Выпадение росы на металлическом корпусе при охлаждении корпуса охлаждение жидкости при ее испарении
От прямого воздействия влаги стационарная и транспортируемая РЭА, как правило, не защищена и не должна эксплуатироваться в этих условиях. Однако на работающую аппаратуру воздействуют пары влаги окружающего воздуха. Нормальной влажностью считается относительная влажность 60. 75 % при температуре 20.. .25 °С.
Выпадение росы (конденсация на холодных поверхностях конструкции) вызывается понижением температуры, которое практически всегда имеет место при отключении и последующем хранении аппаратуры. Например, если в течение дня влажность внутри РЭА составляла 70 %, то точка росы оказывается всего на 5 °С ниже температур, которые имели место внутри РЭА.
Интенсивное нагревание переохлажденной аппаратуры перед приведением ее в рабочее состояние также приводит к конденсации влаги на холодных элементах конструкции. Капли конденсата будут стекаться и собираться в местах «ловушек влаги». В результате аппаратура будет находиться под постоянным воздействием влаги.
Длительное воздействие высокой влажности вызывает коррозию металлических конструкций, набухание и гидролиз органических материалов. Продуктом гидролиза являются органические кислоты, разрушающие органические материалы и вызывающие интенсивную коррозию металлических несущих конструкций. Наличие во влажной атмосфере промышленных газов и пыли приводит к прогрессирующей коррозии. В результате создания благоприятных условий для образования плесени воздействие влаги может многократно усилиться.
Существенно влияние влажности на электрические соединения. При повышенной влажности коррозируют проводники, на разъемных контактах появляются налеты, ухудшающие их качество, отказывают паяные соединения, особенно если они загрязнены. С течением времени рыхлая окисная пленка может оказаться в гнездовых контактах соединителей, что приводит к трудно устранимым отказам.
Слоистые диэлектрики, поглощая влагу, меняют параметры и характеристики. Образование на печатных платах водяной пленки приводит к снижению сопротивления изоляции диэлектриков, появлению токов утечки, электрическим пробоям, механическим разрушениям вследствие набухания-высыхания материала. Из-за поглощения влаги значительно уменьшается электрическая прочность, что особенно сказывается на работоспособности высоковольтных узлов. Влажность ускоряет разрушение лакокрасочных покрытий, нарушает герметизацию и целостность заливки элементов влагозащитными материалами.
Защита аппаратуры от воздействия влажности осуществляется соответствующими материалами, покрытиями, применением усиленной вентиляции сухим воздухом, поддерживанием внутри изделий более высокой температуры, чем температура окружающей среды, использованием поглотителей влаги, разработкой герметичной аппаратуры.
Коррозия протекает более интенсивно при контактировании материалов с существенно различными электрохимическими потенциалами. Металл с отрицательным потенциалом гальванической пары будет разрушаться тем быстрее, чем больше разница электрохимических потенциалов.
Металлические покрытия образуют с основным материалом детали контактную пару. В зависимости от полярности потенциала различают покрытия анодные (отрицательный потенциал покрытия по отношению к основному металлу) и катодные (положительный потенциал покрытия). При коррозии может разрушаться как основной металл детали, так и покрытие. Разрушение происходит из-за наличия пор в покрытиях, повреждений в виде сколов, царапин, трещин, возникающих в процессе эксплуатации, и будут тем интенсивнее, чем больше разница электрохимических потенциалов между основным металлом и покрытием. При анодном покрытии вследствие коррозии разрушается само покрытие, при катодном – основной металл.
В качестве материалов покрытий наибольшее распространение получили никель, медь, цинк, кадмий, олово и серебро. Толщина покрытия выбирается в зависимости от материала и способа нанесения покрытия. Для улучшения механических и защитных свойств покрытий рекомендуются к применению многослойные покрытия из разнородных материалов. Толщина покрытия обычно равна 1-15 мкм.
Оксидирование - получение окисной пленки на стали, алюминии и его сплавах. Покрытие имеет хороший внешний вид, антикоррозионные свойства, но оно микропористое и непрочное. Последнее свойство покрытия позволяет его использовать как грунт под окраску.
Анодирование - декоративное покрытие алюминия и его сплавов электрохимическим способом. Защитная пленка химически устойчива, обладает высокими электроизоляционными свойствами, надежно защищает от коррозии, может быть окрашена.
Фосфатирование - процесс образования на стали защитной пленки с высокими антикоррозионными и электроизоляционными свойствами, хорошей адгезией. Получаемое покрытие пористо и недостаточно прочно. Фосфатные пленки используются как грунт под окраску.
Лакокрасочные покрытия защищают детали от коррозии. Как недостаток следует отметить низкую механическую прочность и термостойкость. Этот вид покрытия применяется для окрашивания каркасов, кожухов, лицевых панелей приборов и т. п. Качественный внешний вид изделия обеспечивается многослойным окрашиванием. Толщина лакокрасочного покрытия колеблется от 20 до 200 мкм. Различают следующие виды лаковых покрытий для защиты от соответствующих видов внешнего воздействия:
· Водостойкие - морская, пресная вода и ее пары.
· Специальные - облучение, глубокий холод, открытое пламя, биологическое воздействие и пр.
· Маслобензостойкие – минеральные масла и смазки, бензин, керосин.
· Химически стойкие – различные химические реагенты, агрессивные газы, пары и жидкости растворы кислот и солей.
· Термостойкие - температура выше +60 °С.
· Электроизоляционные - электрический ток, коронные и поверхностные разряды.
Недостатком лаковых покрытий является то, что они требуют высокой чистоты производственных процессов и усложняют замену компонентов. При эксплуатации покрытия скалываются, шелушатся и загрязняют контакты электрических соединителей. Пары воды, попадая под покрытия, конденсируются и уменьшают электрическое сопротивление между разобщенными цепями. При высыхании покрытия образующиеся мосты из лака между рядом расположенными выводами компонентов передают механические напряжения на выводы и паяные соединения, увеличивая вероятность отказа паяных контактов.
Защита от воздействия пыли [2]
Пыль - смесь твердых частиц малой массы, находящаяся в воздухе во взвешенном состоянии. Различают пыль естественную или природную, всегда присутствующую в воздухе, и техническую, которая является следствием износа оборудования, обработки материалов, сжигания топлива и пр.
При относительной влажности воздуха выше 75 % и нормальной температуре наблюдается рост числа частиц пыли, их коагуляция, увеличивается вероятность притяжения пыли к неподвижным поверхностям. При низкой влажности частицы пыли электрически заряжаются, неметаллические - положительно, металлические - отрицательно. Заряд частиц чаще всего возникает из-за трения.
Загрязненность воздуха пылью снижает надежность работы РЭА. Пыль, попадая в смазочные материалы и прилипая к скользящим поверхностям деталей электромеханических узлов, приводит к ускоренному их износу. Под воздействием пыли изменяются параметры и характеристики магнитных лент, дискет, магнитных головок, царапается и приходит в негодность магнитный слой. Пыль в зазорах контактов препятствует замыканию контактов реле.
Оседающая на поверхности некоторых металлов пыль опасна из-за своей гигроскопичности, поскольку уже при относительно небольшой влажности пыль существенно повышает скорость коррозии. Пыль с поглощенными ею растворами кислот разрушает достаточно быстро даже очень хорошие краски. В тропических странах пыль часто является причиной роста плесени.
Слежавшаяся в процессе длительной эксплуатации на поверхности компонентов пыль снижает сопротивление изоляции, особенно в условиях повышенной влажности, приводит к появлению токов утечек между выводами, что очень опасно для микросхем. Диэлектрическая проницаемость пыли выше диэлектрической проницаемости воздуха, что определяет завышение емкости между выводами компонентов и, как следствие, увеличение емкостных помех. Оседающая пыль снижает эффективность охлаждения изделия, образует на поверхностях печатных плат, не защищенных лаковым покрытием, токопроводящие перемычки между проводниками.
Пыленепроницаемость РЭА или отдельных ее устройств может быть достигнута установкой их в герметичные корпуса. Однако при этом возрастает стоимость РЭА и ухудшается температурный режим работы. Если корпус РЭА выполнен с перфорациями, пыль вместе с воздухом проникнет внутрь РЭА естественным путем либо вместе с воздушными потоками от вентиляторов. Уменьшить попадание пыли внутрь РЭА возможно установкой на вентиляционные отверстия мелкоячеечных сеток и противопыльных фильтров.
Герметизация аппаратуры
Герметизация РЭА является надежным средством защиты от воздействия от пыли, влажности и вредных веществ окружающей среды.
Модули конструкции первого уровня защищают покрытием лаком, заливкой эпоксидной смолой, пропиткой, особенно моточных изделий, опрессовкой герметизирующими компаундами на основе органических (смол, битумов) или неорганических (алюмофосфатов, металлометафосфатов) веществ. Герметизация компаундами улучшает электроизоляционные и механические характеристики модуля. Однако низкая теплопроводность большинства компаундов ухудшает отвод теплоты и делает невозможным ремонт.
Полная герметизация путем помещения изделия в герметичный кожух является самым эффективным способом защиты, но и дорогим. При этом возникает необходимость в разработке специальных корпусов, способов герметизации внешних электрических соединителей, элементов управления и индикации. Стенки герметизируемых изделий должны противостоять значительным усилиям из-за разницы давлений внутри и снаружи изделия. В результате увеличения жесткости конструкции возрастает ее масса и размеры.
Постоянства относительной влажности в определенных пределах внутри герметичного аппарата можно добиться введением внутрь изделия веществ, активно поглощающих влагу. Подобными веществами являются силикагель, хлористый кальций, фосфорный ангидрид.
При жестких требованиях к герметичности корпуса изделия герметизацию выполняют сваркой или пайкой по всему периметру корпуса. Конструкция корпуса изделия должна допускать неоднократное выполнение операций разгерметизации/герметизации. В углубление корпуса устанавливается прокладка из жаростойкой резины, на которую укладывается стальная луженая проволока, которая припаивается к корпусу, образуя шов. При разгерметизации изделия шов нагревают, и припой вместе с проволокой удаляется.
При герметизации внутренний объем герметизируемой аппаратуры заполняется инертным газом (аргоном или азотом) с небольшим избыточным давлением. Закачка газа внутрь корпуса осуществляется через клапаны-трубки с последующей герметизацией. Продувка азотом обеспечивает очистку полости корпуса от водяных паров.
Элементы управления и индикации герметизируются резиновыми чехлами, мембранами, электрические соединители - установкой на прокладки, заливкой компаундами.
Выбор способа герметизации определяется условиями эксплуатации, применяемыми материалами и покрытиями, требованиями к электрическому монтажу. Окончательное решение о выборе способа герметизации принимается после проведения натурных испытаний РЭА в камерах влажности.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Удивительное и полезное природное явление, или почему жидкости при испарении охлаждаются
Как приятно жарким днем посидеть у водоема или фонтана, где воздух прохладнее. Купание в жаркий летний день отлично охлаждает тело. От горячего свежезаваренного чая идет пар, чтобы не обжечься приходится дуть на него.
В обоих случаях человек, даже не задумываясь, сталкивается с явлением охлаждения при испарении. Рассмотрим, что это такое и каковы его особенности.
Чем это объясняется?
Если наблюдать за жидкостями в открытых сосудах, со временем можно заметить, что ее становится меньше. За счет молекул с большей кинетической энергией, которые преодолевают поверхностное натяжение и улетучиваются в атмосферу, происходит процесс испарения жидкости.
Поскольку вылетающие с поверхности молекулы нуждаются в большом количестве энергии, они забирают ее из жидкости. Энергия жидкости тепловая, при ее потере вода начинает охлаждаться.
Например, после купания или душа тепло тела передается влаге на поверхности кожи, которая тут же начинает испаряться, охлаждая организм.
После полного исчезновения воды тепловой баланс восстанавливается, ощущение прохлады уменьшается, поэтому после купания в холодной воде рекомендуется сразу растереться полотенцем, чтобы убрать лишнюю влагу и не допустить переохлаждения.
Отчего происходит охлаждение термодинамической системы?
Термодинамическая система – это совокупность материальных тел, находящихся в постоянном взаимодействии между собой и окружающей средой.
Состояние системы определяют:
- температура,
- давление,
- объем,
- масса.
При неизменных параметрах состояние неизменно – это называют термодинамическим равновесием. Естественным путем тепло переходит от теплого тела к холодному. Если жидкость теплее окружающей среды, она начинает «парить».
Процесс состоит из 3-х этапов:
- Жидкость отдает часть тепла с паром и охлаждается.
- Для того, чтобы восстановить энергию, потерянную с паром, вода начинает поглощать ее из окружающей среды.
- Температура окружающей среды начинает снижаться.
Охлаждение воздуха испарением воды
Превращаясь в пар, вода поглощает тепло из окружающей среды.
Температура воды не меняется, а то количество энергии, которая поступает, уходит на изменение молекулярной структуры жидкости и преобразование ее в пар.
Температура воздуха, отдавшего тепло для испарения, падает. Например, морской бриз прекрасно охлаждает воздух. Воздух бриза прохладен, поэтому, когда он проносится над водой, пар, поднимающийся с поверхности, поглощает тепло из ветерка, и температура воздуха понижается.
Количество теплоты при остывании пара
В процессе передачи паром тепла к окружающей среде происходит теплообмен, изменение внутренней энергии пара и охлаждение. Процесс происходит самопроизвольно без совершения дополнительной работы.
Изменение внутренней энергии пара при теплопередаче характеризуется количеством теплоты, которая обозначается Q. Количество теплоты измеряется в джоулях (Дж) или калориях (кал). Соотношение между джоулем и калорией – 1 кал=4,2 Дж.
Остывая, пар отдает тепло. Количество теплоты, выделенное из-за охлаждения пара – это часть его собственной внутренней энергии, которая затем теряется при теплопередаче.
Формула, определяющая количество теплоты при охлаждении: Q = cm(T2-T1), где:
- с – удельная теплоемкость пара;
- m – масса пара;
- T2-T1 – разница температур.
Видео по теме статьи
Охлаждение испарением, видео-урок:
Заключение
Охлаждение при испарении – природное явление, когда пар улетучивается из жидкости и остужает окружающую среду. Такое удивительное и полезное природное явление не осталось незамеченным учеными.
Если ранее использовалась способность пара охлаждать помещения при помощи подручных средств, то теперь появились охладительные установки испарительного типа, которые широко используются по всему миру.
Выпадение росы на металлическом корпусе при охлаждении корпуса охлаждение жидкости при ее испарении
В промышленной и лабораторной практике часто возникает необходимость определения количества влаги в воздухе или различных газах. Было предложено много приборов для измерения влажности, среди которых наибольшее распространение получили психрометры, волосяные гигрометры и гигрометры, основанные на измерении температуры точки росы. Измерение влажности психрометром возможно лишь при положительных температурах, а волосяные гигрометры обладают незначительной точностью и малой надежностью измерений. Наиболее
удовлетворяют требованиям эксплуатации гигрометру, основанные на фиксации температуры образования конденсата — точки росы. Гигрометры этого типа получили название конденсационных.
Зная температуру точки росы, можно вычислить абсолютное содержание влаги в исследуемом газе. Бесспорным достоинством конденсационных гигрометров является возможность автоматизировать процесс измерения, т. е. создать приборы непрерывного действия. Охлаждение поверхности конденсации в конденсационных гигрометрах осуществляется различными криостатическими смесями, твердой углекислотой, жидким азотом или посредством дросселирования сжатого газа.
Рис. 123. Разрез визуального гигрометра.
Эти методы охлаждения обладают рядом недостатков, основным из которых является необходимость периодического пополнения хладоагента, что резко снижает эксплуатационные возможности прибора.
Использование термоэлектрического метода охлаждения поверхности конденсации позволило создать несколько типов простых по конструкции и надежных в эксплуатации гигрометров.
Наиболее простым по конструкции является гигрометр, в котором момент выпадения росы фиксируется визуально по запотеванию рабочей поверхности прибора. По идее этот прибор представляет собой гигрометр Лембрехта, у которого для охлаждения поверхности конденсации вместо эфира применено термоэлектрическое охлаждение. Гигрометр представляет собой самостоятельный прибор, к которому только требуется подключить питание от соответствующего выпрямителя.
Основным конструктивным элементом гигрометра (рис. 123) является термоэлемент 1, к холодному спаю которого припаян медный диск 2, являющийся поверхностью конденсации. Для более точного определения момента выпадения росы на поверхности конденсации последняя окружена полированным эбонитовым кольцом 3, вокруг которого располагается контрольная поверхность сравнения 4.
Термоэлемент и блок конденсации закрыть слоем теплоизоляции 5, выполненной из пенопласта. Горячий спай термоэлемента припаян к коллектору 7, снабженному системой радиаторных пластин 6. Измерение температуры, при которой выпала роса, производится по спиртовому термометру, который помещается в канал 8. Головка прибора смонтирована в металлическом корпусе 9 и установлена на стойке 10.
Рис. 124. Блок-схема гигрометра периодического действия.
Термоэлектрическая пара гигрометра позволяет понизить температуру поверхности конденсации на 30° относительно температуры окружающего воздуха. При рабочем токе 20 а потребляемая элементом мощность равна
Габаритные размеры гигрометра: диаметр высота Вес прибора
Гигрометр периодического действия. В гигрометре этого типа, блок-схема которого показана на рис. 124, точка росы фиксируется по изменению поверхностной проводимости стекла, охлаждаемого термоэлектрической парой. Гигрометр имеет следующие основные узлы: систему охлаждения, индикатор росы, электрометрический мост, двухкаскадный магнитный усилитель, выпрямитель для питания моста, микротермисторы для измерения температуры, вентилятор с заводным механизмом для прососа испытуемого газа.
Система охлаждения содержит термоэлектрическую пару и радиатор для отвода тепла с горячих спаев термоэлемента в окружающий воздух. С целью уменьшения температурного перепада между горячим спаем термоэлемента и окружающим воздухом площадь радиатора по сравнению с теоретическим расчетом несколько увеличена и составляет Это обеспечивает
уменьшение паразитного температурного перепада между радиатором и окружающей средой на В стационарных условиях при оптимальном питающем токе 10 а и температуре окружающего воздуха 20° на холодном спае через 50—60 сек. достигается температура —11°. При просасывании исследуемого газа тепловая нагрузка на холодный спай увеличивается и уменьшается максимально достижимый перепад температур. При выбранной скорости потока воздуха на холодном спае устанавливается температура —10°.
Индикатором росы служит стекло (ширина длина толщина на которое катодным распылением нанесен слой платины 1 и сделан разрыв шириной К серебряным контактам, нанесенным вжиганием, припаяны сплавом Вуда электроды для соединения пластинки с электрической схемой гигрометра. Стекло с нанесенными слоями приклеено эпоксидным клеем к холодному спаю термоэлемента. С целью теплоизоляции от окружающей среды полупроводниковая батарея и поверхность конденсации закрыты теплоизоляционным чехлом. Испытуемый газ засасывается через специальный штуцер.
Гигрометр питается от сети 220 в. Принцип действия электрической схемы прибора заключается в следующем: в результате выпадения росы изменяется баланс электрометрического моста, и сигнал в поступает на магнитный усилитель; сигнал разбаланса, усиленный до размыкает реле при этом рвется цепь питания термоэлемента и происходит испарение сконденсированной влаги. исчезновении росы реле включает термоэлемент и процесс повторяется. Температуру выпадения росы измеряет термистор смонтированный непосредственно под охлаждаемым стеклом. Температура окружающей среды измеряется другим термистором, помещенным в потоке исследуемого газа. Схема позволяет до начала измерений сбалансировать электрометрический мост, а также установить требуемое напряжение питания термисторов.
Следует отметить, что в зависимости от ширины разрыва слоя платины, нанесенной на стекло, изменяется чувствительность прибора. Оказалось, что при расстоянии между электродами (сопротивление промежутка прибор фиксирует выпадение росы на несколько секунд раньше, чем ее удается заметить в микроскоп ( Было установлено, что чувствительность гигрометра в основном определяется временем срабатывания усилителя в реле, поэтому применение пленок с очень малым зазором в данной конструкции нецелесообразно. Цикл
одного измерения (конденсация—испарение) занимает 20— 30 сек.
Испытания прибора показали, что температура точки росы определяется с точностью ±1°, разброс значений при измерении не превышает 0.5°. Гигрометр позволяет измерять влажность газов с температурой точки росы от до —10°.
Рис. 125. Общин вид гигрометра периодического действия.
Измерение влажности более сухих газов ограничено тем обстоятельством что при этом конденсация влаги происходит в виде твердой фазы и поверхностная проводимость стекла изменяется недостаточно для получения необходимого сигнала.
Общий вид гигрометра периодического действия приведен на рис. 125.
Гигрометр непрерывного действия. Автоматический гигрометр непрерывного действия основан на изменении отражательной способности зеркала при выпадении на нем росы.
В 1958 г. был разработан промышленный образец термоэлектрического конденсационного автоматического гигрометра непрерывного действия, позволяющего измерять температуру
точки росы воздуха или любых промышленных газов от до —50°. Принципиальная блок-схема гигрометра изображена на рис. 126. На холодном спае термоэлектрической батареи помещено зеркало 1, которое в процессе измерения обдувается струей газа, влажность которого требуется определить. Зеркало освещается пучком света от осветителя 2, питаемого источником 3. Отразившись от зеркала, свет попадает на фотосопротивление Электронная схема управления настроена таким образом, что при изменении количества света, падающего на фотосопротивление, что имеет место при выпадении на зеркале росы, усилитель фототока 5 подает сигнал на регулирующее устройство 6, которое имеет выход на электронный самописец 11 типа и исполнительный механизм 7, посредством которого может быть изменен режим увлажнения или осушки воздуха или газа и включено соответствующее сигнальное устройство.
Рис. 126. Блок-схема гигрометра непрерывного действия.
Температура, при которой на зеркале выпала роса, фиксируется микротермистором 10, сигнал от которого поступает на регулирующее устройство и самописец. После фиксации температуры выпадения росы регулирующее устройство подает сигнал на схему реверсирования тока 8, питающего термобатарею от выпрямителя 9. Термобатарея переводится из режима охлаждения в режим нагрева; роса, выпавшая на зеркале, испаряется, после чего схема реверсирования подает на термобатарею ток прямой полярности, и весь процесс повторяется. Гигрометр позволяет автоматически производить измерение влажности со скоростью 30 циклов в час.
Как указывалось выше, гигрометр позволяет измерять влажность вплоть до температуры точки росы —50°. Столь низкая
температура достигается благодаря использованию двухкаскадной высокоэффективной термобатареи, разрез которой показан на рис. 127.
Рис. 127. Разрез термобатареи гигрометра непрерывного действия.
Термоэлементы первого каскада 2 и 9 в количестве пяти пар припаяны к системе отвода тепла, состоящей из электрически изолированных друг от друга шести латунных брусков
11, внутри которых имеются каналы для прохождения воды, подаваемой к термобатарее через штуцера 1. Система теплоотвода залита в эпоксидную смолу 10, благодаря чему образуется единый, конструктивно законченный узел. Один термоэлемент второго каскада 4 припаян к двойным коммутационным пластинам 6 и 8, склеенным между собой эпоксидным клеем. На коллектор холодных спаев второго каскада 5 в дальнейшем припаивается металлическое зеркало. Для уменьшения паразитных теплопритоков термоэлементы закрыты слоем пенопласта 3 и защитным плексигласовым колпаком 7. Электрическое питание термобатареи подключается через две токоведущие шины, закрепленные на штуцерах водяного охлаждения. Описанная термоэлектрическая батарея обладает значительной холодопроизводительность то за счет последовательного цитания первого и второго каскадов. Это достигается соответствующим выбором конструкции коммутационных пластин, количества и геометрии полупроводников и рядом других факторов. Общий вид термоэлектрического гигрометра приведен на рис. 128.
Основные паспортные данные гигрометра непрерывного действия следующие.
Рис. 128. Общин вид гигрометра непрерывного действия (без блока питания и регулирования).
В 1964 г. был разработан еще один вариант конденсационного гигрометра непрерывного действия с термоэлектрическим охлаждением поверхности конденсации.
В основу этого прибора был положен автоматический фотоэлектронный индикатор влажности серийно выпускаемый промышленностью. В приборе охлаждение поверхности конденсации — зеркала — осуществлялось посредством дросселирования сжатого воздуха. Момент выпадения росы фиксировался по изменению отражательной способности зеркала специальной фотоэлектронной схемой. При этом температура зеркала измерялась платиновым термометром сопротивления. Эксплуатация прибора сопряжена с рядом неудобств, основным из которых является необходимость иметь воздух высокого давления атм) для охлаждения поверхности конденсации. В то же время основные узлы прибора — фотоэлектронный конденсатор и измеритель температуры обладают достаточной точностью и надежностью в работе. В связи с этим была разработана конструкция термоэлектрического охладителя для прибора Конструктивно термоэлектрический охладитель был выполнен таким образом, чтобы при минимальной переделке им можно было заменить охладитель прибора
Термоэлектрический охладитель собран на трехкаскадной термобатарее с последовательным питанием всех каскадов. В первом каскаде термобатареи — 15 термоэлементов, во втором — 3, в третьем — 1. Теплосъем с горячих спаев термобатареи осуществляется проточной водой. Для питания термобатареи служит двухполупериодный выпрямитель с вентилями
Для сглаживания пульсации выпрямленного тока служит дроссель фильтра. На шасси прибора вместо некоторых узлов и деталей, обеспечивающих охлаждение посредством дросселирования сжатого воздуха, размещены термоэлектрический охладитель и выпрямитель для его питания. На коллектор холодного спая термоэлемента третьего каскада припаивается хромированное зеркало, по изменению отражательной способности которого судят о моменте выпадения росы. Поскольку прибор предназначен для непрерывной работы, после каждого цикла
охлаждения необходимо убрать выпавшую на зеркале росу. Это обеспечивается нагревом зеркала до температуры 30—40°.
Нагрев зеркала можно было бы осуществить посредством переключения полярности питающего термобатарею тока, но это приводило к нежелательным температурным раскачкам всей батареи. В связи с этим на коллектор холодного спая термоэлемента третьего каскада была намотана печка, которая включалась автоматически при необходимости испарения выпавшей на зеркале росы. При этом термобатарея не выключалась, а положительная температура на зеркале достигалась благодаря превалированию нагрева печкой над холодопроизводительностыо третьего каскада термобатареи. На коллектор холодного спая термоэлемента третьего каскада намотан платиновый термометр сопротивления, являющийся датчиком для автоматической схемы измерения точки росы. При скорости обдува зеркала исследуемым газом в температура зеркала может быть понижена до —70°.
Некоторые данные, характеризующие термоэлектрическую батарею охладителя для прибора приведены ниже.
Тип 20 № 1240Одним из возможных способов охлаждения зеркальца конденсационного гигрометра является испарение на обратной стороне зеркальца жидкости, в результате чего от зеркальца отнимается теплота испарения. Какую жидкость лучше для этого использовать – эфир или спирт? Давления насыщенных паров эфира и спирта при комнатной температуре равны 60 кПа и 5,9 кПа, соответственно. Ответ поясните.
Туман и роса
В воздухе всегда присутствуют водяные пары, концентрация которых может быть различной. Опыт показывает, что концентрация паров не может превышать некоторого максимально возможного значения nmax (для каждой температуры это значение своё). Пары с концентрацией, равной nmax, называются насыщенными. С ростом температуры максимально возможная концентрация водяных паров также растёт. Отношение концентрации n
водяных паров при данной температуре к максимально возможной концентрации при той же температуре называется относительной влажностью, которая обозначается буквой f. Относительную влажность
принято измерять в процентах. Из сказанного следует, что f = (n/nmax) · 100%.
При этом относительная влажность не может превышать 100%.
Пусть при некоторой температуре t концентрация водяных паров в воздухе равна n, а относительная влажность меньше, чем 100%. Если температура будет понижаться, то вместе с ней будет уменьшаться и величина nmax, а значит, относительная влажность будет увеличиваться. При некоторой критической температуре относительная влажность достигнет значения 100% (в этот момент концентрация водяных паров станет максимально возможной при данной температуре). Поэтому дальнейшее понижение температуры приведёт к переходу водяных паров в жидкое состояние — в воздухе образуются капли тумана, а на предметах выпадут капли росы. Поэтому упомянутая выше критическая температура называется точкой росы (обозначается tр).
На измерении точки росы основано действие прибора для определения относительной влажности воздуха — конденсационного гигрометра. Он состоит из зеркальца, которое может охлаждаться при помощи какого-либо
устройства, и точного термометра для измерения температуры зеркальца. При понижении температуры зеркальца до точки росы на нём выпадают капли жидкости. Величину относительной влажности воздуха определяют по измеренному значению точки росы при помощи специальных таблиц.
Существует ещё одна разновидность тумана — ледяной туман. Он наблюдается при температурах ниже −(10 ÷ 15) °C и состоит из мелких кристалликов льда, которые сверкают либо в лучах солнца, либо в свете луны или фонарей. Особенностью ледяного тумана является то, что он может наблюдаться и при относительной влажности, меньшей 100% (даже менее 50%). Условием возникновения ледяного тумана при низкой относительной влажности является очень низкая температура (ниже −30 °C) и наличие обильных источников водяного пара (например, труб и сточных водоёмов
промышленных предприятий, печных труб жилых помещений, выхлопных труб мощных двигателей внутреннего сгорания и т. п.). Поэтому ледяной туман при низкой влажности наблюдается в населённых пунктах, на крупных железнодорожных станциях, на активно действующих аэродромах и т. п.
Образование конденсата. Физическая суть процесса
Конденсат – это вода в жидкой фазе, образовавшаяся (выпавшая) из воздуха на поверхностях конструкций или в их внутренних слоях. Конденсат, где бы он ни появился, всегда нежелательное, а часто и разрушительное, явление для нормального функционирования ограждающих конструкций. Чтобы предотвратить образование конденсата, необходимо знать суть физических процессов его вызывающих.
ФИЗИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ОБРАЗОВАНИЯ КОНДЕНСАТА
Физическая суть процесса возникновения конденсата состоит в том, что максимальное количество влаги, которое воздух способен содержать в себе в форме газа (водяных паров) зависит в основном от его температуры. Чем меньше температура воздуха, тем меньшее количество водяных паров, т.е. воды в газообразной форме, может содержать в себе воздух, и наоборот.
Таким образом, при понижении температуры самого воздуха или при контакте воздуха с охлажденными предметами, может возникнуть момент, когда его температура понижается до точки росы и, в итоге, выпадает конденсат (роса), т.е. та часть воды, которая уже не удерживается в воздухе в форме газа. Наступает момент насыщения воздуха водяными парами и «лишние» водяные пары выпадают в жидкой фазе в виде конденсата. Данный процесс хорошо иллюстрирует схема возникновения конденсата.
Схема образования конденсата
На рисунке обозначено:
t 1 в – температура воздуха в начале процесса;
t 2 в – температура воздуха в момент достижения значения точки росы;
t 3 в – температура воздуха ниже значения точки росы;
τ р - температура точки росы (точка росы);
f 1 в , f 2 в и f 3 в – фактические абсолютные влажности воздуха при данной температуре воздуха;
f 1 max , f 2 max и f 1 max – максимальные абсолютные влажности воздуха при данной температуре воздуха;
e 1 в , e 2 в и e 3 в – фактические парциальные давления водяных паров при данной температуре воздуха;
Е 1 max , Е 2 max и Е 3 max – максимально возможные парциальные давления водяных паров при данной температуре воздуха;
φ 1 в , φ 2 в и φ 3 в – относительные влажности воздуха при данной температуре.
Абсолютная влажность воздуха (f) – это количество водяных паров по весу, содержащихся в единице объема воздуха. Каждому значению температуры воздуха (при фиксированном его давлении) соответствует максимально возможное при данной температуре значение абсолютной влажности.
Парциальное давление водяного пара (е, Е) – это та часть общего давления воздуха, которая обеспечивается давлением водяного пара. Для каждой температуры воздуха есть свое максимально возможное значение парциального давления водяных паров (Е).
Относительная влажность воздуха (φ) – это отношение фактической массовой доли водяных паров в воздухе к максимально возможной доли при данной температуре воздуха, измеряемое в процентах. Не углубляясь в детали термодинамики, φ можно определять по формулам:
φ = e*100/ Е max = f*100 / f max .
Из вышесказанного видно, что основным условием для выпадения конденсата является понижение температуры воздуха до значений точки росы и ниже. Достижение точки росы характеризуется повышением относительной влажности воздуха до 100%, что, в свою очередь, означает достижение равенства фактического и максимально возможного значений, как абсолютной влажности воздуха, так и парциального давления водяных паров в нем.
МЕРЫ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ ВЫПАДЕНИЯ КОНДЕНСАТА
Учитывая вышесказанное, для предотвращения выпадения конденсата на поверхностях и внутренних слоях ограждающих конструкций, необходимо принимать следующие меры:
Повысить температуру внутренних поверхностей ограждающих конструкций. Для этого, поверхности наружных стен, окон, чердачных и цокольных перекрытий должны иметь хороший теплообмен с внутренним воздухом, необходима их хорошая теплоизоляция и отсутствие мостиков холода;
Понизить относительную влажность воздуха в помещениях. Для этого помещения дома и, особенно, ванны, туалеты, кухни должны иметь хорошую вентиляцию.
Поддерживать температуру воздуха в помещениях не ниже рекомендуемого санитарно-гигиеническими нормами диапазона: 22-24 град.
Защитить слоем пароизоляции внутренние слои ограждающих конструкций от возможного проникновения в них водяных паров из помещений и, как следствие, возможного выпадения конденсата внутри ограждающих конструкций. Слой пароизоляции устанавливается перед слоем утеплителя на пути водяных паров изнутри наружу.
На практике применяют сразу все четыре указанных приема защиты от конденсата.
Читайте также: