Kosteuden mittaaminen kosteissa olosuhteissa

Mittaaminen ympäristöissä, joissa on suuri suhteellinen kosteus (yli 90 %), on aina haastavaa, sillä olosuhteet ovat hyvin lähellä saturaatiopistettä. Otetaan esimerkiksi prosessiympäristö, jonka lämpötila on 60 °C ja suhteellinen kosteus 95 %. Vastaava kastepisteen lämpötila on 59 °C, eli vesihöyry kondensoituu kaikille pinnoille, joiden lämpötila on enintään 59 °C. Tämä jättää hyvin pienen pelivaran ennen kondensaation tapahtumista. Seuraavassa kuvaamme teknisiä ongelmia, joita tämä voi aiheuttaa mittauksiin.

• Vesi voi tiivistyä lämmittämättömän mittapään pinnalle prosessiolosuhteiden muuttuessa nopeasti painepiikkien tai lämpötilavaihtelujen vuoksi, ja mittapää voi pysyä kosteana useita minuutteja. Tämä johtaa tilanteeseen, jossa ei saada kelvollisia mittaustietoja silloin, kun niitä eniten tarvitaan – eli olosuhteiden muuttuessa.
• Asennuksessa, jossa puolet mittapään kärjestä on prosessiympäristössä ja toinen puoli sen ulkopuolella, ulkolämpötila vaikuttaa mittapään lämpötilaan. Jos ulkolämpötila on matalampi kuin prosessilämpötila, mittapää jäähtyy myös prosessipuolelta. Tällöin voi syntyä kondensaatiota, joka heikentää mittausta.

Näiden kahden ongelman muunnelmia esiintyy monissa sovelluksissa joissa kosteus on suuri. Esimerkiksi ulkomittaukset voivat häiriintyä sumun, sateen tai voimakkaan kasteen vuoksi. Miten siis voidaan saada kelvollisia mittaustietoja ja saavuttaa anturin maksimaalinen käytettävyysaika silloinkin, kun ympäristö on saturaatiopisteessä tai sen lähellä?

Vaisala on kehittänyt mittapäiden ja anturien lämmitysteknologioita tällaisia ongelmatilanteita varten.

Mittapään lämmitys

Mittapäiden lämmitystekniikka mahdollistaa luotettavat ja tarkat kosteusmittaukset jopa olosuhteissa, joissa suhteellinen kosteus (RH) on 100 %. Se on käytettävissä useissa Vaisalan tuotteissa, kuten älykkäässä HMP7 ‑mittapäässä ja kiinteästi asennettavassa HMT337-lähettimessä, jotka on suunniteltu erityisesti kosteisiin ympäristöihin. Näissä tuotteissa on kosteuden mittaamista varten komposiittianturi, johon on liitetty lisäksi lämpötila-anturi. Komposiittianturin suhteellinen kosteus ja lämpötila ovat tiedossa jatkuvasti. Komposiittianturin sisältävä kosteusmittapää on varustettu lämmityselementillä, joka pitää paitsi anturin myös koko mittapään – suodatin mukaan lukien – useita asteita ympäristön lämpötilaa korkeammassa lämpötilassa. Näin varmistetaan, ettei vettä pääse tiivistymään anturille silloinkaan, kun mittausympäristö on kastepisteen lämpötilassa (100 %RH). Komposiittianturin kastepistelämpötila voidaan laskea mitattujen suhteellisen kosteuden ja lämpötilan arvojen perusteella, ja sitä voidaan käyttää suoraan lähtösuureena.

Jos lähtösuureena halutaan käyttää suhteellista kosteutta tai muuta kosteusparametria, HMT337-lähettimessä täytyy käyttää erillistä lämpötila-anturia, joka asennetaan samaan mittausympäristöön kosteusanturin kanssa. Tämä on tarpeen, koska suhteellinen kosteus on lämpötilariippuvainen parametri ja mittapään lämmitys häiritsee suhteellisen kosteuden mittausta. Suhteellinen kosteus voidaan laskea luotettavasti käyttämällä kastepisteen arvoa ja lisäanturin mittaamaa lämpötilan arvoa.

Anturin lämmitys

Anturin lämmitys on toinen lämmitystoiminto, joka on käytettävissä joissakin Vaisalan kosteusmittaustuotteissa. Oletusasetuksen mukaan anturin lämmitystoiminto lämmittää anturin nopeasti 100 asteeseen noin 30 sekunnin ajaksi. Käyttäjä voi määrittää sekä loppulämpötilan että lämmityksen keston. Toisin kuin mittapään lämmityksessä tässä tekniikassa lämmitetään kosteusanturiin liitettyä lämpötila-anturia suoraan. Tämä on paljon nopeampi menetelmä kuin koko mittapään lämmitys, mutta haittapuolena mittaus on offline-tilassa silloin, kun anturia lämmitetään ja kun se jäähtyy takaisin käyttölämpötilaansa. Prosessi kestää tyypillisesti parisen minuuttia. Tänä aikana viimeisin kelvollinen mittaus pysyy lähdössä ja näkyy lähettimen näytössä. Käyttäjät voivat määrittää anturin lämmitystoiminnon aktivoitumaan automaattisesti, kun tietty kosteustaso saavutetaan.

Paras suoja kondensaatiota vastaan saavutetaan käyttämällä anturin lämmitystoimintoa yhdessä lämmitetyn mittapään kanssa. Anturin lämmitystä voidaan ajatella puolustusmekanismina, joka estää nopeasti kasvavaa kosteutta kastelemasta anturia. Lisäksi se nopeuttaa palautumista kondensaatiosta.

Kemikaalien poisto

Mittapäiden ja anturien lämmitystekniikoiden lisäksi joissakin Vaisalan kosteusmittaustuotteissa on käytettävissä myös kolmas lämmitystapa, kemikaalien poisto. Tämä toiminto auttaa korjaamaan mahdollista pitkän aikavälin ryömintää ja pidentää tarvittavaa kalibrointiväliä ympäristöissä, joissa esiintyy kaasumaisia kemikaaliepäpuhtauksia. Hiilivetypohjaiset liuottimet, puhdistuskemikaalit ja sterilointiaineet ovat esimerkkejä aineista, joilla on taipumusta tunkeutua anturien sisään. Ne kaikki voidaan poistaa käyttämällä kemikaalien poistotoimintoa. Kemikaalien poistossa anturi lämmitetään nopeasti 160–180 asteen lämpötilaan käyttämällä anturin lämpötilaelementtiä lämmityselementtinä. Kemikaalien poistosykli kestää noin kuusi minuuttia, ja se käsittää erilliset lämmitys- ja tasausvaiheet. Kun anturin lämpötila stabiloituu uudelleen puhdistusta edeltävälle tasolle, anturi jatkaa normaalia mittausta. Lähettimen lähtöarvo lukittuu kemikaalien puhdistuksen ajaksi.

Lämmitysmenetelmien yhteenveto

Saat lisätietoja katsomalla tallenteen englanninkielisestä webinaaristamme Measuring Humidity in Condensing Environments.