हवा (और अन्य गैसों) की आर्द्रता को मापने के लिए व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला उपकरण एक संक्षेपण आर्द्रतामापी है। इसके संचालन का सिद्धांत तापमान को मापना है, जिसे ओस बिंदु कहा जाता है, जिस पर हवा से नमी का संघनन शुरू होता है।
हवा में नमी क्या है
एक हाइग्रोमीटर हवा की नमी को मापता है, जिसे निरपेक्ष या सापेक्ष मान के रूप में दर्शाया जा सकता है। उनमें से पहला केवल 1 घन मीटर में जल वाष्प का द्रव्यमान देता है। किसी दिए गए तापमान पर हवा का मी। लेकिन दूसरा दिखाता है कि हवा में जल वाष्प संतृप्ति की स्थिति के कितना करीब है, यानी अपने तरल चरण के साथ गतिशील संतुलन के लिए - जब न तो वाष्पीकरण होता है और न ही संक्षेपण होता है। यह संतृप्ति अवस्था में वायु की मापी गई निरपेक्ष आर्द्रता और उसकी निरपेक्ष आर्द्रता के अनुपात के बराबर है। जब हवा में जल वाष्प संतृप्त होता है (फिर से, किसी दिए गए तापमान पर), तो उस हवा की सापेक्ष आर्द्रता 100% होती है। हवा में असंतृप्त जल वाष्प के साथ, तदनुसार, कम है।
एक संक्षेपण आर्द्रतामापी कैसे काम करता है
हवा की आर्द्रता को निर्धारित करने के लिए किसी भी उपकरण के संचालन का सिद्धांत, एक नियम के रूप में, कुछ अन्य मात्रा को मापना है, जैसे कि तापमान, दबाव, द्रव्यमान, या किसी पदार्थ में यांत्रिक और विद्युत परिवर्तन जो नमी को अवशोषित करते हैं. उपयुक्त अंशांकन और गणना द्वारा, इन मापा मूल्यों से निरपेक्ष या सापेक्ष आर्द्रता का निर्धारण हो सकता है। इस प्रक्रिया में एक बहुत ही महत्वपूर्ण भूमिका उस तापमान द्वारा निभाई जाती है जिस पर वाष्प संतृप्ति होती है, जिसे ओस बिंदु कहा जाता है। एक नियम के रूप में, वायु आर्द्रता का निर्धारण करने के लिए आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण इस तापमान को मापते हैं या विद्युत समाई में परिवर्तन या विभिन्न शोषक पदार्थों के प्रतिरोध को मापते हैं, जो बाद में (स्वचालित रूप से) आर्द्रता संकेतकों में परिवर्तित हो जाते हैं।
संघनन आर्द्रतामापी उपकरण
उनका कार्य ओस बिंदु विधि द्वारा हवा में जल वाष्प के मापन पर आधारित है। इस पद्धति में एक सतह को ठंडा करना शामिल है, आमतौर पर एक धातु का दर्पण, उस तापमान पर जिस पर दर्पण की सतह पर पानी सतह के ऊपर नमूना गैस में पानी के वाष्प दबाव के साथ संतुलन में होता है। इस तापमान पर, दर्पण की सतह पर पानी का द्रव्यमान न तो बढ़ता है (यदि सतह बहुत ठंडी है) और न ही घटती है (यदि सतह बहुत गर्म है), यानी दर्पण के ऊपर वाष्प गतिशील संतुलन में है और पानी घनीभूत होता है दर्पण (भाप संतृप्त है)।
यह दर्पण अच्छी तापीय चालकता (चांदी या तांबे की तरह) वाली सामग्री से बना है औरकलंक और ऑक्सीकरण को रोकने के लिए एक अक्रिय धातु जैसे इरिडियम, रूबिडियम, निकल या सोना के साथ चढ़ाया जाता है। घनीभूत होने तक दर्पण को थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर (पेल्टियर प्रभाव) द्वारा ठंडा किया जाता है। प्रकाश की एक किरण, आमतौर पर एक ठोस-अवस्था ब्रॉडबैंड प्रकाश उत्सर्जक डायोड से, एक दर्पण सतह पर निर्देशित होती है, और एक फोटोडेटेक्टर परावर्तित प्रकाश की निगरानी करता है, जिसका प्रवाह अधिकतम होता है जब दर्पण पर कोई संघनन नहीं होता है।
बाल दर्पण आर्द्रतामापी संचालन विधि
जब शीशे के दर्पण की सतह पर ओस की बूंदें बनती हैं तो परावर्तित प्रकाश बिखर जाता है। इस मामले में, फोटोडेटेक्टर में प्रवेश करने वाला इसका प्रवाह कम हो जाता है, जिससे बाद वाले के आउटपुट सिग्नल में बदलाव होता है। यह, बदले में, एक एनालॉग या डिजिटल थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर नियंत्रण प्रणाली द्वारा नियंत्रित किया जाता है जो ओस बिंदु पर एक स्थिर दर्पण तापमान बनाए रखता है। उचित रूप से डिज़ाइन की गई प्रणाली के साथ, दर्पण को ऐसे तापमान पर बनाए रखा जाता है जहां संक्षेपण की दर ओस की परत के वाष्पीकरण की दर के बराबर होती है। दर्पण में लगा एक सटीक लघु प्लेटिनम प्रतिरोध थर्मामीटर (पीआरटी) उस बिंदु पर अपना तापमान मापता है, जो स्वचालित रूप से एक आर्द्रता रीडिंग में परिवर्तित हो जाता है।
विचारित डिज़ाइन की वायु आर्द्रता को मापने के लिए हाइग्रोमीटर में गैस के विश्लेषण किए गए हिस्से में पंप करने के लिए एक वैक्यूम पंप और गंदी परिस्थितियों में अतिरिक्त निस्पंदन तत्व भी शामिल हैं।
माना गया हाइग्रोमीटर के लाभ
इस तरह के उपकरण, एक विस्तृत माप सीमा, उच्च सटीकता और स्थिर रीडिंग के साथ ऑपरेशन के एक सरल सिद्धांत पर आधारित, व्यापक रूप से उद्योग और वैज्ञानिक अनुसंधान में उपयोग किए जाते हैं। कई अन्य आर्द्रता सेंसर के विपरीत, एक विशिष्ट ओस बिंदु हाइग्रोमीटर को बहुत स्थिर, वस्तुतः पहनने के लिए प्रतिरोधी बनाया जा सकता है, जिससे पुन: अंशांकन की आवश्यकता कम हो जाती है। ओस बिंदु आर्द्रता आर्द्रतामापी तापमान सीमा में ओस बिंदु को 100 डिग्री सेल्सियस से न्यूनतम -70 डिग्री सेल्सियस तक मापने में सक्षम है। इस मामले में, माप सटीकता एक डिग्री का दसवां हिस्सा है।
माना गया डिज़ाइन के कई हाइग्रोमीटर माइक्रोप्रोसेसर नियंत्रण से लैस हैं और, एक प्रतिरोधक तापमान सेंसर के संयोजन में, ओस बिंदु के अलावा या इसके बजाय किसी भी वांछित आर्द्रता मापदंडों की गणना और बाहरी संकेतक पर प्रदर्शित करने में सक्षम हैं। इसके अलावा, ये डिवाइस वायरलेस तकनीक का उपयोग करके परिणामों के हस्तांतरण की अनुमति देते हैं। स्वाभाविक रूप से, स्वचालित डेटा संग्रह और प्रासंगिक तकनीकी प्रक्रियाओं के नियंत्रण के लिए विभिन्न औद्योगिक प्रणालियों के हिस्से के रूप में ऐसे उपकरणों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
इस तरह के हाइग्रोमीटर की कीमत कितनी होगी? इसकी कीमत, निश्चित रूप से, डिवाइस के इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण प्रणाली की उपलब्धता और जटिलता के आधार पर, मुख्य रूप से कार्यान्वित कार्यों के सेट द्वारा निर्धारित की जाती है। तो, एक स्थिर संघनन हाइग्रोमीटर जो एक डिजिटल आस्टसीलस्कप की तरह दिखता है, उसकी कीमत कम से कम $4,000 है। विशेष रूप से "उन्नत" मॉडल की कीमत $10,000 से अधिक हो सकती है। बाजार परआप एक पूरी तरह कार्यात्मक पोर्टेबल हाइग्रोमीटर भी पा सकते हैं। इसकी कीमत 1 से 2 हजार डॉलर तक है।
संघनन आर्द्रतामापी के नुकसान
जबकि हाइग्रोमीटर की मानी गई प्रणाली को माप प्रक्रिया में सबसे कुशल माना जाता है, इसका नुकसान ऑपरेशन के दौरान मापने वाले पथ के कुछ हिस्सों का अपरिहार्य संदूषण है।
ठंडा दर्पणों से लैस हाइग्रोमीटर दर्पण पर जमा घुलनशील और अघुलनशील संदूषकों की उपस्थिति के कारण माप की अशुद्धियों को बढ़ाते हैं। अघुलनशील कण दर्पण की ऑप्टिकल विशेषताओं को प्रभावित करते हैं। मध्यम धूल या दर्पण पर अघुलनशील कणों की उपस्थिति एकाग्रता केंद्र प्रदान करती है जिस पर ओस या ठंढ बन सकती है, जिससे डिवाइस का प्रतिक्रिया समय बढ़ जाता है। घुलनशील अशुद्धियाँ दर्पण पर संघनित नमी से वाष्प के दबाव की मात्रा को प्रभावित करती हैं, जो ओस बिंदु को बदल देती है। आधुनिक मापने वाले हाइग्रोमीटर (कम से कम उनके अधिक परिष्कृत मॉडल) में "स्व-परीक्षण" विशेषताएं शामिल हैं जो डिवाइस को आर्द्रता गणना एल्गोरिदम में उचित समायोजन करके संदूषण का पता लगाने और प्रतिक्रिया करने की अनुमति देती हैं।
इन क्षमताओं के बावजूद, लगभग सभी हाइग्रोमीटर को समय-समय पर जांच और साफ करने की आवश्यकता होती है।
ठंडा मिरर हाइग्रोमीटर का रखरखाव
इस अर्थ में निर्देश मैनुअल डिवाइस के उपयोगकर्ता को क्या सलाह देता है। एक आर्द्रतामापी जो गंदगी के प्रति संवेदनशील हो, अवश्य होना चाहिएमाप परिणामों की स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए समय-समय पर साफ किया जाना चाहिए, हालांकि इससे इसके रखरखाव की लागत बढ़ सकती है। उपकरण के दर्पण का निरीक्षण आमतौर पर अंतर्निर्मित माइक्रोस्कोप का उपयोग करके किया जाता है, और इसका रखरखाव मापने वाले डिब्बे को खोलने के बाद मैन्युअल रूप से किया जाता है।
यदि दर्पण की सतह की सफाई उसके संचालन के निर्देशों में आवश्यक आवृत्ति पर की जाती है, तो इस तरह माप की सटीकता को बनाए रखना संभव है। सफाई के लिए दर्पण की सतह तक सुविधाजनक पहुंच आमतौर पर ऑप्टिकल घटकों और दर्पण के बीच एक काज द्वारा प्रदान की जाती है। अब आप कोई भी संघनन हाइग्रोमीटर पा सकते हैं जिसकी उपभोक्ता को बाजार में आवश्यकता है। नीचे दी गई तस्वीर इसके निष्पादन का एक उदाहरण दिखाती है।
मेट्रोलॉजी में हाइग्रोमीटर का उपयोग
एक उचित रूप से डिज़ाइन किया गया और बनाए रखा ठंडा-दर्पण हाइग्रोमीटर अन्य लोकप्रिय नमी मीटरों की तुलना में अधिक सटीकता के परिमाण के साथ आर्द्रता माप प्रदान करता है। इसकी अंतर्निहित माप सटीकता, विशेष रूप से तापमान माप के लिए प्लैटिनम प्रतिरोध थर्मामीटर, दर्पण निगरानी के लिए एक दर्पण और एक मध्यम शक्ति माइक्रोस्कोप से लैस होने पर, इसे मेट्रोलॉजिकल माप के लिए आदर्श बनाता है। वायरलेस डिजिटल संचार चैनलों के माध्यम से सूचना प्रसारित करने की संभावनाएं मौसम संबंधी जानकारी एकत्र करने और संसाधित करने के लिए वैश्विक प्रणालियों में ऐसे हाइग्रोमीटर का उपयोग करने के लिए व्यापक संभावनाएं खोलती हैं।
फ़ैक्टरी लैब और दूषित वातावरण में उपयोग करें
यह वायु आर्द्रता मीटर कारखाने की जलवायु प्रयोगशालाओं में इसके निरपेक्ष मूल्य को मापने के लिए आदर्श है। पर्यावरण परीक्षण कक्षों को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले सापेक्ष आर्द्रता सेंसर जैसे अन्य उपकरणों की सटीकता को नियंत्रित करने के लिए उन्हें अक्सर संदर्भ के रूप में उपयोग किया जाता है।
इन हाइग्रोमीटर के निर्माण में उपयोग की जाने वाली सामग्रियों की स्थिरता, साथ ही उन्हें बार-बार साफ करने की क्षमता, उपकरणों को अंशांकन के नुकसान के बिना अधिकांश संदूषकों वाले वातावरण में बहुत लंबे समय तक सेवा जीवन के लिए उपयुक्त बनाती है। प्रदर्शन की यह स्थिरता उन्हें गैस धाराओं में उपयोग के लिए उपयुक्त बनाती है जहां गैस के नमूनों में उच्च स्तर के संदूषक कम स्थिर प्रकार के आर्द्रता सेंसर के लिए अपरिवर्तनीय रूप से हानिकारक होते हैं। उदाहरण के लिए, विशेष अशुद्धियों वाले वायु वातावरण में धातु उत्पादों की सतहों की गर्मी सख्त होने के दौरान ओस बिंदु को नियंत्रित करने के लिए इस प्रकार के हाइग्रोमीटर का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। ऐसे मामलों में, सफाई के लिए दर्पण तक आसान पहुंच प्रदान करना विशेष रूप से वांछनीय है।
नमी संवेदनशील उत्पादन
फार्मास्यूटिकल्स, फिल्मों, कोटिंग्स और अन्य उत्पादों के उत्पादन में आवश्यक विशिष्ट पैकेजिंग प्रक्रियाओं की निगरानी अक्सर ठंडा दर्पण हाइग्रोमीटर द्वारा की जाती है। फिर, इस मामले में उनकी पसंद माप सटीकता और लंबी सेवा जीवन की स्थिरता से प्रभावित होती है। इसके अलावा, चूंकि ये प्रक्रियाएं कम संवेदनशील होती हैंसाधन लागत, इन हाइग्रोमीटर की उच्च लागत आर्द्रता निगरानी योजना चुनने में एक निर्धारण कारक नहीं है।
उच्च तापमान वाली गैसें और उनके ओस बिंदु
इस प्रकार के हाइग्रोमीटर को अक्सर परिवेश के तापमान से ऊपर ओस बिंदु तापमान को मापने के लिए चुना जाता है। 250 डिग्री सेल्सियस और 700 पीएसआई पर संचालित अपोलो रॉकेट हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं की निगरानी के लिए 1966 की शुरुआत में ठंडा दर्पण उपकरणों का उपयोग किया गया था। आज की थर्मोइलेक्ट्रिक मिरर कूलिंग तकनीकों के साथ, 100 डिग्री सेल्सियस (और अधिक, वायुमंडलीय दबाव से अधिक दबाव मानते हुए) तक ओस बिंदु आसानी से मापा जाता है। ऐसे मामलों में, हाइग्रोमीटर के मापने वाले कक्ष की सभी सतहें जो गैस के नमूने के संपर्क में हैं, उनका तापमान उच्चतम अपेक्षित ओस बिंदु से ऊपर होना चाहिए, अन्यथा इन सतहों पर संक्षेपण हो जाएगा और माप गलत होगा।
उच्च तापमान गैसों के ओस बिंदु को मापने के लिए डिज़ाइन किए गए हाइग्रोमीटर में, मापने वाले कक्ष की दीवारों को उच्चतम अपेक्षित ओस बिंदुओं से ऊपर रखने के लिए थर्मोस्टेटिक रूप से नियंत्रित इलेक्ट्रिक हीटर का उपयोग करना आम बात है। सॉलिड-स्टेट ऑप्टिकल घटकों जैसे एलईडी और डिटेक्टरों को उनके नाममात्र ऑपरेटिंग तापमान (आमतौर पर 85 डिग्री सेल्सियस) पर बनाए रखा जाता है ताकि हाइग्रोमीटर को गिरावट और क्षति को रोका जा सके। यह इन घटकों को गर्म माप कक्ष से ऊष्मीय रूप से इन्सुलेट करके प्राप्त किया जा सकता है।
