Katedra Meteorologii i Oceanografii Nautycznej WN AM w Gdyni

Materiały dla studentów Wydziału Nawigacyjnego Akademii Morskiej w Gdyni.

Pomiar wilgotności powietrza
1. Wprowadzenie
2. Higrometr włosowy
3. Psychrometr Augusta
4. Psychrometr aspiracyjny
5. Higrograf i termohigrograf

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...).


Ryc. 1. Higrometr włosowy (jedno z możliwych wykonań). Przyrząd przystosowany do powieszenia na ścianie (szocie). Swobodny przepływ powietrza przez przyrząd umożliwiają otwory w dolnej i górnej krawędzi (na fotografii widoczne jako prostokątne "ząbki". Pokrętło w środku dolnej części umożliwia ustawienie dodatkowej wskazówki (na fotografii nie jest widoczna, jej barwa jest taka sama jak skali), aby nie mylić odczytu wilgotności względnej z nastawem żądanej wilgotności względnej. Higrometr wyposażony jest we wbudowany termometr.

     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:

e = 17.05 * 0.65 = ~11,08 hPa = ~11.1 hPa,
niedosyt wilgotności d = E - e; czyli
17.05 - 11.08 = 5.97 hPa = ~6 hPa.

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),

gdzie:
e - prężność aktualna pary wodnej,
Etw - prężność maksymalna pary wodnej w temperaturze termometru zwilżonego,
A - współczynnik empiryczny, którego wartość uzależniona jest od prędkości przepływu powietrza wokół termometru zwilżonego,
p - ciśnienie atmosferyczne,
t - temperatura powietrza (termometru suchego),
tw - temperatura odczytywana na termometrze zwilżonym.


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.


Ryc. 6. Higrograf tygodniowy z uniesioną pokrywą. Widoczny bęben z nałożonym higrogramem, wystaje z bębna klucz do nakręcania mechanizmu zegarowego (higrograf o napędzie sprężynowym). Czujnik reagujący na zmiany wilgotności (w tym przyrządzie - pęczek odtłuszczonych włosów) nie jest widoczny - znajduje się za tylną ścianką przyrządu.

     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.


A.A.Marsz, 2002, korekta 2008. Prawa autorskie zastrzeżone