Wilgotność powietrza

 

Andrzej A. Marsz i Anna Styszyńska (wszelkie prawa autorskie zastrzeżone) materiał pierwotnie przygotowany dla studentów nawigacji AM w Gdyni

Definicje, miary, jednostki

Mianem wilgotności powietrza określa się zawartość pary wodnej w powietrzu. Para wodna w powietrzu pochodzi z parowania zachodzącego ze swobodnych powierzchni wodnych i powierzchni lądowych (gruntu, roślinności...). Ze względu na skomplikowany charakter zależności wilgotności powietrza od temperatury powietrza, stosuje się szereg różnych miar, charakteryzujących wilgotność.

Prężność pary wodnej

to ciśnienie parcjalne (cząstkowe), wywierane przez parę wodną w powietrzu. Jednostką pomiaru jest hPa (jednostka ciśnienia). Można to wyobrazić sobie jako różnicę ciśnienia w zamkniętej objętości powietrza i bez zmiany jego temperatury przed (p) i po całkowitym usunięciu z tej objętości znajdującej się pary wodnej (p'). Nie można zmieszać dowolnej ilości pary wodnej z dowolną ilością powietrza (tak, jak to można zrobić na przykład ze spirytusem etylowym i wodą, czy azotem i tlenem). Ilość pary wodnej, która znaleźć się może w powietrzu (rozpuścić w powietrzu) zależy od jego temperatury. Im wyższa temperatura, tym więcej pary wodnej może ‘rozpuścić się’ w powietrzu.

Maksymalną ilość pary wodnej, jaką jest w stanie zawierać powietrze w danej temperaturze określa się mianem prężności maksymalnej lub prężnością pary nasyconej, niekiedy prężnością nasycenia i oznacza zazwyczaj symbolem E. Wartości E w funkcji temperatury powietrza przedstawia tabela poniżej (tab. 1).

Tab.1. Wartości prężności maksymalnej pary wodnej (hPa) w funkcji temperatury powietrza (°C)


Prosty ogląd wartości E w tej tablicy wskazuje że zależność E = f(t) jest silnie nieliniowa (wykładnicza). Wniosek, jaki można wysnuć z analizy wartości E jako f od t jest taki, że w bardzo niskich temperaturach powietrza już minimalna ilość pary wodnej nasyca powietrze, gdy w wysokich temperaturach do nasycenia powietrza potrzeba bardzo dużo pary wodnej.

Prężność pary wodnej, jaka występuje w danej chwili w powietrzu nazywa się prężnością aktualną i oznacza zazwyczaj symbolem e. Prężność aktualna w atmosferze zmienia się stosunkowo powoli; aby wzrosła, musi wzrosnąć również zawartość pary w powietrzu. Proces parowania, który dostarcza pary wodnej do powietrza jest procesem energochłonnym, przez to powolnym. Zmniejszenie się zawartości pary wodnej w powietrzu nie jest możliwe, bez wystąpienia procesów kondensacji (o czym dalej), W związku z tym zmiany prężności aktualnej zachodzą zazwyczaj wraz z procesami wymiany mas atmosferycznych nad danym obszarem. O innych przyczynach powie się później.

Niedosyt wilgotności

Różnicę, między prężnością maksymalną (E) w temperaturze powietrza, w której została zmierzona prężność aktualna a wartością prężności aktualnej (e), wyrażona w hPa: d = E - e [hPa],
określa się mianem niedosytu wilgotności, który informuje o tym, ile jednostek prężności potrzeba do całkowitego nasycenia danego powietrza. Od wartości niedosytu wilgotności zależy między innymi prędkość zachodzących procesów parowania; im jest on większy, tym parowanie jest (może być) szybsze.

Wartości prężności aktualnej, choć pośrednio informują o tym, ile jest pary wodnej w powietrzu, nie są miarą wystarczająco poglądową, informacja, że np. prężność aktualna równa jest 5 hPa, bez znajomości temperatury powietrza i względnie precyzyjnej znajomości E = f(t), niewiele jeszcze mówi. Z tego względu powszechnie używa się kolejnej miary wilgotności powietrza.

Wilgotność względna

Wilgotność względna (oznaczana najczęściej jako f), którą definiuje się jako: f = (e/E) * 100 [%],
informującą w jakim procencie, w stosunku do maksymalnie możliwego w danej temperaturze (tj. temperaturze, w której zmierzono e) powietrze jest nasycone parą wodną. Zauważmy, że w różnych temperaturach powietrza taka sama wartość wilgotności względnej (np. 50%) będzie oznaczała zupełnie rożne ilości pary wodnej znajdującej się w powietrzu. Przykładowo wilgotność względna 50% w temperaturze 0°C wystąpi przy e = 3,05 hPa, w temperaturze +20°C przy e = 11,7 hPa (patrz tab. 1).

W formule definiującej wilgotność względną występuje w mianowniku ułamka wartość E, która jest funkcją temperatury powietrza. Wraz ze wzrostem temperatury powietrza wartość E rośnie. Oznacza to, że zmiany temperatury powietrza, przy niezmienionej zawartości pary wodnej w powietrzu (e, prężności aktualnej) muszą pociągać za sobą zmiany wilgotności względnej (f). W przypadku niezmienionej zawartości pary wodnej (e) wzrost temperatury powoduje spadek (zmniejszenie się) wilgotności względnej. W przypadku spadku temperatury powietrza następuje wzrost wilgotności powietrza; ale do pewnych granic.

Posłużmy się tutaj przykładem. Niech w powietrzu, które ma temperaturę 20°C zmierzono wartość e = 12,3 hPa. Obniżamy temperaturę tego powietrza do 0°C. W takim razie e = 12,3 hPa, zaś wartość prężności maksymalnej jest taka, jaka wynika z temperatury tego powietrza (20°C; E = 23.4 hPa (patrz tabela 1), co oznacza, że wilgotność względna wynosi około 52,6% (12,3 / 23,4). Przy obniżeniu temperatury do 15°C wilgotność względna tego powietrza wzrośnie do 72,3% (12,3 / 17,0), przy dalszym obniżeniu temperatury, do 10°C zauważamy, że wartość prężności maksymalnej E zrównała się z wartością prężności aktualnej e (e = E) i wilgotność względna osiągnęła wartość 100% (12,3 / 12,3), czyli powietrze jest już całkowicie nasycone parą wodną (osiągnęło stan ‘roztworu nasyconego’). Dalszy spadek temperatury powietrza powoduje przejście powietrza w stan przesycenia, który spowoduje, że cały nadmiar ilości pary wodnej ponad wartość E wynikający z nowej, obniżonej temperatury powietrza ulegnie kondensacji. Proces kondensacji pary wodnej jest procesem przechodzenia pary wodnej (gazu) w wodę (ciecz). W powietrzu pojawią się mikrokrople wody, występujące w całej jego objętości, które tworzyć będą roztwór koloidalny wody w powietrzu (roztwór koloidalny - patrz podręcznik fizyki do szkoły średniej, patrz również ‘stożek Tyndala’ w tym podręczniku, czy ‘procesy kondensacji’, ‘chmury’).

Temperatura punktu rosy

Temperatura, do której należy schłodzić powietrze, aby przy danej prężności aktualnej wilgotność względna osiągnęła 100% i rozpoczęły się w nim procesy kondensacji nosi nazwę temperatury punktu rosy i oznaczana jest zazwyczaj jako td [°C]. Temperatura punktu rosy powietrza, w którym nie zachodzą procesy kondensacji, zależy jedynie od wartości prężności aktualnej. Tak długo, jak temperatura powietrza nie spadnie poniżej temperatury punktu rosy, temperatura punktu rosy tego powietrza pozostaje stała. Podobnie stała temperatura punktu rosy pozostaje przy wzroście temperatury powietrza (o tak zachowujących się elementach meteorologicznych mówimy, że wykazują one właściwości konserwatywne).

Wróćmy do przykładu. Od chwili, gdy powietrze osiągnęło temperaturę punktu rosy (10°C) i temperatura powietrza dalej powoli spada, cały czas wilgotność względna ma wartość 100% i temperatura punktu rosy tego powietrza jest równa jego temperaturze. Cały nadmiar pary wodnej, ponad wartość prężności maksymalnej w danej temperaturze (E) ulega kondensacji, czyli wykropleniu. Tak więc, po ochłodzeniu naszego powietrza do 5°C, jego wilgotność względna wyniesie dalej 100%, jego temperatura punktu rosy (td) wyniesie 5°, prężność aktualna e równa E będzie wynosić 8,7 hPa, wykropleniu w tej objętości powietrza ulegnie tyle wody, ile wynosi różnica między prężnością aktualną / maksymalną w temperaturze, gdy po raz pierwszy powietrze to doszło do temperatury punktu rosy (czyli 10°) a prężnością aktualną / maksymalną przy temperaturze 5°C. [Policzymy: 12,3 - 8,7 = 3,6 hPa, tab. 1]. Dalsze powolne ochłodzenie do temperatury 0°C doprowadzi do tego, że temperatura punktu rosy tego powietrza spadnie do 0°C, prężność aktualna = prężności maksymalnej do 6,1 hPa a wykropleniu uległa taka ilość wody, która odpowiada zmniejszeniu wilgotności powietrza o 6,2 jednostek prężności (12,3 - 6,1 hPa).

Tak więc, w analizowanym przez nas przypadku, z chwilą, gdy powietrze osiągnęło wilgotność względną równą100%, czyli temperaturę punktu rosy, zachodzące procesy kondensacji powodujące zmianę stanu skupienia wody w powietrzu, przy dalszym spadku temperatury powietrza powodują utrzymywanie się wilgotności względnej na poziomie 100% i obniżanie się ilości pary wodnej w powietrzu. Spada przy tym, tak samo jak i temperatura powietrza, temperatura punktu rosy (f(e)), przy czy obie wartości są sobie równe (td = tp).

Przedstawiony przykład oczywiście upraszcza rzeczywistość. W przypadku bardzo szybkiego spadku temperatury powietrza może zaistnieć sytuacja, że wilgotność względna będzie wyższa od 100%, co można wytłumaczyć ‘nienadążaniem’ procesów kondensacji za spadkiem temperatury powietrza. Z takim procesem można się spotkać w czasie doświadczenia z komorą Wilsona. W komorze Wilsona, po zsunięciu tłoka w dół, w wyniku gwałtownego rozprężenia powietrza temperatura powietrza równie gwałtownie spada i wilgotność względna osiąga wartości kilkuset %. Podobne procesy występują również czasami w atmosferze.

Zwróćmy uwagę, że bardzo wszechstronną miarą wilgotności powietrza może być para temperatury - temperatura powietrza (tp) i temperatura punktu rosy tego powietrza (td). Zauważmy, że temperatura powietrza nie może być niższa od jego temperatury punktu rosy. Jeśli wyobrazimy sobie procesy kształtowania wilgotności powietrza, bez zmian ilości pary wodnej w powietrzu, związane ze zmianami temperatury tego powietrza w ten sposób, że obie te wartości znajdują się na osi liczbowej, to temperatura punktu rosy (td) będzie stała w miejscu na osi (zależy jedynie od e). Wzrost temperatury (tp) spowoduje oddalenie tp od td, spadek temperatury zbliżenie tp do td. W ten sposób różnica temperatury powietrza i temperatury punktu rosy informuje nas o tym, jaka jest wilgotność względna (duża różnica - mała wilgotność, mała różnica - duża wilgotność, czyli powietrze bliskie nasycenia parą wodną). W każdym momencie wiemy, jaki spadek temperatury doprowadzi do początków wystąpienia procesów kondensacji. Jeśli znamy prognozowaną wielkość spadku temperatury, natychmiast możemy ocenić, czy nastąpią procesy kondensacji, czy też nie nastąpią. Z tego względu meteorolodzy rzadko używają wilgotności względnej jako miary wilgotności, posługują się najczęściej wspomnianą parą temperatur, która charakteryzuje tak zwane stosunki termo-higryczne powietrza (wielkość kompleksowa, opisująca zarówno temperaturę, jak i całokształt stosunków wilgotnościowych). Wilgotnością względną często natomiast operuje się w celach praktycznych - na przykład w warunkach przewozu szeregu ładunków, pracy mechanizmów i urządzeń, warunków przebywania ludzi, etc. określa się wartości wilgotności względnej (od - do) które muszą być zachowane.

Gdybyśmy wrócili do omawianego przykładu i zastanowili się, co się będzie działo w sytuacji, gdy ochłodzone do temperatury 0°C nasze powietrze zacznie się ponownie nagrzewać, to zauważymy, że w powietrzu tym prężność aktualna pary wodnej jest równa 6,1 hPa. W tym przypadku, wzrost temperatury spowoduje wzrost wartości E i jego wilgotność względna zacznie maleć. Temperatura punktu rosy tego powietrza pozostanie równa 0°C tak długo, jak nie zacznie się proces parowania mikrokropel znajdujących się w jego objętości. Proces parowania wymaga jednak dostarczenia do układu bardzo dużych ilości energii (ciepła; patrz "procesy kondensacji"). Bez dostarczenia tej energii, parowanie nie nastąpi i zawartość pary wodnej w powietrzu pozostanie bez zmian. Jak widzimy, procesy te nie są symetryczne (w pełni odwracalne), temperatura punktu rosy może spaść (obniżyć się) w wyniku ochłodzenia temperatury powietrza i występujących procesów kondensacji, ale bez powtórnego wzbogacenia powietrza w parę wodną temperatura punktu rosy nie wzrośnie. Tak więc przy spadku temperatury powietrza poniżej temperatury punktu rosy temperatura punktu rosy będzie spadała razem z temperaturą powietrza (td = tp, f = 100%), jednak ponowny wzrost temperatury powietrza nie spowoduje zmiany położenia (wartości) temperatury punktu rosy tak długo, jak nie wzrośnie w powietrzu zawartość pary wodnej.

Wilgotność absolutna

Oprócz wymienionych miar wilgotności powietrza stosuje się szereg innych, z których najważniejsze to wilgotność absolutna, informująca ile kg pary wodnej znajduje się w 1 m^3 powietrza (przy czym nie bierze się pod uwagę występujących ewentualnie produktów kondensacji - wody w stanie ciekłym lub stałym). Wilgotność absolutna (a) jest związana z prężnością aktualną (e, hPa) następującą zależnością: a = 0,8 * (e / (1 + m*t)), gdzie: m - współczynnik objętościowego rozszerzania gazów równy 1/273 (0,00366), t - temperatura powietrza w °C.

Współczynnik zmieszania

Miarą wilgotności określającą stosunek masy pary wodnej do masy powietrza suchego, znajdującego się w danej objętości wilgotnego powietrza (g / kg) jest współczynnik zmieszania ( r ). Obliczany jest on jako funkcja prężności aktualnej (e) i ciśnienia atmosferycznego (p): r = 622 * (e / (p - e)), gdzie: p - ciśnienie atmosferyczne (hPa).

Te i inne, tu nie omówione, miary wilgotności powietrza stosuje się w meteorologii do różnego rodzaju operacji (obliczeń), takich jak na przykład szacowanie potencjalnej wielkości opadu, określenia stopnia chwiejności powietrza, zmian temperatury w powietrzu wznoszącym się itp. Wielość stosowanych miar wilgotności wynika ze skomplikowanych zależności fizycznych zachodzących między zawartością pary wodnej w powietrzu a jego temperaturą i ciśnieniem.

Przyrządy i pomiary

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.

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 włosowe 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...). 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).



Ryc. 1. Higrometr włosowy (ang. hair tension hygrometer) w kilku wykonaniach (dwa po lewej produkcja polska, dwa po prawej produkcja niemiecka). Przyrząd przystosowany do powieszenia na ścianie. Swobodny przepływ powietrza przez przyrząd umożliwiają otwory w dolnej i górnej krawędzi (na fotografii w higrometrze po lewej 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

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 około 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 = około 11,08 hPa = około 11,1 hPa,
niedosyt wilgotności d = E - e; czyli 17,05 - 11,08 = 5,97 hPa = około 6 hPa.
Temperaturę punktu rosy (td) znajdziemy w tabeli 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 = około 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).

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.

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 parowania, tym temperatura wskazywana przez termometr 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 (różnica 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: 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 wilgotność (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 (ryc. 2). Jeśli na tablicach lub nomogramach jest tytuł lub uwaga ‘dla psychrometru aspiracyjnego’, nie powinno stosować się takich tablic do określania parametrów higrycznych powietrza z pomiarów psychrometrem Augusta, gdyż uzyska się błędne wyniki. Jeśli na statku nie dysponuje się tablicami lub nomogramami psychrometrycznymi, to należy pamiętać, że uproszczone tablice psychrometryczne, pozwalające na określenie wilgotności względnej z pomiarów psychrometrem Augusta znajdują się w wielu wydawnictwach nawigacyjnych (np. w Brown Nautical Almanach, NP100 - Mariners Handbook - patrz ryc. 2, etc.).

 

Ryc. 2. Nomogram psychrometryczny dla psychrometru Augusta (po lewej) i tablica z Marines Handbook pozwalająca określić temperaturę punktu rosy (po prawej)


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 różnych wytwórców przedstawia rycina 3. Jest on w języku angielskim często nazywany ‘Wet and Dry Bulb Hygrometer Mason’s type’. Taki rodzaj psychrometrów Augusta jest najbardziej rozpowszechniony na statkach handlowych.



Ryc. 3. Psychrometr Augusta (wersja okrętowa różnych producentów). Otwory w metalowej (aluminium lub plastik) obudowie pozwalają na przykręcenie przyrządu do ściany (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. Skale termometrów mogą być różne - w dwóch pierwszych psychrometrach wykorzystano termometry ze skalę Celsjusza, w  trzecim - skalą Fahrenheita, a w czwartym - obie skale

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 dochodziłoby 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. 4). 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. 5), 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. ‘Mini-klatka’ z umieszczonym w środku psychrometrem Augusta w wersji okrętowej, zamontowana na ścianie nadbudówki, na skrzydle mostka statku. W czasie użytkowania należy zwracać baczną uwagę, aby plastikowy zbiorniczek na wodę destylowaną i batystowy ‘knot’ zanurzony w zbiorniczku, jak również sama klatka, były czyste



Ryc. 5. Klatka Stevensona zamontowana na statku na relingu. 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:

  • wyjąć psychrometr był zacieniony, nie może na niego padać bezpośrednie promieniowanie,
  • termometry muszą być suche (bezwzględnie),
  • termometry i batyst nie mogą być zasolone,
  • 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:

  • wyjąć termometry, odkręcić obudowę, zdjąć zbiorniczek z wodą,
  • pomiary przemyć wszystko słodką wodą, spłukać destylowaną,
  • 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),
  • 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,
  • zmontować wszystko z powrotem, napełnić zbiorniczek wodą destylowaną, sprawdzić, czy dobrze podsiąka,
  • 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.

Psychrometr aspiracyjny

Omówione wady psychrometru Augusta są przyczyną tego, że do pomiarów wilgotności powietrza na statkach najczęściej wykorzystuje się psychrometry aspiracyjne (ryc. 6). Psychrometr aspiracyjny (psychrometr Assmanna), 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 rurką 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 (jak w psychrometrze przedstawionym na ryc. 6 po lewej stronie) lub poprzez obracanie pokrywy głowicy (jak w psychrometrze przedstawionym na ryc. 6 po prawej stronie). 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 nie używaniu 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 to 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. 6. Psychrometr aspiracyjny o napędzie sprężynowym. W głowicy przyrządu (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) nałożony 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

Na niektórych statkach można się spotkać z psychrometrami procowymi (ręcznymi obrotowymi lub manualnymi aspirowanymi) - ang. sling psychrometr lub whirling hygrometer (ryc. 7). Są to dwa termometry (jeden suchy, drugi wilgotny) w odpowiednim uchwycie, do którego jest zamocowany sznurek, linka (spotkaliśmy nawet rzemień). Batyst termometru wilgotnego zwilżamy przed pomiarem, pomiar prowadzimy kręcąc termometrami nad głową (duże fory mają te osoby, 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. Zakres pomiarów od -30°C do 40°C.


Ryc. 7. Psychrometr procowy - psychrometr ręczny obrotowy - psychrometr manualny aspirowany. Po lewej psychrometr Lambrecht 740 (Niemcy), po prawej - 225-570-A Sling Psychrometr (USA)

Niejasna jest sprawa, jak wyglądają tablice lub diagramy dla takich psychrometrów (nie spotkaliśmy się z czymś takim). Według naszych 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 uzyskaliśmy odpowiedź, że te przyrządy doskonale wykazały swoją wyższość nad innymi w czasie II wojny burskiej (1899-1902), Są one jednak zalecane przez amerykańską National Weather Service. Do takiego psychrometru winny być fabrycznie dołączone specjalne nomogramy lub tabele (ryc. 7 po prawej) pozwalające na dokonanie odczytu parametrów wilgotności.

Pomiar wilgotności i temperatury powietrza psychrometrem aspiracyjnym

wykonuje się w dzień następująco (w nocy należy dodatkowo zaopatrzyć się w latarkę):

  • zwilża się wodą destylowaną z epruwetki knot lub batyst na termometrze zwilżonym, sprawdzając, czy jest dobrze nawilgotniony (mokry),
  • 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),
  • 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,
  • 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).
  • obie wartości temperatury zapisuje się,
  • wartości temperatury powietrza i temperatury termometru zwilżonego, jeśli termometry mają metryczki (świadectwa), 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 - ryc. 8, 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.


Ryc. 8. Fragment Tablic Kostyrki opracowanych dla sytuacji kiedy na batyście występuje lód (górna tablica) i woda (dolna tablica). Każda tablica podzielona na trzy sektory. W wierszach wyróżnionych liniami podana TS - temperatura na termometrze suchym. W kolejnych kolumnach: TW -  temperatura na termometrze wilgotnym, E - aktualna prężność pary wodnej [hPa], U – wilgotność względna [%], SU – błąd wyznaczenia wilgotności względnej [%], DEF - niedosyt wilgotności [hPa], TD - temperatura punktu rosy [°C]. Dokonując odczytu parametrów wilgotności powietrza znajduje się we właściwej tablicy (oznaczonej odpowiednio ‘lód’ lub ‘WODA’ wiersz o odpowiadający wartości odczytanej na termometrze suchym (TS), następnie w wierszu, w którym występuje wartość TW (zmierzona na termometrze wilgotnym) odczytuje się występujące tam wartości wilgotności powietrza

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 wilgotnym i jej odczycie musimy korzystać z tej części tablic psychrometrycznych, które są oznaczone jako ‘LÓD’ (osobiście w takich przypadkach radzimy przejść na pomiar wilgotności za pomocą wystawionego na zewnątrz higrometru włosowego).

W czasie pomiaru należy:

  • wybrać miejsce pomiaru - najlepiej po nawietrznej, z dala od wylotów powietrza lub spalin z wnętrza statku,
  • utrzymywać psychrometr w pozycji zbliżonej do pionu, nie wystawiać wlotów rurek osłaniających oba termometry ‘na wiatr’, ale w taki sposób powietrze do rurek zasysane było znad powierzchni morza,
  • 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 prowadzenia 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 sanitarnej, potem destylowanej; dobrze jest przedtem wymontować termometry z psychrometru!) oraz założenie batystu lub knota na termometr zwilżony. W przypadku zbicia lub zagubienia epruwetki (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.

Higrograf i termohigrograf

Do ciągłej rejestracji wilgotności względnej oraz temperatury powietrza i wilgotności względnej stosuje się odpowiednie przyrządy samopiszące - higrograf (ryc. 9) i termohigrograf (ryc. 10). 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 dźwigni na wskazówkę zakończoną pisakiem. Ten opiera się na wyskalowany papier (pasek -> higrogram), naciągnięty na napędzany mechanizmem zegarowym bęben.

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, noszący nazwę termohigrograf (patrz ryc. 10)  jest wysoki, na jego bęben nakłada się odpowiednio szerszy skalowany pasek papieru (termohigrogram).


Ryc. 9. Higrograf tygodniowy z uniesioną pokrywą produkcji polskiej. 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 - pęczki odtłuszczonych włosów) znajduje się za tylną ścianką przyrządu widoczny na sąsiednim zdjęciu. Obok higrograf Lambrecht 250 (Niemcy)


Ryc. 10. 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. Po lewej termohigrograf produkcji polskiej, po prawej - niemieckiej

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.

Na lądzie higrograf i termohigrograf mają zastosowanie głównie w służbie meteorologicznej, składach drewna, suszarniach, muzeach, laboratoriach, itp., ale jego klasyczna budowa sprawia, że przyrząd posiada dodatkowo doskonałe właściwości dydaktyczne. Prostota budowy i dostępność wizualna podstawowych elementów instrumentu pozwala na objaśnienie zagadnienia wilgotności względnej i jej wpływu na wybrane substancje. Stosunkowo wysoka precyzja pomiaru, a przede wszystkim niewrażliwość na awarie typowe dla urządzeń elektronicznych sprawiają, że instrument współcześnie wciąż znajduje zastosowanie w pomiarach meteorologicznych, jako urządzenie awaryjne, referencyjne, kalibracyjne. W niektórych termohigrografach (np. niemiecki Lambrecht 252 ryc. 10 zdjęcie po prawej) czujnikiem do pomiaru wilgotności powietrza jest pęk włókien syntetycznych - tego rodzaju element pomiarowy najlepiej sprawdza się w przypadku eksploatacji instrumentu wewnątrz pomieszczeń, w temperaturze od -10°C do +40°C, a jego istotną zaletą jest brak konieczności okresowej regeneracji.