażone są dodatkowo w termometr (najczęściej
tani termometr spirytusowy o dokładności odczytu 1 lub 0.5°C). Niekiedy
higrometry wyposażone są w dodatkową wskazówkę, którą można dowolnie ustawiać
na zadaną wartość wilgotności względnej. Wskazówka ta tworzy jeden z biegunów
zworki elektrycznej (kontaktu), drugą zworkę tworzy wskazówka higrometru.
Gdy wilgotność względna osiągnie wartość równą wilgotności na którą jest
ustawiona dodatkowa wskazówka, dochodzi do zwarcia kontaktu elektrycznego,
który włączy np. sygnalizację, alarm, lub przez styczniki - urządzenie
większej mocy (np. ogrzewanie, wentylację...).
Higrometry włosowe pozwalają na dość pewny (dokładność pomiaru nie jest
obarczona większym błędem niż 5%) pomiar wilgotności względnej od 30 do
100%. Pomiar wilgotności w zakresie od 20 do 30% obarczony jest błędem
przekraczającym 5%. Skala higrometru jest nieliniowa (patrz ryc. 1).
Higrometr włosowy, z czasem, zaczyna fałszować pomiary. Związane to jest
ze stopniowym wysychaniem włosa (pęczka włosów). Z tego względu, nie rzadziej
niż 3 miesiące w przeciętnych warunkach wilgotnościowych i nie rzadziej
niż co 1 miesiąc w warunkach zwiększonej suchości powietrza, higrometr
należy poddać procesowi ponownego tarowania ("świeżenia"). Przeprowadza
się to samodzielnie, ustawiając higrometr w pomieszczeniu o wilgotności
względnej równej, większej 100% na przeciąg od 12 do 24 godzin (np. w większej
misce, w której znajduje się wilgotna szmata (wykwintniej - tkanina), zaś
miska przykryta jest również wilgotną szmatą; wszytko to znajduje się najlepiej
w wilgotnej łazience). Po takiej operacji, nie wynosząc higrometru z łazienki,
śrubą regulacyjną ustawia się wskazówkę pomiarową na wartość 100%. Niektóre
wytwórnie, razem z higrometrem dostarczają flanelowy pokrowiec. Wtedy proces
tarowania należy przeprowadzić w ten sposób, że pokrowiec moczy się wodą,
lekko wyciska i nakłada na tylną, perforowaną część obudowy. Całość zostawia
się w wilgotnym pomieszczeniu, następnie po 12 godzinach (warunek - flanela
musi być jeszcze wilgotna), ustawia się wskazówkę pomiarową.
Higrometry włosowe, choć pozornie niezbyt dokładne, są niezastąpionymi
przyrządami pomiarowymi do określania wilgotności (i parametrów wilgotnościowych
powietrza w ogólności) w niskiej i bardzo niskiej temperaturze powietrza
(poniżej -2; -5°C). Dokładność pomiaru jest wtedy znacznie większa, niż
mierzona za pomocą psychrometrów.
Określanie
parametrów higrycznych powietrza przy wykorzystaniu higrometru
Do określenia parametrów higrycznych powietrza za pomocą higrometru potrzebna
jest tablica wartości prężności maksymalnej (E)
w funkcji temperatury. Higrometr mierzy wilgotność względną ( f
). Ta jest zdefiniowana jako e/E * 100%.
Znając temperaturę powietrza t,
w której zmierzono wilgotność względną f,
można z tablic wartości prężności maksymalnej E
w funkcji temperatury znaleźć odpowiadającą danej temperaturze wartość
E(t).
W takim razie prężność aktualna e = E(t) * f
Przykład:
W temperaturze 15°C
odczytano wartość wilgotności względnej równą ~65%. Dla temperatury +15°C
znajdujemy wartość E (patrz np.
tabela
1 w Wilgotność powietrza, miary, jednostki) - jest to 17.05 hPa. "Procenty"
wilgotności zamieniamy na liczbę dziesiętną (65% = 65/100 = 0.65).
Prężność aktualna
wynosi zatem:
Temperaturę punktu rosy (td) znajdziemy w tablicy 1, odszukując temperaturę, przy której prężność maksymalna E będzie równa prężności aktualnej e, czyli 11.1 hPa. Interpolując liniowo w przedziale od 10°C (E = 12.28 hPa) do 5° (E = 8,72 hPa) i zaokrąglając, znajdziemy td = ~8,3°C.
Jest oczywistym, że tego rodzaju szacunki obarczone są pewnym, szczerze mówiąc, nieznanym błędem. Głównym źródłem tego błędu jest nieznany błąd, jaki jest obarczony pomiar wilgotności względnej i temperatury powietrza (jeśli posługujemy się mało dokładnym termometrem z higrometru). Ponieważ dokładność wszystkich obliczeń, w skład których wchodzi mnożenie, dzielenie, potęgowanie, określa zawsze błąd najmniej dokładnie zmierzonego parametru, nie ma sensu silić się i na prowadzenie dalszych "precyzyjnych" obliczeń (np. prowadzić interpolację krzywoliniową wartości E i td między 10 a 5°C (patrz wspomniana tab. 1). Dla zdecydowanej większości potrzeb praktycznych (pomiarowych i inżynierskich), takiego rzędu dokładność jest całkowicie wystarczająca, jednak pod warunkiem, że higrometr utrzymywany jest we właściwym stanie technicznym, a jego wskazania porównywane są co 2 tygodnie z wynikami pomiaru wilgotności powietrza przeprowadzonymi za pomocą psychrometru (patrz niżej).
Higrometry.
Uwagi uzupełniające
W czasie pływania na różnych statkach spotkać się można i z innymi higrometrami.
Najbardziej, obok higrometrów włosowych, są rozpowszechnione higrometry
błonowe. W tych higrometrach, zamiast pęczka włosów, czujnikiem reagującym
na zmiany wilgotności powietrza jest organiczna błona, tworząca membranę.
Jeśli wilgotność względna rośnie, membrana ta rozciąga się, w przypadku
spadku wilgotności - kurczy się. Deformacja membrany, poprzez naprężone
cięgło, przenoszona jest na wskazówkę przyrządu. Higrometry ceramiczne
(oczywiście, są i takie) wykorzystują jako element pomiarowy porowaty pręt
ceramiczny, spieczony z krzemu, kaolinu i tlenków jakichś metali. Wraz
ze zmianą wilgotności powietrza dość silnie zmienia się opór elektryczny
takiego ceramicznego "półprzewodnika", co pozwala mierzyć wilgotność jako
funkcję oporu. Higrometry ceramiczne bywają niekiedy nazywane higrometrami
elektrycznymi.
3.
Psychrometr Augusta
Psychrometr Augusta składa się z dwu jednakowych termometrów cieczowych,
najczęściej rtęciowych . Jeden z nich mierzy temperaturę powietrza, drugi,
zwany "termometrem wilgotnym" (niekiedy "mokrym") ma zbiorniczek z rtęcią
owinięty batystową szmatką, której koniec zanurzony jest w naczyńku z wodą.
Woda paruje ze szmatki batystowej pobierając utajone ciepło parowania.
Ciepło to jest pobierane (drogą przewodnictwa) również z termometru wilgotnego,
w związku z czym termometr ten nie znajduje się w stanie równowagi cieplnej
z powietrzem - wskazywana przez niego temperatura jest niższa od temperatury
powietrza.
Szybkość parowania jest zależna od trzech wielkości - niedosytu
wilgotności (d = E -e; im większy niedosyt
wilgotności, tym szybsze parowanie), prędkości
opływającego szmatkę powietrza (im większa
prędkość opływu, tym szybsze parowanie) i ciśnienia
atmosferycznego (im niższe ciśnienie, tym
szybsze parowanie). Im szybciej zachodzi proces parowania, tym większy
jest pobór utajonego ciepła parowania z powietrza, batystu, ale i z termometru;
im szybszy proces parownia, tym temperatura wskazywana przez termoter zwilżony
jest niższa od temperatury wskazywanej przez termometr suchy. Różnica ta
nosi nazwę "różnicy psychrometrycznej".
Wpływ niedosytu wilgotności i prędkości opływającego wilgotny batyst powietrza
na tempo parowania jest znacznie większy od wpływu ewentualnych zmian ciśnienia
atmosferycznego. Im szybsze parowanie, tym większy pobór utajonego ciepła
parowania, a tym samym i temperatura wskazywana przez termometr wilgotny
jest niższa od temperatury powietrza (temperatury termometru suchego).
Jeśli przyjąć, że można ustalić prędkość przepływu powietrza (stworzyć
takie warunki pomiaru, że prędkość powietrza jest w każdym pomiarze taka
sama) i założyć średnie, niezmienne ciśnienie atmosferyczne, z różnicy
wskazań temperatury termometru suchego ( t ) i wilgotnego (tw)
[(t - tw)] obliczyć można bądź wielkość niedosytu
wilgotności (d), bądź prężność aktualną (e - wartość prężności pary wodnej,
jaka w danej chwili występuje w powietrzu. Jest sprawą oczywistą, że do
obliczeń każdorazowo powinno się znać wartość prężności maksymalnej E,
właściwej dla danej, aktualnie występującej temperatury.
Gdyby wilgotność względna była równa 100%, czyli powietrze było całkowicie
nasycone parą wodną (e = E), procesy parowania by ustały (d = 0), ustałby
również pobór utajonego ciepła parowania i temperatura na termometrze suchym
i wilgotnym byłaby jednakowa (różniaca psychrometryczna t - tw
= 0). Wtedy prężność maksymalna byłaby równa prężności maksymalnej w temperaturze
termometru zwilżonego. Można więc (i tak jest z pewnych względów wygodniej),
zamiast prężności maksymalnej w danej temperaturze powietrza t, przyjąć
do obliczeń prężność maksymalną w temperaturze termometru zwilżonego (tw).
Znając różnicę psychrometryczną (t - tw), prężność
maksymalną pary wodnej w temperaturze termometru wilgotnego (Etw),
ciśnienie atmosferyczne (p) i szybkość opływu powietrza, można obliczyć
prężność aktualną pary wodnej za pomocą równania (wzoru) psychrometrycznego
Wzór psychrometryczny: e = Etw - A * p * (t - tw),
Uwagi:
1. Wartość współczynnika
A dla danej prędkości powietrza uzależniona jest od przyjętych w równaniu
jednostek (będzie inna, gdy Etw i p będą mianowane
w hPa, od tej, gdy obie te wielkości mianowane będą np. w mm Hg).
2. Nie uczyć się
równania psychrometrycznego, nie jest to nam do niczego potrzebne.
Wykorzystując równanie psychrometryczne obliczono tak zwane "Tablice
Psychrometryczne" i nomogramy
psychrometryczne, pozwalające na odczytanie
z nich, przy znajomości np. temperatury termometru suchego i wartości (t
- tw) wilgotności względnej (f, %), prężności aktualnej
(e, hPa) lub innych wartości (np. niedosytu wilgotnośc (d) lub temperatury
punktu rosy (td)). Tablice i nomogramy psychrometryczne uwalniają nas od
konieczności dość żmudnych obliczeń i przyspieszają opracowanie wyników.
Do psychrometru
Augusta należy stosować właściwe tablice (opisane "for use with marine
screen" lub "for use with Stevenson screen") i nomogramy
psychrometryczne - jeśli jest tam tytuł lub uwaga "dla psychrometru
aspiracyjnego", nie powinno stosować się takich tablic do określania parametrów
higrycznych powietrza z pomiarów psychrometrem Augusta (patrz niżej), gdyż
uzyska się błędne wyniki. Jeśli nie dysponujesz tablicami lub nomogramami
psychrometrycznymi - pamiętaj - uproszczone tablice psychrometryczne, pozwalające
na określenie wilgotności względnej z pomiarów psychrometrem Augusta znajdziemy
w wielu wydawnictwach (np. w Brown
Nautical Almanach, NP100 - Mariners
Handbook, etc.). Po określeniu wilgotności względnej, dalsze obliczenia,
np. wyznaczanie temperatury punktu rosy - przeprowadza się tak samo, jak
podane w przykładzie obliczeń dla higrometru. Niektóre tablice psychrometryczne
lub diagramy psychrometryczne zawierają dodatkowe poprawki, stanowiące
funkcję ciśnienia atmosferycznego lub ciśnienia i temperatury powietrza
jednocześnie.
Wygląd i budowę (nieskomplikowaną, jak widać) psychrometru Augusta przedstawia rycina 2.
![]() |
![]() |
![]() |
Ryc. 2. Psychrometr Augusta (wersja okrętowa). Taki rodzaj psychrometrów Augusta jest najbardziej rozpowszechniony na statkach handlowych. Otwory w metalowej (aluminium lub plastik) obudowie pozwalają na przykręcenie przyrządu do szotu. Widoczne dwa jednakowe ( ! ) termometry spirytusowe, plastikowy zbiorniczek na wodę destylowaną oraz batystowy "knot", zanurzony w zbiorniczku. W czasie użytkowania należy zwracać baczną uwagę, aby batyst nie dotykał metalowej obudowy. Jeśli dotyka - pomiary są nic nie warte (d.d.). Skale termometrów mogą być różne - w dwóch pierwszych psychrometrach wykorzystano termometry ze skalę Celsjusza, w ostatnim - ze skalą Fahrenheita
Psychrometr Augusta wykorzystuje się w zasadzie wewnątrz pomieszczeń statkowych, związane to jest z tym, że przyrząd bardzo silnie reaguje na zmiany prędkości opływającego batyst powietrza. Występujące np. na pokładzie duże, i na dodatek zmienne, prędkości wiatru, będą powodowały, że parowanie będzie zmieniało swoją intensywność silniej w takt zmian prędkości wiatru, niż zmian wilgotności powietrza. W rezultacie - coś zmierzymy, nie wiadomo tylko co. Na zewnątrz statku ponadto psychrometr Augusta byłby narażony na zmienne nasłonecznienie, w związku z czym wątpliwy byłby i pomiar temperatury powietrza i dodatkowo energia słoneczna absorbowana przez batyst zmieniałaby warunki parowania (dodatkowa energia). [Psychrometr Augusta musi być zacieniony !]. Również zachodziłoby stopniowe zasalanie termometrów i batystu (higroskopijność soli; termometr suchy byłby przy większej wilgotności powietrza również wilgotny, zmieniłyby się warunki parowania wody z batystu) oraz dochdziłoby do okresowego zmaczania termometrów rozpylonym pyłem wodnym (woda morska) lub wodą opadową. Tylko na niektórych statkach można spotkać się z "mini-klatką" meteorologiczną, zbudowaną z żaluzjowych, drewnianych lub plastikowych ścianek, na ogół rozsądnie zamontowaną na ścianie nadbudówki (ryc. 3).
![]() |
![]() |
Ryc. 3. "Mini-klatka" z umieszczonym w środku psychrometrem Augusta w wersji okrętowej, zamontowana na ścianie nadbudówki, na skrzydle mostka
W nieco większej budce nazywanej klatką Stevensona (ang. "marine screen" lub "Stevenson screen") zamontowanej na ogół na relingu lub jakimś maszcie w pobliżu burty (ryc. 4), znajduje się, osłonięty przed działaniem bezpośredniego promieniowania słonecznego, psychrometr Augusta. Jeśli w takich warunkach znajduje się psychrometr, można śmiało wykorzystywać jego wskazania do określenia temperatury i wilgotności powietrza. Jednak nawet umieszczenie psychrometru w "mini-klatce" nie zabezpiecza psychrometru przed zasalaniem).
![]() |
![]() |
![]() |
![]() |
Ryc.
4. Klatka Stevensona zamontowana na statku na relingu lub maszcie. W środku
znajduje się psychrometr Augusta. Na zdjęciu po prawej stronie w klatce
dwa zestawy psychrometrów Augusta - komplet termometrów rtęciowych i elektrycznych.
Klatki na statku winny być dwie - po jednej na każdej burcie.
Odczytów
należy dokonywać z klatki na burcie nawietrznej.
Meteorologiczne pomiary wilgotności powietrza na stacjach lądowych wykonuje się psychrometrem Augusta, umieszczonym w budce (klatce) meteorologicznej. W jej wnętrzu, wobec żaluzjowych ścianek, średnia prędkość powietrza (wiatru) może być przyjęta za stałą, (0.8 m/s; tak się przyjmuje), niezależnie od prędkości wiatru na zewnątrz klatki. Klatka zabezpiecza również psychrometr od zmoczenia, nagrzewania przez promienie słoneczne, etc. Stąd też psychrometr Augusta, będący doskonałym przyrządem na lądowych stacjach meteorologicznych, na morzu spisuje znacznie gorzej.
Dla
prawidłowego pomiaru wilgotności psychrometrem
Augusta trzeba przestrzegać aby:
1. psychrometr był
zacieniony, nie może na niego padać bezpośrednie promieniowanie,
2. termometry muszą
być suche (bezwględnie),
3. termometry i
batyst nie mogą być zasolone,
4. napełniać zbiorniczek
wyłącznie wodą destylowaną (woda słodka nie wystarczy - przy napełnianiu
zwykłą wodą, na batyście i zbiorniczku z cieczą rozszerzalną termometru
będzie się tworzyć nalot kamienia kotłowego, zmieniający warunki parowania).
Jeśli trzeba doprowadzić
psychrometr Augusta do porządku, to należy:
1. wyjąć termometry,
odkręcić obudowę, zdjąć zbiorniczek z wodą,
2. przemyć wszystko
słodką wodą, spłukać destylowaną,
3. jeśli na termometrze
wilgotnym jest kamień kotłowy, zanurzyć termometr w 10% roztwór kwasu octowego
na 2 - 3 godziny, następnie ponownie umyć, spłukać (o kwas octowy należy
prosić kucharza),
4. założyć nowy
batyst lub knot (jeśli nie ma zapasowego - kawałek grubego, koniecznie
białego, bawełnianego sznurowadła, wcześniej wygotowanego w wodzie z domieszką
sody, dobrze potem wypłukanego w wodzie destylowanej), umocować białą bawełnianą
nicią,
5. zmontować wszystko
z powrotem, napełnić zbiorniczek wodą destylowaną, sprawdzić, czy dobrze
podsiąka,
6. po 2 - 3 godzinach
od napełnienia zbiorniczka wodą dokonać pomiaru wilgotności psychrometrem
aspiracyjnym i porównać z uzyskanymi rezultatami z pomiaru "wyremontowanym"
psychrometrem Augusta. Różnice między oboma przyrządami nie powinny być
większe niż 2-3% wilgotności względnej przy temperaturze powietrza w granicach
od 10 do 30°C, różnice temperatury na termometrach suchych obu psychrometrów
nie powinny być większe niż 0.1°C (przy uwzględnieniu poprawki instrumentalnej
termometrów) lub 0.3-0.5°C, jeśli poprawka instrumentalna termometrów jest
nieznana.
4.
Psychrometr aspiracyjny
Omówione wady psychrometru Augusta sa przyczyną tego, że do pomiarów wilgotności
powietrza na statkach najczęściej wykorzystuje się psychrometry aspiracyjne.
Psychrometr apsiracyjny, pod względem idei pomiaru wilgotności powietrza
nie różni się od psychrometru Augusta, rożne jest natomiast wykonanie przyrządu.
Oba termometry - suchy i wilgotny w ich dolnych częściach, tam gdzie znajdują
się zbiorniczki z cieczą rozszerzalną znajdują się w rurkach, przez które
jest zasysane powietrze. Rurki te łączą się i przechodzą pionową ruką umieszczoną
między termometrami do głowicy w której znajduje się urządzenie o mądrej
nazwie "aspirator". Aspirator to turbinka (wentylator) zasysająca powietrze.
Zasysane powietrze przepływa początkowo obok zbiorniczka z rtęcią termometru
suchego i zwilżonego batystu termometru wilgotnego, następnie pionowym
odcinkiem rurki do głowicy przyrządu. Jego nadmiar w aspiratorze jest wyrzucany
przez otwory znajdujące się w głowicy. Dobierając odpowiednio kształt i
kąt natarcia łopatek turbinki (wentylatora), liczbę obrotów turbinki na
minutę i przekroje poprzeczne rurek zasysających powietrze, można dość
precyzyjnie określić prędkość przepływu powietrza wokół zwilżonego batystu.
To pozwala z kolei na dość precyzyjne dobranie wartości współczynnika empirycznego
A w równaniu psychrometrycznym (patrz równanie psychrometryczne),
pozwalającym na obliczanie parametrów higrycznych powietrza.
Aspiratory psychrometrów mogą mieć różny napęd - sprężynowy lub elektryczny
[bateryjny i sieciowy]. Na statkach najczęściej wykorzystuje się psychrometry
o napędzie sprężynowym, gdzie aspirator "nakręca się" kluczem (jak stare
zegary) wystającym z obudowy głowicy lub poprzez obracanie pokrywy głowicy
(jak w psychrometrze przedstawionym na ryc. 5). Psychrometr o napędzie
sprężynowym i bateryjnym pozwala nam na dokonywanie pomiarów w dowolnym
miejscu, zasilany z sieci (koniecznie przez zerowany transformator) zmusza
nas do wykonywania pomiaru nie dalej od źródła prądu, niż długość przewodów
zasilających. Psychrometry o napędzie bateryjnym (2, 3 lub 4 baterie 1.5
V typu A) są dość drogie w eksploatacji, w warunkach morskich baterie galwaniczne
szybko wyczerpują się (duża upływność), przy dłuższym nieużywaniu psychrometru
bardzo często dochodzi do wylania się elektrolitu z baterii i zniszczenia
przez elektrolit silnika aspiratora lub/i łożysk turbinki aspiratora. Należy
więc pamiętać o usuwaniu baterii z głowic aspiratora, kiedy psychrometr
nie będzie używany przez dłuższy czas (kilkanaście dni).
W psychrometrach aspiracyjnych stosuje się specjalne, mniejsze od termometrów
w psychrometrze Augusta, termometry rtęciowe. Ich zakres pomiarowy i dokładność
skalowania jest taka sama, jak w termometrach stacyjnych (najmniejsza działka
- 0.2°C). Odczyt temperatury powinien być dokonany z dokładnością do 0.1°C
(interpolacja położenia krańca słupka rtęci między "kreskami" skali). Czyni
to precyzyjny odczyt temperatury na tych termometrach trudnym. Każdy dalekowidz,
który wykonuje pomiary psychrometryczne, powinien zaopatrzyć się w lupę.
W droższych psychrometrach aspiracyjnych często zamontowane są przesuwane
lupki, ułatwiające odczyt temperatury na obu termometrach.
![]() |
![]() |
Ryc. 5. Psychrometr aspiracyjny o napędzie sprężynowym (po lewej). W głowicy przyrządu (góra obrazka; cylinder z otworami u dołu) znajduje się aspirator (wentylator) zasysający powietrze przez wloty rurek otaczające zbiorniczki z rtęcią obu termometrów (srebrzyste rurki u dołu przyrządu) i wyrzucający to powietrze przez otwory w głowicy. W rezultacie uzyskuje się stały ruch powietrza (2 - 4 m/s) opływający zbiornik z rtęcią termometru suchego i zwilżony batyst (knot bawełniany) nazłożony na zbiornik z rtęcią termometru zwilżonego. Przyspiesza to stabilizację temperatury (dojście do równowagi termicznej) termometru suchego i przyspiesza parowanie z batystu, jednocześnie uniezależniając (przynajmniej w teorii) pomiar od prędkości wiatru. Widoczne na fotografii osłony (niklowane) obu termometrów, chronią termometry przed nagrzewaniem ich przez promienie słoneczne. Prostokątne "klapki"nad termometrami, to ramki lup. Lupy te można przesuwać wzdłuż termometrów, pozwala to odczytać wartości temperatury na obu termometrach. Po prawej wersja z napędem ręcznym ("psychrometr procowy" - ang. sling psychrometer; patrz niżej - "Psychrometry - inne uwagi").
Pomiar wilgotności i temperatury powietrza
psychrometrem aspiracyjnym wykonuje się w dzień następująco (w nocy należy
dodatkowo zaopatrzyć się w latarkę):
1. zwilża się wodą
destylowaną z pruwetki knot lub batyst na termometrze zwilżonym, sprawdzając,
czy jest dobrze nawilgotniony (mokry),
2. przed pomiarem
(15-30 minut) wystawia się psychrometr aspiracyjny w zacienione miejsce
na zewnątrz pomieszczenia (na skrzydło mostka; skrzynka powinna być zamocowana
aby psychrometr nie rozbił się lub "nie wyszedł za burtę" przy przechyłach),
skrzynkę psychrometru otwiera się. Chodzi tu o wyrównanie temperatury psychrometru
z temperaturą powietrza, co jest istotne w warunkach, gdy między temperaturą
na mostku a temperaturą zewnętrzną występują duże różnice (np. zimą - ogrzewany
mostek, w tropiku - działająca na mostku klimatyzacja, etc),
3. w momencie rozpoczęcia
pomiaru ponownie sprawdza się, czy batyst na termometrze wilgotnym jest
mokry, nakręca lub włącza aspirator psychrometru, odczytuje temperaturę
na termometrze suchym i termometrze zwilżonym,
4. w czasie pomiaru
obserwuje się zachowanie temperatury na obu termometrach, odczytu obu temperatur
dokonuje się w momencie, gdy temperatura na termometrze zwilżonym stabilizuje
się (dalej nie spada).
5. obie wartości
temperatury zapisuje się.
Wartości temperatury powietrza i temperatury termometru zwilżonego, jeśli
termometry mają metryczki,
powinny zostać
poprawione o wielkość błędu instrumentalnego termometrów.
Wartości temperatury termometru suchego (temperatura powietrza) i termometru
zwilżonego stanowią podstawę do obliczenia wymaganych parametrów termohigrycznych
powietrza (temperatury punktu rosy, prężności aktualnej, wilgotności względnej).
Te operacje wykonuje się wykorzystując
diagramy
psychrometryczne lub tablice psychrometryczne (np.
Tablice Kostyrki opracowane dla sytuacji kiedy na batyście występuje lód
i woda,
tablice w Brown
Nautical Almanac); w zależności od tego, jakie wyposażenie pomocnicze
znajduje się na statku. W niektórych przypadkach zachodzi potrzeba dodatkowego
obliczenia tak zwanej różnicy psychrometrycznej, czyli różnicy temperatury
między temperaturą termometru suchego a termometru zwilżonego; stosownie
do tego, jakim rodzajem pomocy do wyznaczenia parametrów termohigrycznych
powietrza w danym momencie się posługujemy.
Jeśli w temperaturze powietrza bliskiej zera lub poniżej zera, po spadku
temperatury na termometrze wilgotnym zaznacza się ponowny wzrost temperatury,
sprawdzamy, czy batyst nie jest pokryty lodem.
Jeśli tak, to po ponownej stabilizacji temperatury na termometrze wlgotnym
i jej odczycie
musimy korzystać z tej części
tablic psychrometrycznych, które są oznaczone jako "LÓD"
(osobiście w takich przypadkach radzę przejść na pomiar wilgotności za
pomocą wystawionego na zewnątrz higrometru włosowego).
W
czasie pomiaru należy:
a. wybrać miejsce
pomiaru - najlepiej po nawietrznej, z dala od wylotów powietrza lub spalin
z wnętrza statku,
b. utrzymywać psychrometr
w pozycji zbliżonej do pionu, nie wystawiać wlotów rurek osłaniających
oba termometry "na wiatr",
c. o ile nie mamy
stałego, bezpiecznego i właściwego miejsca do powieszenia psychrometru,
pomiar wykonujemy, trzymając psychrometr w ręku, drugą ręką, jeśli warunki
tego wymagają, trzymając się, aby nie utracić równowagi przy gwałtownym
przechyle i nie rozbić psychrometru. Czas, w którym czekamy na ustabilizowanie
się temperatury na termometrze zwilżonym jest najstosowniejszym momentem
do dokonania w tym czasie obserwacji zachmurzenia (N, h, Nh,
CL, CM, CH)
oraz pogody bieżącej (ww)
Po zakończeniu pomiaru psychrometr wkładamy do skrzyneczki, zamykamy ją i natychmiast odnosimy na jej stałe, bezpieczne miejsce. Psychrometry są urządzeniami delikatnymi i stosunkowo kosztownymi, upadek nawet w zamkniętej skrzyneczce np. ze stołu nawigacyjnego na podłogę, z reguły kończy się zbiciem termometrów. Nie uwzględniając nawet czynnika zasadniczego, jakim jest niemożność prowaddzenia dalszych pomiarów, może to skutkować potrąceniem z pensji kwoty rzędu 100$ - 200$.
Konserwacja
psychrometrów aspiracyjnych
Większość uwag dotyczących postępowania z psychrometrami omówiona przy
psychrometrze Augusta dotyczy również i psychrometrów aspiracyjnych. Najczęstszymi
przypadkami wymagającymi interwencji jest odsolenie termometrów (płukanko
w wodzie samitarnej, potem destylowanej; dobrze jest przedtem wymontować
termometry z psychrometru !) oraz założenie batystu lub knota na termometr
zwilżony. W przypadku zbicia lub zagubienia pruwetki (zdarza się) zaleca
posługiwać się dobrze wypłukanym zakraplaczem. Co 4-6 miesięcy wypada sprawdzić
łożysko osi wentylatora psychrometru, dobrze jest wtedy nasmarować je kroplą-dwoma
kroplami lekkiego oleju maszynowego lub smarem typu ŁT-3. Do wszystkich
prac "rozbiórkowo-montażowych" należy posługiwać się śrubokrętami precyzyjnymi.
Psychrometry
- inne uwagi
Na niektórych statkach można się spotkać z psychrometrami
procowymi (ryc. 5). Są to dwa termometry (jeden
suchy, drugi wilgotny) w odpowiednim uchwycie, do którego jest zamocowany
sznurek, linka (spotkałem nawet rzemień). Batyst termometru wilgotnego
zwilżamy przed pomiarem, pomiar prowadzimy kręcąc termometrami nad głową
(duże fory mają Ci z Was, którzy biegle posługują się lassem). Niestety,
obserwacja zachowania się temperatury termometru wilgotnego nie może być
ciągła, co wymaga sprawdzenia wskazań tego termometru kilkakrotnie w ciągu
pomiaru. Kręcimy termometrami tak długo, aż temperatura na termometrze
wilgotnym nie ustabilizuje się.
Niejasna jest sprawa,
jak wyglądają tablice lub diagramy dla takich psychrometrów (nie spotkałem
się z czymś takim). Według moich obliczeń, prędkość względem powietrza
tak obracanych termometrów nie jest mniejsza od 7-8 m/s (do 10-12 m/s;
zależy od entuzjazmu obserwatora), czyli do obliczania parametrów wilgotnościowych
powietrza nie powinno się stosować tablic czy diagramów dla psychrometrów
aspiracyjnych. W takich warunkach wydaje się celowym porównać uzyskiwane
tymi egzotycznymi przyrządami wyniki ze wskazaniami higrometru włosowego
(o ile taki będzie na statku) i stworzyć własną krzywą tarowania. Przed
przystąpieniem do pomiaru ("kręcenia") dobrze jest zorientować się, czy
na torze psychrometru nie pojawi się jakiś obiekt - na przykład ściana
nadbudówki lub ktoś z załogantów.
Na pytanie, z jakiej
przyczyny stosuje się psychrometry procowe uzyskałem odpowiedź, że te przyrządy
doskonale wykazały swoją wyższość nad innymi w czasie II wojny burskiej
(1899-1902).
5.
Higrograf i termohigrograf
Do ciągłej rejestracji wilgotności względnej oraz temperatury powietrza
i wilgotności względnej stosuje się odpowiednie przyrządy samopiszące -
higrograf
(ryc.
6) i termohigrograf
(ryc. 7). Ich budowa nie odbiega od tego, o czym mówiliśmy już przy okazji
omawiania
termografu
i barografu.
Kurczenie się lub wydłużanie pęczka włosów lub błony higrokurczliwej przenoszone
jest przez układ dzwigni na wskazówkę zakończoną pisakiem. Ten opiera się
na wyskalowany papier (pasek -> higrogram), naciągnięty na napędzany mechanizmem
zegarowym bęben.
W takt zmian wilgotności wskazówka unosi się (wzrost wilgotności) lub obniża
(spadek) i piórko rysuje na higrogramie przebieg wilgotności. Dokładność
wskazań higrografu jest podobna do dokładności pomiaru wilgotności względnej
za pomocą higrometru włosowego. Praktycznie dokładność pomiaru wynosi około
5%. Podobnie jak higrograf włosowy higrometr włosowy wymaga systematycznego
tarowania ("świeżenia"), polegającego na umieszczeniu przyrządu w atmosferze,
której wilgotność względna wynosi 100% na 24 godziny i następnie ustawienia
wskazówki przyrządu tak, aby przyrząd wskazywał 100% wilgotności.
Czasami możemy
spotkać się z przyrządem, w którym w jednej obudowie zainstalowane są czujniki
temperatury i wilgotności powietrza. Przyrząd taki (patrz obrazek poniżej),
noszący nazwę termohigrograf jest wysoki,
na jego bęben nakłada się odpowiednio szerszy skalowany pasek papieru (termohigrogram).
![]() |
![]() |
Ryc. 7. Termohigrograf. Widoczne dwie wskazówki; jedna zapisuje temperaturę powietrza, druga - wilgotność. Czujniki reagujące na zmiany temperatury i wilgotności osłonięte są perforowaną (zdejmowaną) osłoną, stanowiącą ochronę przed ich uszkodzeniem
Higrografy i termohigrografy najczęściej są przyrządami tygodniowymi (1
pełny obrót bębna następuje w ciągu 168 godzin (7 dób). Zmiany paska tradycyjnie
dokonuje się w poniedziałki o godzinie 1300Z lub o 13 LST. Przyrządy te
na statkach niezmiernie rzadko wykorzystywane są do pomiarów meteorologicznych,
zazwyczaj służą do rejestracji temperatury i wilgotności w ładowniach (komorach),
zwłaszcza w sytuacji, gdy przewozi się ładunek, którego przewóz musi odbywać
się w określonych warunkach temperatury i wilgotności powietrza. Spełnienie
warunków przewozu dokumentuje wtedy higrogram lub termohigrogram, stając
się ważnym świadectwem, potwierdzającym dołożenie odpowiedniej staranności
w przewozie i pozwalającym oddalić ewentualne roszczenia (claim).
Ponieważ higrografy
i termohigrografy niekiedy instaluje się w ładowniach lub komorach chłodzonych,
przed ich tam zainstalowaniem należy bezwzględnie sprawdzić, czy nie dojdzie
w niskiej temperaturze do zestalenia smaru, którym nasmarowany jest mechanizm
zegarowy (higrografy sprężynowe) lub czy zastosowane baterie (przyrząd,
w którym mechanizm zegarowy jest elektryczny) będą dawały w tej temperaturze
wystarczający do napędu silnika krokowego prąd.