מהו מד לחות וטמפרטורה?

מהו מד לחות וטמפרטורה וכיצד בוחרים מכשיר כזה?

מדידת לחות ובקרתה נדרשות במגוון רחב של יישומים תעשייתיים. לכל יישום ישנו מגוון דרישות שונה ממכשירי מדידת הלחות, כגון טווח המדידה הנדרש, סובלנות לתנאי טמפרטורה ולחץ קיצוניים, יכולת התאוששות מעיבוי, יכולת לפעול בסביבות מסוכנות, אפשרויות התקנה וכיול המכשיר. אין מכשיר בודד ויחיד המתאים לכל הצרכים, ולמעשה, מגוון הציוד הזמין הוא גדול למדי, שעלות ואיכות הם המשתנים העיקריים המבדילים בין המכשירים.

מהי לחות?

במונח "לחות" אנחנו מתייחסים למידת הרטיבות הנמצאת באוויר או בתרכובת גזים. הלחות מצוינת ב-% ויכולה להימדד כלחות מוחלטת (כלומר, מסת המים בנפח אוויר ספציפי), או, כלחות יחסית (המהווה את היחס בין כמות אדים שבאוויר בנפח ובטמפרטורה ספציפיים, לבין כמות אדים שאוויר בנפח כזה יכול להכיל במצב רוויה). לשינויים בטמפרטורה ובלחץ השפעה על אחוזי הלחות באוויר או בגזים הנמדדים, ולכן, החיבור בין מדידת הטמפרטורה למדידת הלחות הינו הגיוני וטבעי.

היכן ישנו צורך בשימוש מד לחות וטמפרטורה?

ישנן מערכות רבות בסוגי התעשיות השונות אשר פועלות במנעדי טמפרטורה שונים מושפעות מטמפרטורה ולחות, ולכן, הן מבוקרות ומנוטרות. למשל, במערכות מיזוג האוויר מושם דגש על ויסות אחוז הלחות שבאוויר, על מנת לא ליצור אוויר יבש מידי. בחדרים נקיים, חדרי אחסון מיוחדים לציוד, חדרי שרתים וכיו"ב, יש חשיבות מיוחדת גם לטמפרטורה וגם ללחות, ולכן, מערכות המיזוג המותקנות בהם מנוטרות ומכוונות למניעת חריגות מזיקות.

השפעת לחץ על לחות

חוק הלחצים החלקיים של דלטון קובע' כי שינוי בלחץ הכולל של גז ישפיע על הלחצים החלקיים של כל הגזים המרכיבים אותו, כולל אדי מים. כאן, למשל, במקרה שהלחץ הכולל מוכפל, הלחצים החלקיים של כל הגזים המרכיבים אותו מוכפלים גם כן. במדחסי אוויר, עלייה בלחץ "סוחטת" מים מן האוויר כאשר הוא נדחס. זה קורה מכיוון שהלחץ החלקי של אדי מים (Pw) גדל, אבל לחץ אדים הרווי הוא עדיין פונקציה של הטמפרטורה. כאשר הלחץ גובר בתוך המיכל ו-Pw הופכים ל-Pws, המים מתעבים לנוזל, וחייבים, בסופו של דבר, להיות מנוקזים מן המיכל.

לחות יחסית

כאשר חושבים, קונספטואלית, על אדי מים כ"גז", קל להגדיר לחות יחסית. לחות יחסית (RH - Relative Humidity) יכולה להיות מוגדרת כיחס בין לחץ אדי המים החלקי (Pw) ללחץ הרוויה באדים (Pws) בטמפרטורה מסוימת:

% RH = 100% × Pw / Pws

לחות יחסית תלויה במידה רבה בטמפרטורה, שכן המכנה בהגדרה (Pws) הוא פונקציה של טמפרטורה. לדוגמה, בחדר עם RH של 50% וטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס, העלאת הטמפרטורה של החדר ל-25 מעלות תפחית את RH ל-37%, למרות שהלחץ החלקי של אדי המים נשאר זהה. לחץ ישפיע גם על הלחות היחסית. לדוגמה, אם תהליך מבוצע בטמפרטורה קבועה, הלחות היחסית תגדל פי שניים במידה והלחץ יוכפל.

טמפרטורת נקודת הטל

"נקודת הטל" היא הטמפרטורה אליה צריכים להתקרר גז מסוים או תערובת גזים על מנת להגיע לרוויה. כשהגז מקורר ואדי המים מתחילים להתעבות לשלב הנוזל, מוגדרת הטמפרטורה שבה מתרחש עיבוי זה כטמפרטורת נקודת הטל (Td). ב-100% של RH, טמפרטורת הסביבה שווה לטמפרטורת נקודת הטל.

לנקודת הטל קורלציה ישירה עם לחץ אדים הרווי (Pws). הלחץ החלקי של אדי מים הקשורים לנקודת טל יכול להיות מחושב בקלות. בניגוד ל-RH, נקודת הטל אינה תלויה בטמפרטורה, אבל מושפעת מלחץ.

מה הופך חיישן לחות למכשיר טוב?

ביצועיו של חיישן לחות הינם רכיב קריטי לאיכות הכוללת של מדידת הלחות. כאשר אתם בוחנים מד לחות וטמפרטורה חשוב לבחון את המאפיינים הבאים:

זמן תגובה מהיר - זמן התגובה של החיישן הינו מהירות התגובה בה מגיב החיישן כאשר מתחולל שינוי בלחות. בנוסף לחיישן, גורמים כגון טמפרטורה, זרימת אוויר וסוג המסנן ומצבו משפיעים על זמן התגובה, מאחר ומסנן חסום יפיק מהחיישן תגובה איטית יותר.

טווח מדידה אופטימלי - בחירת חיישן לחות תלוי ביישום טמפרטורת ההפעלה, במיוחד בתנאי לחות קיצונית. רוב מדי הלחות האיכותיים מתפקידים על טווח מלא שבין 0 ל 100% RH.

עמידות כימית - כימיקלים אגרסיביים עלולים להזיק או לזהם חיישנים מסוגים שונים. יצרן המכשור אמור לדעת את ההשפעות של כימיקלים שונים על החיישנים המיוצרים ויוכל לתת עצות הנוגעות לריכוזים כימיים מקובלים.

רמת דיוק גבוהה - כולנו מתייחסים ל"דיוק" כמושא לשאיפה, אולם, כאשר פורטים את המושג לפרוטות, מגלים כי קשה להגדירו. כל צעד בשרשרת הכיול - מהסטנדרט הראשוני במעבדה לכיול בינלאומי, דרך ייצור המוצר ועד למדידה באתר - עלול להוות נקודת כשל במדידה. סיכום השגיאות הפוטנציאליות הללו יוצר את חוסר הוודאות שבמדידה.

בעת בחירת חיישן לחות, שקלו את הגורמים הבאים המקושרים ומעידים על יכולת דיוק:

• ליניאריות לאורך טווח העבודה
• היסטרזיס (Hysteresis) וחזרתיות
• יציבות לאורך תקופת זמן
• השפעת הטמפרטורה על החיישן

בדיקת דרישות כיול מד לחות וטמפרטורה לפני הרכישה

מכשירים בדרך כלל צריכים להיות מכוילים מדי שנה או בכל שנה שנייה. דרישות הכיול תלויות ביישום וביציבות של המכשיר, בווריאציות על קלות ביצוע בדיקות שדה וכיול. מכשירים מסוימים, למשל, חייבים להישלח למעבדה לצורך כיולם, ולכן, הבנת דרישות הכיול של מהווה חלק חשוב בבחירת המכשיר.

תעודת כיול עבור מכשיר מסוים מציינת את הדיוק ואת הליניאריות של המכשיר בזמן הכיול. עם זאת, היא איננה משקפת את יציבותו של המכשיר בטווח הארוך. כיול במרווחי זמן קבועים חיוני כדי להבטיח את יציבותו לטווח הארוך של המכשיר, כשתדירות הכיול תלויה בסביבה בה המכשיר פועל.

מקורות מידע נוספים:

http://www.vaisala.com/Vaisala%20Documents/Application%20notes/CEN-TIA-G-Param-How-to-Choose-Application-note-B211203EN-A.pdf

ליעוץ מקצועי, פנו אל המומחים, אוריאל שי בע"מ.