Измерение температуры воздуха и почвы
Приборы для измерения температуры воздуха
Температура воздуха является одной из основных величин, характеризующих тепловое состояние атмосферы.
При измерении температуры воздуха применяется множество термометров, однако наибольшее распространение и применение получили следующие:
1) жидкостные термометры, действие которые основано на изменении объема жидкости при изменении температуры;
2) деформированные термометры, действие которых основано на изменении линейных размеров твердых тел с изменением температуры;
3) термометры сопротивления, действие которых основано на изменении электропроводности тел с изменением температуры;
4) термоэлектрические термометры, действие которых основано на изменении электродвижущей силы термоэлементов при изменении разности температуры спаев.
На метеорологических станциях температуру воздуха измеряют по сухому термометру станционного психрометра, который предназначен также для определения характеристик влажности, а также температуру воздуха определяют по максимальному и минимальному термометрам. Устанавливают термометры в психрометрической будке на штативе (рис.10).
Рисунок 9 – Будка защитная психрометрическая жалюзийная
Рисунок 10 – Размещение приборов в защитной психрометрической будке
Сухой термометр устанавливается в вертикальном положении, минимальный – в горизонтальном, максимальный – в горизонтальном положении с небольшим наклоном в сторону резервуара.
Психрометрическая будка представляет собой небольшой деревянный шкаф размером 29х46х59 см (рис. 10). Предназначена психрометрическая будка для защиты термометров от влияния прямой солнечной радиации, а также для предохранения приборов от механических повреждений, атмосферных осадков и сильных порывов ветра. Боковые ее стенки сделаны из двойного ряда наклонных планок в виде жалюзи. Одна из стенок служит дверцей. Сверху будка имеет горизонтальный потолок, над которым располагается крыша. Размеры крыши больше размеров потолка, её скат сделан на юг. Дно будки состоит из трёх отдельных планок, причём средняя расположена немного выше крайних. Между планками образуются широкие просветы. Жалюзные стенки и пол обеспечивают свободный доступ воздуха к приборам. Но хорошая вентиляция в будке может наблюдаться только при ветре, в тихую погоду в будке может наблюдаться застой воздуха. Устанавливают психрометрическую будку на подставке так, чтобы резервуары термометров были на высоте 2 м от почвы. Будку ориентируют дверцей на север. Это делается для того, чтобы во время наблюдений солнечные лучи не могли попасть на термометры. Будка внутри и снаружи, подставка и лесенка окрашены белой масляной краской для уменьшения нагревания.
Рисунок 11 – Психрометрический термометр
Психрометрический термометр ТМ–4 (рис. 11) используется для измерения температур и влажности воздуха в срок наблюдений и является наиболее точным и чувствительным метеорологическим термометром. Это ртутный термометр с шаровидным резервуаром и металлическим колпачком на верхнем конце (колпачок необходим для крепления термометра на штативе). Цена деления шкалы 0.20С.
Максимальный термометр ТМ–1(рис.12) служит для измерения наивысшей температуры за время между срочными наблюдениями. Цена деления термометра 0.50. Резервуар может быть или цилиндрическим, или шаровым. Пределы шкалы от –26 до +510 или от –21 да +710. В дно резервуара максимального термометра впаян стеклянный конический стержень 1, который верхним узким концом входит в капилляр. Поэтому в начале капилляра образуется сужение, препятствующее свободному передвижению ртути из капилляра в резервуар. Когда температура повышается, ртуть под действием теплового расширения проталкивается через сужение из резервуара в капилляр. При понижении температуры ртуть из капилляра обратно не проходит, так как силы сцепления между частицами ртути не в состоянии преодолеть силы трения в суженной части термометра, и в этом месте происходит разрыв ртути. Оставшийся в капилляре столбик ртути будет указывать максимальную температуру за определённый промежуток времени. Для того чтобы ртуть ушла обратно в резервуар, термометр встряхивают несколько раз сильными, но плавными движениями руки.
Максимальный термометр устанавливают в горизонтальном положении. Во время наблюдений термометр слегка поднимают за конец, удаленный от резервуара, чтобы ртуть в капилляре подошла к сужению, и делают отсчет. Сделав отсчет, термометр встряхивают, пока столбик ртути не займет положение, соответствующее температуре по срочному термометру. Этим самым подготавливают термометр к следующему наблюдению.
Минимальный термометр ТМ–2 (рис. 13) служит для измерения самой низкой температуры между сроками наблюдений. Этот термометр – спиртовой, имеет вставную шкалу из молочного стекла; цена деления шкалы 0.50. Резервуар термометра цилиндрический. Капилляр на конце, противоположном резервуару, имеет расширение, в котором собирается спирт при повышении температуры выше последнего деления шкалы. Здесь же скапливаются пары спирта.
В капилляре минимального термометра внутри спирта помещён небольшой тонкий стеклянный штифтик с утолщёнными тупыми концами. При вертикальном положении (резервуаром вверх штифтик свободно перемещается внутри спирта до пленки поверхностного натяжения. В горизонтальном положении он двигается в обратную сторону, к резервуару, под давлением этой пленки. Это происходит только при понижении температуры. Если же температура начнет повышаться, то мениск отойдет от штифта в сторону более высоких температур, а штифтик останется на уровне минимальной температуры.
Устанавливают минимальный термометр всегда в горизонтальном положении. Во время наблюдений, не трогая руками термометр, отсчитывают минимальную температуру по концу штифта, удаленному от резервуара, и срочную температуру по положению мениска спирта. После отсчета термометр переворачивают резервуаром вверх и ждут пока штифтик дойдет до мениска спирта. Затем термометр вновь устанавливают в горизонтальном положении, после чего он подготовлен к следующему наблюдению.
Измерения температуры по термометрам трудности не представляют. Однако следует учесть, что: 1) при отсчете глаз располагают так, чтобы линия визирования была перпендикулярна капилляру и проходила через верхнюю (нижнюю) точку мениска столбика ртути (спирта); 2) перед отсчетом необходимо проверить, нет ли отката ртути у максимального термометра и находится ли штифт минимального термометра внутри спирта; 3) встряхивать максимальный термометр следует одним плавным и в конце резким движением, держа сам термометр ближе к концу, но так, чтобы верхняя часть выступала примерно на 6-8 см из ладони, при этом шкала термометра должна быть направлена вдоль плоскости встряхивания.
Все результаты измерений записываются в наблюдательную книжку. При обработке результатов наблюдений водятся поправки. В показания минимального термометра, кроме сертификатной (из поверочного свидетельства), вводится еще добавочная поправка, которая вычисляется в конце месяца как средняя разность между исправленными показаниями сухого термометра и спирта минимального термометра. В течение месяца используется поправка, вычисленная по данным предыдущего месяца.
Измерение температур поверхности почвы
Огромное влияние на различные процессы и явления, протекающие в почве и прилегающих к ней слоях воздуха, оказывает температура почвы. От температуры почвы зависят процессы гниения и разложения органических веществ, интенсивность растворения солей и всасывающая способность корней. Температура почвы обуславливает жизнедеятельность почвенных микроорганизмов, которая нормально может протекать только при определенной температуре. Прорастание семян, появление всходов и начальный рост растений также в сильной степени зависят от температуры почвы. От степени нагревания почвы зависит физическое состояние слоев воздуха, прилегающих к земной поверхности.
Рисунок 14 – Срочный напочвенный термометр
Наблюдения за температурой почвы и снежного покрова производится в течение всего года.
Для измерения температуры поверхности почвы на метеорологических станциях применяют срочный, максимальный и минимальный термометры. Эти термометры кладут вместе на открытой площадке размером 4х6 м так, чтобы их резервуары плотно прилегали к почве и наполовину были в неё погружены, но не покрывались землей. Травяной покров с площадке удаляется, а почва взрыхляется. Поверхность участка должна быть на одном уровне с метеорологической площадкой. При наличии снежного покрова все три термометра помещают на поверхности снега, наполовину погрузив их в снег. Термометры укладываются на поверхности в центре площадки резервуарами на восток на расстоянии 5–6 см друг от друга: первый с севера срочный, затем минимальный и за ним максимальный. Срочный и минимальный термометры – строго горизонтально, максимальный термометр – с небольшим наклоном в сторону резервуара.
Срочный напочвенный термометр ТМ–3 (рис. 14) применяется для измерения температур поверхности почвы в данный момент. Термометр ртутный с цилиндрическим резервуаром и ценой деления 0.50С.
Максимальный и минимальный термометры используются те же, что и при измерении температур воздуха.
Приборы для измерения температуры почвы на разных глубинах
Для измерения температур почвы на разных глубинах используются термометры Савинова, термометр–щуп и вытяжные термометры.
Для измерения температуры почвы на глубинах 5, 10, 15 и 20 см служат коленчатые термометры Савинова ТМ–5 (рис. 15).
Термометры устанавливаются на участке без растительного покрова постоянно на определённых глубинах на одной площадке с термометрами для измерения температур поверхности почв.
Термометры Савинова – ртутные термометры со вставной шкалой из молочного стекла; цена деления шкалы 0.50. Резервуар с остальной частью термометра составляет угол 1350. От резервуара до начала шкалы термометр имеет термоизоляцию, состоящую из золы и ваты. Термоизоляция необходима для того, чтобы температура вышележащих слоев почвы не влияла на показания термометра. Выпускаются в комплекте из 4–х штук. Термометры имеют разную длину в зависимости от глубины установки. Наблюдения за температурой обрабатываемой почвы термометрами Савинова производятся в теплую половину года.
Перед установкой на термометры необходимо нанести специальные метки, которые служат для контроля правильности установки термометров, а в дальнейшем – для контроля неизменности их установки. Днём для защиты ртути от окисления рекомендуется надевать на термометры картонные футляры или чехлы, изготовленные из плотной бумаги, покрашенной белой масляной краской.
Для установки термометров Савинова (рис. 16) в почве делается выемка длиной 40 см, шириной 25-30 см от линии восток–запад к северу примерно на угол 300 (рис. 16)
Рисунок 17 – Схема расположения выемки при установке коленчатых термометров
На рисунке 17 отвесная стенка обозначена отрезком ОА′. Термометры устанавливаются резервуарами к северу на расстоянии 10 см друг от друга начиная с наибольшей глубины. Для этого вдоль отвесной стенки выемки (по линии ОА′) укладывают прямую рейку и от нижней её грани отмеряют глубину, на которую нужно установить термометр. На заданной глубине должна находиться ось резервуара термометра. В отвесной стенке выемки на отмеченной глубине делают углубление чистой деревянной палочкой.
Термометр вдвигается в почву до самого изгиба. При этом почва должна плотно прилегать к резервуару термометра. После этого выемку вокруг термометра засыпают землей, слегка её уплотняя. Таким же образом устанавливаются и все следующие термометры. После установки всех термометров выемку засыпают землей вровень с поверхностью всего участка.
При обходе площадки перед сроком наблюдения наблюдатель должен проверить глубину установки термометров по нанесенным меткам и своевременно подсыпать и подравнивать почву до уровня меток в случае сдувания, оседания, уплотнения её после сильных дождей, после рыхления участка и т.д.
Если глубина установки отличается от заданной больше чем на 0.5 см у крайних термометров (глубины 5 и 20 см), следует установить заново только эти термометры. Если глубина установки нарушена у средних термометров (глубины 10 и 15 см), необходимо заново установить все термометры.
Перед производством измерений по коленчатым термометрам Савинова непосредственно перед сроком наблюдений необходимо выполнить следующие работы:
– опустить реечный настил;
– снять с коленчатых термометров защитные чехлы;
– убедиться в целостности шкалы термометров;
– по меткам, нанесённым на оболочках термометров, проверить неизменность установки их на заданных глубинах.
В моменты времени, указанные в «Порядке производства наблюдений», производятся отсчёты по термометрам начиная с термометра, установленного на глубине 5см. Температура отсчитывается с точностью до 0.10С. После окончания отсчётов на термометры следует надеть защитные чехлы и убрать реечный настил. Результаты измерений записываются в книжку КМ–3.
Рисунок18 – Термометр-щуп: 1-шкала термометра; 2-оправа; 3-наконечник; 4-эбонитовая прокладка; 5-прорезь; 6-ручка
Осенью при понижении температуры на глубине 5см ниже 00С термометры осторожно выкапываются из почвы и убираются на зиму.
Походный почвенный термометр–щуп Иванова (рис. 18) служит для измерения температуры пахотного слоя почвы на глубине от 3 до 40см. Он состоит из жидкостного толуолового термометра с ценой деления шкалы 10, металлической оправы и наконечника. Для улучшения теплоотдачи между наконечником и резервуаром термометра помещены медные или латунные опилки. Для отсчёта температуры в верхней части оправы сделан продольный вырез, защищённый органическим стеклом. На обратной стороне оправы нанесены шкалы в сантиметрах, по которой отсчитывают глубину погружения термометра. При измерениях температуры почвы сначала пробуривают вертикальную скважину, затем в неё опускают термометр так, чтобы наконечник с резервуаром слегка вдавился в почву. Термометр выдерживают в скважине в течение 20 мин. Наблюдения по термометру–щупу делают только в теплое время года.
Вытяжные почвенно–глубинные термометры применяются при производстве измерений температуры почвы и грунта под естественным покровом на глубинах 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,2; 1,6; 2,4; 3,2 м.
Рисунок 19 – Термометр вытяжной почвенно-глубинный: а – термометр в оправе, б- труба: 1-металлический наконечник; 2- пластмассовая оправа; 3-прорезь; 4-штанга; 5-колпачок; 6-труба; 7-латунный наконечник
Вытяжной почвенно–глубинный термометр (рис. 19) представляет собой стеклянный ртутный термометр с цилиндрическим резервуаром и стеклянной шкалой.
Для измерения температуры почвы на глубине установки термометр помещается в специальную пластмассовую оправу 2 с металлическим наконечником 1. Для лучшего теплового контакта и увеличения температурной инерции пространство между резервуаром термометра и стенками металлического наконечника заполняется медными или латунными опилками. Отверстие в металлическом наконечнике, через которое насыпаются опилки, заливается мастикой.
Оправа имеет специальную продольную прорезь 3 для штифта, с помощью которого она прикрепляется к концу деревянного стержня 4 так, что может перемещаться вдоль стержня на 0.5–0.8 см. При этом оправа не должна раскачиваться относительно оси стержня. Жесткое крепление оправы к стержню запрещается.
На другом конце стержня закреплен металлический колпачок 5 с кольцом. Внутри колпачка имеется фетровая (или войлочная) кольцевая прокладка. Для уменьшения обмена воздуха внутри трубы на стержне 4 также укрепляются плотные фетровые (войлочные) кольца.
Стержень с термометром вставляется в эбонитовую или винифлексовую трубу 6 с медным или латунным наконечником 7.
Через наконечник и металлические опилки осуществляется тепловой контакт между резервуаром термометра и почвой или грунтом. Большая масса наконечника и медных опилок обеспечивает постоянство температуры термометра при отсчете показаний.
В правильно собранном виде термометр должен касаться нижнего конца трубы, а верхний колпачок фетровой прокладкой должен плотно ложиться на верхний срез трубы, и стержень должен ходить в трубе с некоторым трением.
Для термометров, установленных на глубинах 1,60; 2,40; 3,20 м, применяются составные трубы и деревянные стержни; при установке трубы соединяются металлическими или пластмассовыми муфтами, которые ставятся на замазку из свинцового сурика; деревянные стержни соединяются глухим или шарнирным соединением.
Установка вытяжных почвенно-глубинных термометров производится с помощью бура, для чего делаются вертикальные скважины соответствующей глубины и такого диаметра, чтобы трубы легко входили в них. При этом зазор между почвой и трубой не допускается, чтобы исключить заток наружного воздуха к наконечнику трубы.
Чтобы трубы не расшатывались в почве и не подвергались поломке, выступающую часть каждой трубы следует укрепить тремя проволочными оттяжками, натянутыми от хомутиков к колышкам, прочно вбитым в землю.
Глубину установки термометров контролируют по нанесенным меткам. Метки наносятся на трубы масляной краской, ширина их примерно 0.5–0.7см; нижний край метки должен находиться на уровне поверхности почвы.
Не реже одного раза в месяц производится проверка установки термометров. Кроме того, после сильных дождей и снеготаяния необходимо проверять, не пропускают ли трубы вытяжных термометров воду. Для этого нужно конец длинной палки обернуть куском мягкой чистой ткани или фильтрованной бумаги, укрепить её, опустить палку на дно трубы и, повернув несколько раз, осторожно вытащить. Если в трубе обнаружится вода, необходимо выбрать её указанным способом, повторив процедуру несколько раз.
1 Ознакомиться с устройством психрометрической будки и установкой приборов на ней.
2 Ознакомиться с устройством термометров для измерения температуры воздуха.
3 Ознакомиться с устройством и установкой термометров для измерения температуры поверхности почвы.
4 Ознакомиться с устройством коленчатых почвенных термометров Савинова и способом их установки на различной глубине в поверхностном слое почвы.
5 Ознакомиться с устройством и способом установки глубинных вытяжных термометров.
4 Основные характеристики влажности воздуха и методы их измерения
Необходимые приборы и принадлежности: станционный психрометр, аспирационный психрометр, дистиллированная вода, пипетка для смачивания, штатив для укрепления психрометра, ртутный барометр, Психрометрические таблицы, волосной гигрометр.
В атмосферном воздухе всегда имеется водяной пар, содержание которого меняется по объёму в пределах от 0 до 4% и зависит от физико-географических условий местности, времени года, циркуляционных особенностей атмосферы, состояния поверхности почвы, температуры воздуха и т.п.
Содержание водяного пара в воздухе характеризуется следующими величинами:
– в единице объёма воздуха при данной температуре содержание водяного пара не может быть больше некоторого предельного количества, называемого максимально возможной упругостью водяного пара или максимальным насыщением. Оно соответствует равновесию между паром и водой, т.е. насыщенному состоянию пара.
– водяной пар, образующийся над испаряемой поверхностью, оказывает определённое давление, которое называется упругостью водяного пара или парциальным давлением (е).
Упругость водяного пара (е) определяется по формуле:
е = Е’ – А· р(t – t’)
где Е’ – максимальная упругость водяного пара при температуре смоченного термометра; р – атмосферное давление; t – температура воздуха (температура по сухому термометру), 0С; t – температура испаряющей поверхности (температура по смоченному термометру), 0С; А – постоянная психрометра, зависящая от его конструкции и, главным образом, от скорости движения воздуха около приёмной части психрометра. Так, постоянная станционного психрометра принимается равной 0,0007947, что соответствует средней скорости движения воздуха в будке (0,8 м/сек). Постоянная аспирационного психрометра равна 0,000662 при постоянной скорости движения воздуха (2 м/сек) у приемной части термометров.
Измеряется парциальное давление в миллиметрах ртутного столба или миллибарах. При любой температуре парциальное давление водяного пара (е) не может превышать давление насыщенного пара (Е). Для вычисления Е существуют специальные формулы по ним составлены таблицы по которым его и находят (прил.1, 2).
Относительная влажность (f) – отношение парциального давления водяного пара к давлению насыщенного пара над плоской поверхностью дистиллированной воды при данной температуре, выраженное в %.
Дефицит насыщения (d) – разность между давлением насыщенного водяного пара и его парциальным давлением. d = Е – е.
Дефицит насыщения выражается в мм ртутного столба или миллибарах.
Абсолютная влажность (g) – количество водяного пара, находящегося в 1м3 воздуха, выраженное в граммах.
Если давление воздуха выражено в миллибарах, то g определяется по формуле:
Если давление воздуха выражено в миллиметрах, то g определяется по формуле:
где L – коэффициент расширения газов, равный 1/273, или 0,00366.
Точка росы (td) – температура, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе при неизменном давлении, достигает состояния насыщения относительно плоской поверхности чистой воды или льда. Точку росы определяют с точностью до десятых долей градуса.
Методы измерения влажности воздуха
Психрометрический метод – это основной метод для определения влажности воздуха, который основан на измерении температуры воздуха и температуры смоченного водой термометра – температуры термодинамического равновесия между затратами тепла на испарение со смоченной поверхности и притоком тепла к термометру от окружающей среды. Определение влажности воздуха этим методом осуществляется по показанию психрометра – прибора, состоящего из двух термометров. Приёмная часть (резервуар) одного из психрометрических термометров обёртывается батистом, находящимся в увлажнённом состоянии (смоченный термометр), С поверхности резервуара смоченного термометра происходит испарение, на которое затрачивается тепло. Другой термометр психрометра – сухой, он показывает температуру воздуха. Смоченный же термометр показывает собственную температуру, зависящую от интенсивности испарения воды с поверхности резервуара.
Для измерения влажности воздуха используются два типа психрометров: станционный и аспирационный.
Станционный психрометр состоит из двух одинаковых термометров с делениями через 0,20, установленных вертикально на штативе в психрометрической будке. Резервуар правого термометра плотно обёртывается в один слой кусочком батиста, конец которого опускается в стаканчик с дистиллированной водой. Стаканчик закрывается крышкой с прорезью для батиста. Установку термометров в психрометрической будке представлена на рис. 20.
Отсчёты по термометрам должны проводиться как можно быстрее, так как присутствие наблюдателя вблизи термометров может исказить показания. Вначале отсчитываются и записываются десятые доли, а затем – целые градусы.
Наблюдения по психрометру проводятся при любой положительной температуре воздуха, а при отрицательной – только до -100, так как при более низкой температуре результаты наблюдений становятся ненадежными. При температуре воздуха ниже 00 кончик батиста на смоченном термометре обрезается. Батист смачивают на 30 мин до начала наблюдений, погружая резервуар термометра в стаканчик с водой.
Рисунок 20 – Установка термометров в психрометрической будке
При отрицательной температуре вода на батисте может быть не только в твердом состоянии (лёд), но и в жидком (переохлаждённая вода). По наружному виду установить это весьма трудно. Для этого необходимо прикоснуться к батисту карандашом, на конце которого имеется кусочек льда или снега, и следить за показанием термометра. Если в момент прикосновения столбик ртути повысится, то на батисте была вода, которая перешла в лёд; при этом выделилась скрытая теплота, за счёт чего и увеличилось показание термометра. Если же от прикосновения к батисту показание термометра не меняется, значит на батисте лёд, и изменения агрегатного состояния не происходит.
Учёт агрегатного состояния воды на резервуаре смоченного термометра весьма важен, так как максимальная упругость водяного пара, входящая в психрометрическую формулу, над водой и льдом различна.
Вычисление характеристик влажности воздуха по показаниям психрометра осуществляется с помощью психрометрических таблиц, составленных по формулам. В психрометрических таблицах приводятся готовые значения td, e, f, d для разных сочетаний t и t’ при постоянной А, равной 0,0007947 и атмосферном давлении 1000 мб. Если давление воздуха больше или меньше 1000 мб, к характеристикам влажности вводятся поправки. Поправку у упругости водяного пара находят по величине атмосферного давления и разности показаний сухого и смоченного термометров. При атмосферном давлении меньше 1000 мб, эта поправка положительна, если превышает 1000 мб, ее вводят со знаком минус.
Аспирационный психрометр (рис. 21) состоит из двух психрометрических термометров 1, 2 с ценой деления 0.20, помещённых в металлическую оправу.
Оправа состоит из трубки 3, раздваивающейся книзу, и боковых защит 4. Верхний конец трубки 3 соединен с аспиратором 7, просасывающим наружный воздух через трубки 5 и 6, в которых находятся резервуары термометров 10, 11. Аспиратор имеет пружинный механизм. Пружина заводится ключом 8. Трубки 5 и 6 сделаны двойными. Резервуар одного из термометров (правый) обвернут коротко обрезанным батистом. Никелированная и полированная поверхность психрометра хорошо отражает солнечные лучи. Поэтому для его установки не требуется никакой дополнительной защиты и он устанавливается на открытом воздухе. Аспирационные психрометры используются для градиентных наблюдений на метеорологических станциях, а также в полевых микроклиматических исследованиях.
Рисунок 21 – Аспирационный психрометр
Перед наблюдением психрометр выносят из помещения зимой за 30 мин, а летом за 15 мин. Батист правого термометра смачивают с помощью резиновой груши 9 с пипеткой летом за 4 мин, а зимой за 30 мин до срока наблюдений. После смачивания заводят аспиратор, который в момент отсчёта должен работать полным ходом. Поэтому зимой за 4 мин до отсчёта нужно вторично завести психрометр.
Характеристики влажности воздуха по данным аспирационного психрометра вычисляют также с помощью психрометрических таблиц. Психрометрическая постоянная для этого прибора равна 0,000662.
Гигрометрический метод – основан на свойстве обезжиренного человеческого волоса менять свою длину при изменении влажности воздуха.
Волосной гигрометр (рис. 22). Основной частью волосного гигрометра является обезжиренный (обработанный в эфире и спирте) человеческий волос, обладающий свойством изменять свою длину под влиянием изменения относительной влажности. При уменьшении относительной влажности волос 1, укрепленный на раме 2, укорачивается, при увеличении – удлиняется.
Верхний конец волоса прикреплён к регулировочному винту 3, с помощью которого можно менять положение стрелки 7 на шкале 9 гигрометра. Нижний конец волоса соединён с блоком в виде дужки 4, сидящей на стержне 5. Грузик 6 этого блока служит для натяжения волоса. На оси блока 8 укреплена стрелка 7, свободный конец которой при изменении влажности перемещается по шкале.
Цена деления шкалы гигрометра – 1% относительной влажности. Деления на шкале неравномерны: при небольших значениях влажности они крупнее, а при больших – мельче. Применение такой шкалы обусловлено тем, что изменение длины волоса идёт быстрее при малых величинах влажности и медленнее при больших её значениях.
Рисунок 22 – Волосной гигрометр
При продолжительном действии гигрометры становятся менее чувствительными к изменению влажности: волос вытягивается и загрязняется, а плёнка высыхает. Учитывая это, приходится часто сверять прибор с психрометром и находить его поправки, для чего применяется графический приём. Для этого на координатную сетку наносят точки по данным одновременных наблюдений относительной влажности по психрометру и гигрометру за длительный период (например, за осенние месяцы при подготовке гигрометра к зиме) и через середину полосы, где точки легли более густо, проводят плавную линию так, чтобы по обе стороны от нее было по возможности одинаковое количество точек (рис. 23).
В дальнейшем, пользуясь этой линией, для любого показания гигрометра можно найти соответствующее значение относительной влажности по станционному психрометру. Например, если отсчёт по гигрометру был 75%, то исправленное значение относительной влажности будет 73%.
Для более удобного пользования графиком составляют переводную таблицу. В первом вертикальном столбце (десятки) и в первой горизонтальной строке (единицы) дается шкала гигрометра. В клетки записываются значения относительной влажности, снятые с кривой. Пользуясь этой таблицей, по показаниям гигрометра находят исправленные значения относительной влажности.
Рисунок 23 – График поправок гигрометра
Особо важное значение наблюдения по гигрометру имеют в зимнее время года, когда этот прибор нередко остается единственным для определения влажности воздуха. Поэтому в осенние месяцы его тщательно регулируют и строят переводной график, которым и пользуются в течение всей зимы.
1 Ознакомиться с психрометрическими таблицами путём проработки пояснений к ним и разбора примеров.
2 Ознакомиться с устройством станционного и аспирационного психрометров.
3 Провести измерения по аспирационному психрометру.
4 По показаниям сухого и смоченного термометров и по величине давления с помощью психрометрических таблиц определить характеристики влажности воздуха.
Результаты наблюдений оформить в тетрадь.
Не забудь поделиться страницей с друзьями:
ПРАВИЛА ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА
Измерение температуры воздуха в закрытых помещениях, школах, квартирах, детских, лечебных учреждениях, производственных помещениях и др. проводится с соблюдением следующих правил: при измерении температуры воздуха необходимо защищать термометр от действия лучистой энергии печей, ламп и прочих открытых источников энергии. В жилых помещениях измерение температуры воздуха проводят на высоте дыхания (1,5 м от пола) в центре комнаты. Для более точных измерений одновременно термометры устанавливаются в центре комнаты, наружном и внутреннем углах на расстоянии 0,2м от стен.
В лечебных учреждениях измерение температуры воздуха дополнительно проводится и на высоте 70 см от пола. Перепады температуры определяются и оцениваются по вертикали и горизонтали. Для определения перепада температуры по вертикали, термометры устанавливаются в центре и по углам помещения на высоте 0,1-0,15; 0,7 и 1,5 м от пола. Для определения перепада температуры по горизонтали вычисляется разница между максимальной и минимальной температурой отдельно по каждому уровню (0,1-0,15; 0,7 и 1,5 м) во всех измеренных участках помещения. Суточный перепад температуры в палатах измеряется с помощью максимального и минимального термометров, которые устанавливаются в центре помещения на уровне 0,7 и 1,5 м от пола.
Для измерения температуры стен (ограждающих поверхностей) на высоте 1,5 м от пола используется пристенный термометр, резервуар которого приклеивается к стене пластилином, или используют электротермометр. Показания температуры при измерениях снимаются через 5-10 минут от начала измерения.
ПРАВИЛА ИЗМЕРЕНИЯ РАДИАЦИОННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ
Для измерения радиационной температуры в намеченной точке шаровой термометр укрепляется на штативе; рядом подвешивается обыкновенный термометр, защищенный от влияния лучистой энергии. Показания обоих термометров записываются не ранее, чем через 15 минут. Одновременно здесь же измеряется скорость движения воздуха.
Значение радиационной температуры подсчитывают по следующей формуле:
где: Т – радиационная температура в градусах абсолютной температуры.
Тш – показания шарового термометра в градусах абсолютной температуры, V – скорость движения воздуха в м/сек.
tV – температура воздуха в оС,
tш – показания шарового термометра в оС.
Рис. 1 НОМОГРАММА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕЙ РАДИАЦИОННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ (tP)
Вычисленная по этой формуле средняя радиационная температура (tP) может быть определена и по специальной номограмме (рис 1). Динамика записи температуры воздуха в обследуемом помещении в течение определенного промежутка времени (сутки, недели) проводится термографом.
Полученные результаты измерения температуры воздуха в обследуемом объекте протоколируются по нижеприведенной форме и оцениваются в сравнении с санитарными нормами (см. Таблицы 1 и 2).
исследования и оценки температурного режима
Дата и время исследования_________________________________________________________
ТЕМА: МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА БАРОМЕТРИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ
1. Ознакомить студентов с устройством и принципамиработы барометров.
2.Освоить методыизмерения барометрического давления.
ОБЪЕМ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ:
1. Изучить устройство и принцип работы барометра-анероида и барографа.
2. Измерить барометрическое давление барометром-анероидом.
3. Перевести снятые показания барометра-анероида в мм.рт.ст. в гектопаскали.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ЗАНЯТИЮ
1. Физиолого-гигиеническое значение атмосферногодавления и единицыегоизмерения.
2. Влияние на организм пониженного атмосферного давления и меры профилактики.
3. Влияниена организм повышенного атмосферного давления и меры профилактики.
4. Приборы для измерения атмосферного давления, их устройство и правила работы.
Давление атмосферы, способное уравновесить столб ртути высотой 760 мм. при температуре 0о С на уровне моря и широте 45о, принято считать нормальным, равным 1 атмосфере, а в пересчете в гектопаскали оно будет составлять 1013 гПа.
Для пересчета величины давления, выраженной в мм.рт.ст., в гПа, надо данную величину умножить на 4/3 и наоборот, для перевода гПа в мм.рт.ст. надо умножить первую величину на 3/4.
Атмосферное давление измеряется приборами, называемыми барометрами. Они бывают двух типов: ртутные (чашечные и сифонные) и металлические. Наиболее точными считаются ртутные барометры. Металлические (анероиды) требуют периодической проверки по ртутному барометру.
Чашечный барометр состоит из вертикальной, наполненной ртутью трубки, верхний конец которой запаян, а нижний опущен в чашечку с ртутью. В верхней части трубки над ртутью имеется пустое безвоздушное пространство. При увеличении атмосферного давления воздух давит на поверхность ртути в чашке, и уровень ртути в трубке поднимается, при уменьшении давления происходит обратное – уровень ртути опускается. Ртутные барометры устанавливают в помещениях вдали от печей, дверей, окон, в местах, защищенных от солнца. Барометр должен быть укреплен на капитальной стене и не подвергаться сотрясениям.
Барометр-анероид состоит из безвоздушной металлической коробки с упругими волнообразными стенками. Колебания атмосферного давления отражаются на объеме коробки, стенки которой при увеличении давления прогибаются внутрь, а при уменьшении давления выпрямляются. Эти движения посредством пружины и системы рычажков передаются стрелке, движущейся по циферблату, на котором нанесены деления, соответствующие шкале ртутного барометра, обычно в пределах от 600 до 790 мм. Цифры шкалы обозначают сотни и десятки мм.рт.ст., единицы отсчитывают по промежуточным делениям шкалы. Перед отсчетом следует осторожно постучать по стеклу прибора, чтобы преодолеть трение металлических передаточных частей.
Для непрерывных наблюдений атмосферного давления пользуются самопишущим прибором -БАРОГРАФОМ, воспринимающую часть которого составляет ряд анероидных коробок, соединенных друг с другом. При изменении давления эти коробки перемещаются, что передается по системе рычажков стрелке с пером, укрепленной около ленты барабана, вращающегося со скоростью одного полного оборота в сутки или неделю. Все составные части прибора заключены в футляр, который открывается только при смене лент.
ОФОРМЛЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
Давление атмосферы по барометру-анероиду №
мм рт.ст. или х 4/3 = мб или гПа
Показания снял (подпись)
ТЕМА: МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА
1. Закрепить теоретические знания о сущности влажности, как физического состояния воздуха и овладеть навыками ее определения.
2. Ознакомить с устройством приборов для определения влажности воздуха и правилами пользования ими.
1. С помощью психрометров Августа и Ассмана определить показатели влажности воздуха в учебной комнате и других помещениях, указанных преподавателем.
2. Полученные результаты оформить в виде протокола с гигиеническим заключением.
1. Физиолого-гигиеническое значение влажности воздуха.
2. Показатели, применяемые для характеристики влажности воздуха,единицы измерения.
3. Гигиенические нормативы влажности в помещениях и мероприятия, направленные на улучшение температурно-влажностного режима помещений.
4. Приборы, используемые для определения влажности воздуха, их устройство, принцип действия и правила работы.
Для измерения влажности используется станционный психрометр АВГУСТА.
Он состоит из двух спиртовых термометров, укрепленных рядомв открытомфутляре. Резервуар одного из термометров обернут тонкой тканью,конец которой опущен в трубку – сосуд с дистиллированной водой. С поверхности влажного термометра испаряется вода – тем сильнее, чем суше воздух, поэтому он показывает более низкую температуру, чем сухой термометр, и разница в показаниях термометров будет тем больше, чем суше воздух.
Психрометр устанавливают на высоте 1,5 м, ограждая от источников лучистой энергии и случайных движений воздуха. Продолжительность наблюдений 10-15 минут.
Абсолютная влажность вычисляется по формуле:*
где: А – искомая абсолютная влажность,
а – психрометрический коэффициент (для атм. воздуха-0,00074; для комнатного-0,0011).
t1 -температура сухого термометра,
t2 -температура влажного термометра,
В – барометрическое давление (мм. рт. ст.)
Относительная влажность определяетсяпо таблице 4 или вычисляется по формуле:
, % (2)
где: Р – искомая влажность (относительная) %
А – абсолютная влажность,
М – максимальная влажность по таблице при температуре сухого термометра.
Таблица 3. Максимальная влажность воздуха при различной температуре
Он также состоит из двух, но ртутных термометров, закрепленных в специальной оправе, имеющей заводной механизм с вентилятором, с помощью которого обеспечивается равномерное движение воздуха около резервуаров обоих термометров. Резервуары с ртутью окружены двойными металлическими гильзами, предохраняющими термометры от нагревания лучистым теплом и движения наружного воздуха. Эти условия дают возможность для более точного определения влажности воздуха, и поэтому величина “а” в формуле является постоянной.
Перед наблюдением ткань на одном из резервуаров термометра смачивается водой из пипетки. Набрав воду в резервуар, надевается зажим на каучуковую трубку. Затем, поставив прибор стеклянной трубкой кверху, слегка отжать зажим, надавить на грушу до заполнения стеклянной трубки, и зажим отпустить. Обернутый тканью резервуар термометра вставляют в трубку с водой. Когда ткань пропитается водой, зажим открывают и, благодаря расправлению стенок груши, вода в стеклянной трубке перельется обратно в грушу и вместе с тем будет отсосана излишняя вода с ткани на резервуаре термометра. Затем завести ключом пружину вентилятора, прибор установить в месте наблюдения (на штатив или крюк), через 3-4 мин. температура обоих термометров устанавливается и можно снять показания при работающем вентиляторе.
, мм.рт.ст. (3)
где: К – искомая абсолютная влажность,
f – максимальная влажность при температуре влажного термометра (по
0,5 – психрометрический коэффициент,
t1- температура сухого термометра,
t2 – температура влажного термометра,
В – барометрическое давление (в мм. рт.ст.) в момент наблюдения,
755 – среднее барометрическое давление
Определение относительной влажности производят путем пересчета по формуле (2), или определяют по таблице 5 для аспирационного психрометра. Для вычисления относительной влажности при показании термометров с десятыми долями можно произвести интерполирование.
Пример: Показание сухого термометра 21о, влажного – 13,2°. По таблице находим: при 13о – 39%, при 14о- 46%, т.е. разница на 1о – 7(46-39), т.е. на каждые десятые доли 0,7 %. Таким образом, при 13,2оС относительная влажность = 40,4% (39+1,4).
В случае показания и другого термометра с десятыми долями производится интерполирование между 4 цифрами аналогично вышеприведенному примеру.
Таблица 4. Определение относительной влажности воздуха по психрометру Августа
Таблица 5. Определение относительной влажности по показаниям аспирационного психрометра
Гигрометр и гигрограф.
Для непосредственного определения относительной влажности применяются гигрометры (волосяные и пленочные), основанные на способности волоса или биологической пленки, вследствие гигроскопичности увеличиваться в размерах во влажной среде и уменьшаться в сухой. Для постоянной и систематической записи колебаний влажности воздуха в течение определенного промежутка времени (сутки, неделя), применяют самопишущие приборы – гигрографы, состоящие из:
а) датчика влажности – пучок обезжиренных человеческих волос;
б) передаточного механизма;
в) регистрируемой части – стрелка с пером и барабан с часовым механизмом. Диаграммная бумажная лента разделена горизонтальными параллельными линиями времени.
Перед установкой гигрографа в исследуемом месте надо укрепить на барабане диаграммную ленту, завести часовой механизм, надеть барабан на ось, заполнить перо чернилами, совместить стрелку с графой времени (день, неделя, час) и установить ее в соответствии с данными относительной влажности, вычисленными по психрометру (регулировочными винтами у датчика).
исследования и оценки относительной влажности воздуха в
(наименование объекта, участка)
1. Дата исследования ; время час
2. Исследование проводилось психрометром
3. Показания сухого термометра
4. Показания влажного термометра
5. Расчет влажности по формуле
6. Расчет влажности по таблице
Заключение по влажностному режиму в обследованном помещении:
ТЕМА: МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОДВИЖНОСТИ ВОЗДУХА. РОЗА ВЕТРОВ
1. Уяснить физиолого-гигиеническое значение подвижности воздуха для организма человека; его гигиеническое значение и нормативы в закрытых помещениях и наружной атмосфере.
2. Освоить методы изучения подвижности воздуха, ознакомиться с устройством и правилами работы приборов для определения подвижности воздуха и научится давать гигиеническую оценку с разработкой предложений по ее оптимизации в лечебно-профилактических учреждениях.
1. Ознакомиться с устройством и правилами работы с анемометрами.
2. Провести определение скорости движения воздуха (у вентилятора, вытяжного шкафа, форточки) с помощью анемометров.
3. Составить протокол по результатам выполненных исследований по приведенной ниже форме протокола; дать гигиеническую оценку полученным результатам и написать заключение с соответствующими оздоровительными рекомендациями.
4. Построить “розу ветров” и “розу влияния” по отдельному заданию преподавателя. С учетом построенных “роз” начертить схему взаиморасположения на местности селитебной зоны и промышленных предприятий.
1. Физиолого-гигиеническое значение подвижности воздуха.
2. Что такое “роза ветров”, “роза влияния”, каково их гигиеническое значение?
3. Гигиенические нормы подвижности воздуха в жилых помещениях и больничной палате.
4. Профилактика неблагоприятного воздействия на человека больших и малых скоростей движения воздуха.
5. Какими способами определяют направление воздушных течений в открытой атмосфере и в помещении?
6. Какими приборами определяют подвижность воздуха в открытой атмосфере и в помещении, их устройство и правила работы?
Движение воздуха принято характеризовать направлением и скоростью. Направление движения воздуха определяется точкой горизонта, откуда дует ветер, а скорость движения – расстоянием, пройденным массой воздуха в единицу времени и выражается в м/с.
Оба эти показателя имеют большое физиолого-гигиеническое значение, т.к. изменение направления ветра служит показателем перемены погоды, а движение воздуха:
1) обеспечивает проветривание населенных мест, способствует рассеиванию и снижению атмосферных загрязнений;
2) является важнейшим показателем формирования микроклимата в открытой атмосфере и в помещениях;
3) оказывает влияние на тепловое самочувствие, состояние нервно-психической сферы организма, процессы терморегуляции и функции дыхания. Наиболее благоприятной скоростью ветра в наружной атмосфере в летнее время при обычной легкой одежде считается 1-4 м/с. Раздражающее действие ветра проявляется при скорости выше 6-7 м/с.
В жилых помещениях, классах, детских и лечебных учреждениях оптимальной считается подвижность воздуха в пределах 0,1-0,3 м/с; при меньшей скорости имеет место недостаточный воздухообмен, а при движениях воздуха выше 0,4 м/с отмечается неприятное ощущение сквозняка, В спортивных залах допускается скорость движения воздуха до 0,5-0,6 м/с, а в горячих цехах – до 1 – 1,5 м/с.
СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ ТЕЧЕНИЙ
Направление ветра в открытой атмосфере измеряется с помощью специального прибора-флюгера и обозначается начальными буквами наименований сторон света: С-север, Ю-юг, В-восток, 3-запад. Кроме четырех главных румбов, используются промежуточные, находящиеся между ними, и в таких условиях направление ветра определяется восемью румбами. Угол между серединными румбами делят пополам и всего получается 16 румбов. В этих условиях направление определяется по главному и промежуточному румбу. Например, если ветер имеет направление между восточным и юго-восточным румбами, его обозначают ВЮВ, если между северным и северо-западным румбами, его обозначают ССЗ и т.д. Направление ветра можно определить также по отклонению листвы деревьев, дыма от костров, заводских труб.
В помещении направление движения воздуха можно определить по отклонению пламени свечи, по отклонению листков папиросной бумаги, подвешенных на нитке; по дыму, исходящему от зажженного кусочка ваты, пропитанного раствором четыреххлористого титана (TiCl4) и укрепленного на конце проволоки. В санитарно-гигиенической практике имеет значение не только одномоментное направление, как таковое. Велика роль господствующего направления ветра, которое устанавливается на основании обобщения многолетних метеорологических наблюдений повторяемости ветра по румбам, характерной для данной местности.
СОСТАВЛЕНИЕ “РОЗЫ ВЕТРОВ” и “РОЗЫ ВЛИЯНИЯ ВЕТРОВ”
“Роза ветров” – это графическое изображение повторяемости ветров по румбам (сторонам света), за определенный период (месяц, сезон, год) или за несколько лет.
Для составления “розы
