Измерение температуры. Температуру воздуха, газов и жидкостей от -36 до +37.50С измеряют ртутными термометрами, а от -65 до +650С – спиртовыми термометрами. При измерении температуры выше +600С применяют ртутные термометры с ценой деления 10С. Для измерений, требующих повышенной точности, используют термометры с ценой деления 0.1-0.20С.
Для измерения и автоматической записи температуры применяют термограф (рис.1). Датчиком температуры служит биметаллическая пластинка 4, деформация которой при изменении температуры окружающего воздуха передается системой рычагов 3 на записывающее устройство и записывается на специальной ленте 1, на которой по горизонтали указано время, а по вертикали – температура. Лента закрепляется на барабане 2 с часовым механизмом, имеющим суточный или недельный завод.
Рис. 1 Термограф
Температуру поверхностей измеряют термопарами. Поверхности, температуру которых определяют, должны быть предварительно очищены от грязи, краски, ржавчины и т.д.
Измерение влажности. Влажность воздуха оценивается в абсолютных и относительных единицах. Абсолютная влажность – это количество водяных паров, содержащихся в некотором объеме воздуха. Относительная влажность – это отношение парциального давления водяных паров в воздухе к парциальному давлению насыщенных водяных паров при той же температуре.
Относительную влажность воздуха измеряют психрометрами, гигрометрами и гигрографами.
Аспирационный психрометр с вентилятором (рис.2) состоит из двух ртутных термометров 2, резервуар одного и низ обернут одним слоем батиста и смачивается перед работой с помощью пипетки 5. Воду в пипетке нажатием на грушу 3 доводят до черточк5и (не ближе 1 см от края) и удерживают с помощью зажима 4. Затем при вертикальном положении прибора пипетку до отказа вводят в трубку 1. Через 3-4 с разжимают зажим (излишняя вода вбирается в грушу) и вынимают пипетку.
Рис. 2 Аспирационный психрометр с вентилятором
Воздух с помощью вентилятора 7 поступает в трубки 1 и обтекает резервуары термометров 2 со скоростью не более 2 м/с. Пружина вентилятора заводится ключом 6.
При отрицательной температуре относительную влажность воздуха рекомендуется измерять волосяным гигрометром (рис.3). Он состоит из металлической рамки 5, на которой с помощью винта 4, блока 1 и грузика 7 укреплен обезжиренный волос 3. На оси блока укреплена стрелка 2. Отсчет берется по шкале 6 в процентах. Принцип работы волосяного гигрометра основан на изменении длины обезжиренного волоса в зависимости от влажности воздуха.
Рис. 3 Волосяной гигрометр
Измерение давления. Абсолютное давление воздуха (атмосферы) измеряется барометрами – анероидами и барографами.
Барометр-анероид (рис.4) работает на принципе измерения изменяющейся высоты анероидных коробок в зависимости от колебаний атмосферного давления. Через систему рычагов деформация коробок передается стрелке. Шкала должна быть отградурирована в паскалях.
Рис. 4 Барометр-анероид
Барограф (рис.5) по принципу действия аналогичен барометру-анероиду. В барографе изменение высоты анероидных коробок 6 через систему рычагов 5 передается перу 2. Запись давления ведется на специальной ленте 1, укрепленной на барабане 3 с суточным или недельным заводом. Первоначальное давление устанавливается с помощью специального винта 4 по барометру-анероиду.
Рис. 5 Барограф
Измерение охлаждающего действия атмосферы. Влияние совокупного действия температуры, скорости и влажности воздуха на отдачу тепла телом человека оценивают кататермометром (рис.6). Он представляет собой спиртовый термометр со шкалой от 32 до 400С. Прибор имеет верхний 1 и нижний 2, заполненный спиртом, резервуары. У каждого кататермометра есть свой фактор F, показывающий потерю тепла в милликалориях с 1 см2 спиртового резервуара при охлаждении его от 38 до 350С. Значение фактора определяют при изготовлении прибора и записывают на его обратной стороне.
Рис. 6 Кататермометр
Измерения производят как сухим, так и мокрым кататермометром, в последнем случае резервуар обвязывают смоченной в воде марлей или батистом. Сухой кататермометр реагирует на скорость и температуру, а мокрый – на скорость, температуру и влажность воздуха.
Измерение скорости движения воздуха. Скорость замеряют анемометрами, термоанемометрми, воздухомерными трубками, кататермометрами и другими приборами.
Основным прибором для измерения скорости движения воздуха является анемометр. Наибольшее распространение получили крыльчатый анемометр АСО-3 и чашечный МС-13.
Крыльчатый анемометр со струнной осью АСО-3 (рис.7) состоит из крыльчатки 3, размещенной в металлической обечайке 4, счетного механизма 2 и ручки 5. Крыльчатка сообщается со счетным механизмом при помощи трубчатой оси, вращающейся на натянутой стальной струне. Давление движущегося потока воздуха приводит крыльчатку во вращение. Трубчатая ось посредством червячной передачи передает вращение счетного механизма в работу и выключение его производится арретиром 1. Анемометр АСО-3 применяют для измерения скорости от 0.2 до 5 м/с; чашечный анемометр МС-13 (рис.8) – от 1 до 20 м/с.
Рис. 7 Крыльчатый анемометр со струнной осью АСО-3
Давление воздушного потока воспринимается четырьмя полусферическими чашечками 1, закрепленными на двух взаимно перпендикулярных стержнях, жестко соединенных с осью 2, на конце которой имеется червячная передача, связанная с редуктором счетного механизма 3.Счет имеет три стрелки, отсчитывающие единицы, сотни и тысячи оборотов. Для измерения средней скорости движения воздуха анемометром применяют метод «обвода» по сечению, при малых скоростях движения воздуха – «точечный» метод.
Рис. 8 Чашечный анемометр МС-13
Измеряя охлаждающее действие атмосферы сухим кататермометром, по эмпирическим формулам можно определить скорость движения воздуха: при скорости меньше 1 м/с используют формулу
при скорости более 1 м/с – формулу
где Н – охлаждающее действие атмосферы в катаградусах, определяется путем деления фактора F прибора на время охлаждения его резервуара от 38 до 350С; Dt =36,5- t; 36,5 – средняя температура тела человека, 0С; t – температура воздуха, 0С.
Приборы должны быть снабжены тарировочными удостоверениями, в которых приведены поправки: 1) шкалы; 2) температурная; 3) добавочная, учитывающая неточности, остающиеся после внесения двух первых поправок.
Для измерения давления воздуха применяются различного вида барометры. Наиболее распространенным прибором для измерения давления воздуха является металлический барометр (анероид). В данной лабораторной работе используется барометр типа МД-49-А (Рис.4.1). Принцип его действия основан на деформации анероидной коробки в зависимости от атмосферного давления. При изменении атмосферного давления упругие деформации крышки коробки через рычажную систему передаются в увеличенном масштабе стрелке-указателю, которая перемещается вдоль шкалы,
градуированной в единицах давления (гПа и мм. рт. ст). Для непрерывной регистрации изменения во времени атмосферного давления применяют самопишущие приборы – барографы (от греч. baros – тяжесть, давление, вес и grapho – пишу).
Для измерения температуры воздуха в производственных помещениях используют различного рода жидкостные термометры с ценой деления 0,2-0,5 °С. Для непрерывной регистрации температуры используют термографы (рис. 4.2) или термопары, подключенные к самопишущим приборам.
Измерительным элементом термографа (датчик температуры) является биметаллическая пластина или трубка Бурдона. Биметаллическая пластина – это пластинка из двух полос разнородных металлов, обладающих различными коэффициентами расширения. Трубка Бурдона представляет собой плоскую изогнутую металлическую трубку эллиптического сечения, заполненную спиртом или толуолом. Так как коэффициенты расширения самой трубки и жидкости, наполняющей её, различны, то она также, как и биметаллическая пластинка, при повышении температуры распрямляется, а при повышении скручивается. Один из концов измерительного элемента термографа закрепляется неподвижно, а другой, свободный конец, перемещается при деформациях, связанных с изменением температуры. Через систему рычагов эти перемещения передаются в увеличенном масштабе перу, которое на бумажной ленте, укрепленной на вращающемся барабане, осуществляет непрерывную запись изменения температур. Скорость вращения барабана – один оборот в неделю (или сутки). Горизонтальные деления на ленте показывают время, а вертикальные – температуру.
Электрические термометры обладают в некоторых отношениях рядом важных преимуществ по сравнению с жидкостными термометрами. Они позволяют производить наблюдения на расстоянии и обладают высокой чувствительностью. В настоящее время эти термометры стали все чаще внедряться в практику измерения температуры воздуха помещений. Средствами автоматики они обычно соединены с автоматическими установками кондиционирования воздуха. Существуют различные конструкции электрических термометров, однако, по принципу действия их можно разделить на два типа: термоэлектрические и термометры сопротивления.
Устройство термометров сопротивления основано на использовании свойства металлов изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры.
Действие термоэлектрических термометров основано на существовании контактной разности потенциалов между двумя соприкасающимися разнородными металлами.
При наличии в помещении заметных тепловых излучений для измерения температуры воздуха применяют парный термометр (рис. 4.3), состоящий из двух ртутных термометров. Резервуар со ртутью одного из термометров зачернён и поглощает тепловые лучи, а другого – посеребрён и отражает тепловые лучи. Истинную температуру (tИ)в этом случае определяют в оС по формуле:
где tС , tЧ – показания посеребренного и зачерненного термометров, оС;
К – градуировочный фактор прибора, определяемый при его изготовлении (обычно К =0,1÷0,12).
Температуру поверхности измеряют контактными приборами (типа электротермометров) или дистанционными (пирометрами и др.).
Для измерения интенсивности теплового облучения используют актинометры, радиометры и др. В актинометре приёмником теплоты служит экран из чёрных и блестящих алюминиевых пластин, подключенных к термопарам, связанным с гальванометром. Прибор измеряет плотность теплового потока в Вт/м2.
Измерения относительной влажности производят психрометрами. Эти приборы представляют блок спаренных термометров (рис. 4.4 а). Шарик одного из термометров (правого) обернут тканью, смоченной в дистиллированной воде. При испарении воды затрачивается теплота, поэтому температура смоченного термометра ниже, чем сухого. Чем ниже относительная влажность воздуха, тем больше разность показаний сухого и мокрого термометра.
По температуре сухого и смоченного термометров (разности их показаний), пользуясь формулами, таблицами, диаграммами или номограммами (рис. 4.10), определяют относительную влажность воздуха.
Рис. 4.4. Психрометры:
а – психрометр Августа; б – аспирационный психрометр Ассмана
1- термометр «влажный»; 2 – термометр «сухой»; 3 – воздушный канал (воздуховод); 4 – головка с вентилятором.
В практике инженерных измерений чаще используют аспирационные психрометры (рис. 4.4 б). Они снабжены вентиляторами с пружинами или электрическим приводом, что позволяет создавать определенную скорость движения воздуха около шариков термометра, не зависящую от скорости воздушных потоков в помещении, и за счет этого повысить точность измерений.
В данной лабораторной работе для измерения температуры и влажности воздуха также используется прибор ТКА-ТА (рис. 4.5), принцип работы которого основан на преобразовании параметров сенсора влажности и напряжения датчика температуры в числовые значения измеряемых параметров, с отображением результатов измерений на жидкокристаллическом индикаторе. Датчиком температуры является полупроводниковый диод, питаемый постоянным током. Датчиком влажности является специальный сенсор, параметры которого зависят от значения измеряемой относительной влажности окружающего воздуха.
Для постоянной регистрации изменений относительной влажности используют гигрографы с суточным или недельным заводом.
Скорость движения воздуха в рабочей зоне измеряют крыльчатыми анемометрами (рис. 4.6 б).
а – чашечный, б – крыльчатый
Принцип их работы основан на изменении скорости вращения крыльчатки в зависимости от скорости движения воздуха. Количество оборотов крыльчатки за период измерения фиксируется стрелочно-циферблатным устройством анемометра. Скорость движения воздуха определяют по тарировочному графику (рис. 4.11).
В вентиляционных каналах и галереях, где скорость воздушных потоков превышает 2 м/с, используют чашечные анемометры (рис. 4.6 а), в которых приемной частью служат три (четыре) полушария, укрепленные на вертикальной оси. Вращение их отмечается счетчиком, шкала которого проградуированная в м/с.
Для измерения малых значений скорости движения воздуха используют термоанемометры различных конструкций или кататермометры.
Принцип работы термоанемометра, применяемого в данной лабораторной работе (рис. 4.7), основан на преобразовании параметров датчиков в числовые значения измеряемой скорости движения воздуха, с отображением результатов измерения на жидкокристаллическом индикаторе.
Кататермометр (рис. 4.8) представляет собой спиртовой термометр с шаровым резервуаром, который переходит в капилляр, заканчивающийся расширением в его верхней части. Шкала кататермометра градуирована от 33 до 40 °С.
Применение прибора основано на зависимости скорости охлаждения спиртового резервуара кататермометра от метеорологических условий, в частности от скорости движения воздуха. Количество теплоты, теряемое кататермометром при его охлаждении от 38 до 35 °С всегда при всех метеорологических условиях одинаково, меняется только скорость охлаждения, т. е. количество теплоты, теряемое в единицу времени. Оно зависит от сорта стекла, теплоемкости спирта, а потому различно для разных экземпляров приборов, но постоянно для одного и того же прибора. Постоянное для данного прибора количество тепла, теряемое 1 см2 поверхности спиртового резервуара кататермометра при охлаждении его с 38 до 35 °С, выраженное в милликалориях, называется фактором кататермометра. Его определяют при изготовлении кататермометра, обозначают буквой «F» и указывают на оборотной стороне шкалы кататермометра.
Методы измерения температуры воздуха и оценки
5.1. Приборы для определения температуры воздуха
Ртутные термометры позволяют измерять температуру воздуха в пределах –35°С до +357°С. Ограничение возможности определения с помощью ртутных термометров более низких температур связано с точкой замерзания ртути, которая равна –38,89С (температура кипения +357,25°С). Как правило, при гигиенических исследованиях используются ртутные термометры со шкалой, разделенной с точностью до 0,2°С. Чаще всего используются ртутные термометры психрометров.
Необходимо помнить, что работа с ртутными термометрами требует особой осторожности, так как при изливании ртути при поломке термометра создается реальная опасность токсических поражений.
Спиртовые термометры менее точны, так как при нагревании до температуры выше 0°С спирт увеличивается в объеме неравномерно. Однако использование спиртовых термометров оправдано в связи с тем, что в отличие от ртутного термометра, с помощью их можно измерять более низкие температуры – до –130°С (с учетом точки замерзания этилового спирта). В бытовых условиях использование спиртовых термометров также вполне допустимо, так как позволяет фиксировать температуру воздуха в реальных пределах (точка закипания спирта – +78,39°С). В отдельных случаях, когда не требуется особой точности измерения температуры воздушной среды, спиртовые термометры могут использоваться и гигиенических исследованиях.
При отсчете температуры по ртутному термометру ее фиксируют по верхнему мениску, по спиртовому – по нижнему.
Перед наблюдением нижний конец термометра приподнимают и штифт падает вниз до мениска спирта. Затем термометр устанавливают горизонтально. При повышении температуры спирт, расширяясь, проходит мимо штифта, не сдвигая его с места. При понижении же температуры столбик спирта уменьшается и поверхностная пленка увлекает за собой штифт вниз, к резервуару, устанавливая штифт в положение, соответствующее минимуму наблюдавшейся температуры. Отсчет температуры производят по концу штифта, наиболее удаленному от резервуара термометра.
Электрический термометр. В качестве датчиков электрических термометров (электротермометров) используются термопары и термисторы. Принцип действия термопары основан на различной теплоемкости металлов, в результате чего различные металлы, соединенные в пару (в данном случае термопару) при изменении температуры имеют различную степень нагрева. При этом возникает термоэлектрический ток, величина которого прямо пропорциональна температуре, фиксируемый потенциометром, градуированном в °С.
Принцип действия других электротермометров состоит в том, что при изменении температуры в воспринимающем устройстве (резисторе) при изменении температуры среды пропорционально изменяется сопротивление, а значит при подключении резистора в электрическую цепь изменяется и сила тока, по уровню которой и отсчитывают на шкале прибора температуру в оС.
В практике гигиенических и физиолого-гигиенических исследований используют, как правило, электротермометры сопротивления, то есть воспринимающими устройствами – резисторами (электротермометры ТСМ-2 и ТПЭМ-1).
Используемый для измерения температуры под языком точечный датчик подключается с помощью контактной колонки к гнезду, имеющему туже окраску на лицевой панели прибора. Переключатель «датчики» ставят в положение напротив цифры 2, соответствующей точечному датчику, переключатель шкал – в положение 2, соответствующее поддиапазону температур, в котором ожидаются показания. Нажимают кнопку «Контроль» и одновременно ручкой «Установка на К» проверяют наличие рабочего тока, устанавливают стрелку прибора на красную черту.
После стерилизации датчика протиранием ватой со спиртом его помещают под язык. Показания снимают по шкале 2 после экспозиции 30 с. С помощью поверхностного датчика можно измерить температуру кожи, а также любых поверхностей, температура которых находится в рамках шкалы прибора.
ры на бумажной ленте, помещенной на вращающийся барабан с электрическим приводом или с механическим заводом.
Выпускаются термографы, в которых барабан осуществляет полное вращение вокруг своей оси за сутки или за неделю. В зависимости от этого термографы носят названия суточных или недельных. Так как ленты термографов разградуированы соответствующим образом, можно записывать температуры воздуха с последующим анализом ее в течение любого времени. При анализе ленты термографа представляется возможность, в частности, анализировать температуру воздуха не только каждый час, но и в меньшие промежутки времени.
Имеются термографы, воспринимающей честью которых является биметаллическая пластинка, состоящая из двух спаянных изогнутых пластинок из металла различной теплоемкости. При изменении температуры воздуха один из металлов увеличивается в объеме в большей степени, что приводит к изменению кривизны биметаллической пластинки пропорционально изменению температуры. Изменение кривизны пластинки также передается с помощью системы рычажков на записывающее устройство.
Показания термографа следует периодически проверять по ртутному термометру. С помощью специального винта, имеющегося у воспринимающей температуру пластинки, необходимо отрегулировать положение стрелки, установив перо на уровне показания контрольного термометра. Чтобы заменить ленту, открывают футляр прибора и снимают барабан с оси. Затем отнимают пружину, закрепляющую ленту, снимают последнюю и на ее место накладывают новую с таким расчетом, чтобы левый край ее заходил за правый в месте расположения указанной пружины. После этого в перо добавляют 1-2 капли невысыхающих чернил и кончик его с помощью специального рычажка устанавливают в соприкосновении с бумажной лентой барабана, вставленного на место. Часовой механизм барабана заводят, вставляя ключ в направлении, указанном в верхней части барабана.
Чернила для записи на ленте термографа в случае, если закончились придающиеся к прибору, готовят последующей прописи: глицерин – 200 мл, анилиновая краска в порошке – 2,3 г, гуммиарабик, предварительно разведенный в 10 мл воды, – 3 г, спирт – 10 мл (спирт приливают в конце).
Многие из представленных выше приборов для измерения температуры воздуха имеют историческое значение на смену им приходят современные электронные приборы, позволяющие с большой точностью и оперативно производить исследования в различных условиях. В частности, для измерения температуры поверхностей могут быть использованы термометры цифровые ДанаТерм 1501-1503 (рисунок 12) или термометр универсальный ТESTO 925 (рисунок 13).
Термометры цифровые ДанаТерм 1501-1503 – одноканальные термометры, предназначенные (в зависимости от типа датчика) для измерения температуры неагрессивных сред методом погружения или для контактных измерений температуры поверхностей. Могут быть применены в научных исследованиях, в технологических процессах в промышленности, при производстве и хранении продуктов питания, в целях санитарно-эпидемиологического надзора, в медицине, ветеринарии, в быту. В качестве температурного датчика используется термометр сопротивления или термопара (в зависимости от модели прибора) с индивидуальной градуировкой.
Термометр универсальный ТESTO 925 предназначен для повседневных оперативных измерений температуры поверхности в жестких производственных условиях. В качестве чувствительного элемента используется термопара (NiCr-Ni). Зонд соединен с прибором с помощью кабеля. Измеренное значение выводится на большом жидкокристаллическом экране. Температура выводится в °С или °F. Прибор обладает функцией удержания текущего значения. Дополнительно прибор может оснащаться пирометрическим зондом. Может использоваться при оценке микроклимата помещений для измерения направленности лучистого тепла.
В целом ряде современных приборов измерение температуры воздуха или поверхностей совмещено с измерением других показателей метео- и микроклиматических условий. Основные характеристики этих приборов представлены в разделе 14.
Определение температуры воздуха
Приборы для
определения температуры воздуха и
поверхностей ограждений. Для измерения
температуры воздуха как в помещениях,
так и вне их применяют ртутные, спиртовые
и электрические термометры.
Ртутные
термометры
имеют широкое распространение. Они
отличаются большой точностью и позволяют
измерять температуру в широких пределах
– от –35 до 375С.
Спиртовые термометры менее точны, но
дают возможность измерять низкие
температуры до –70С,
что нельзя определить ртутными
термометрами (ртуть замерзает при
–37,4С).
Термометры
градуируются в градусах Цельсия. Градус
Цельсия (С)
равен одной сотой деления температурной
шкалы между точками кипения (100С)
и замерзания воды (0С).
По значению градус Цельсия равняется
градусу Кельвина (К) – современной
единице измерения температуры. По
системе СИ 0С
равен 273,15 К и 100С
– 373,15 К.
Максимальный
термометр (рис.
1) имеет в капиллярной трубке иглу-указатель.
Ртуть,
расширяясь при повышении температуры,
продвигает указатель по капилляру.
Когда же температура понижается и ртуть
сжимается, уходя обратно по капилляру,
указатель остается на месте, фиксируя
максимальную температуру. При измерении
температуры максимальный термометр
должен находиться в горизонтальном
положении.
Ртутные максимальные
термометры в месте перехода резервуара
в капилляр иногда имеют сужение.
Расширяющаяся при повышении температуры
ртуть легко преодолевает сопротивление
в сужении и останавливается на определенном
уровне, соответствующем наблюдаемой
температуре.
ри
понижении температуры столбик ртути
остается в капилляре, так как не может
преодолеть сопротивления в суженном
месте, и, таким образом, показывает
максимальную температуру.
Для
возвращения ртути в резервуар термометр
перед употреблением сильно встряхивают.
Минимальный
термометр
бывает только спиртовым. В просвете
капилляра термометра имеется указатель
– стеклянный штифтик, который перед
началом измерения температуры подводят
к верхнему уровню спирта. Спирт, расширяясь
при повышении температуры, свободно
проходит мимо указателя, который остается
на месте. При понижении же температуры
спирт сжимается и увлекает за собой в
силу поверхностного натяжения указатель.
Поэтому верхний конец указателя всегда
фиксирует минимальную температуру,
наблюдавшуюся в период ее измерения.
Электротермометры.
Электрические
термометры (рис. 2) основаны на
полупроводниках. В этих приборах
используют микротермисторы, которые
изменяют свое электрическое
сопротивление при незначительных
колебаниях температуры. Электротермометры
используются для измерения температуры
воздуха в помещениях, ограждающих
конструкций (стен, потолков, полов),
подстилки и т.п.
Термограф
М-16 (рис. 3)
применяют для непрерывной (по часам и
дням) регистрации измерений температуры
воздуха. Выпускают его двух типов:
суточные с продолжительностью одного
оборота барабана часового механизма
26 ч; недельные с продолжительностью
одного оборота барабана часового
механизма 176 ч.
ермограф
состоит из датчика температуры,
биметаллической пластинки, передаточного
механизма, стрелки с пером, барабана с
часовым механизмом и корпуса. Принцип
работы его основан на свойстве
биметаллической пластинки изменять
кривизну в зависимости от температуры
воздуха. Изменения изгиба биметаллической
пластинки передаются стрелке с пером,
которое, поднимаясь и опускаясь, чертит
на вращающемся барабане, покрытом
специальной диаграммной лентой,
температурную кривую (термограмму).
Правила
измерения температуры воздуха.
- Температуру
воздуха в помещениях измеряют в разное
время суток в 2-3 точках по вертикали
(на уровне лежания, стояния животных
и на высоте роста обслуживающего
персонала). Измерения по горизонтали
берут следующие: середина помещения и
два угла по диагонали на расстоянии 3
м от продольных стен и 0,8-1м от торцовых. - Термометр
или термограф необходимо располагать
так, чтобы на него не действовали прямые
солнечные лучи, тепло от нагревательных
установок и приборов, охлаждения от
окон и вентиляционных каналов. - Продолжительность
измерения температуры в каждой точке
должна быть не менее 10 мин с момента
установки термометра.
Атмосферное
давление измеряется высотой ртутного
столба, уравновешивающего это давление.
Нормальным
давлением принято считать 760 мм рт. ст.,
или единицу бар. Один бар соответствует
давлению 750,06 мм рт. ст. Бар разделяется
на 1000 миллибар (мбар). Отсюда 1 мбар равен
0,75 мм рт. ст., а давление в 1 мм рт. ст.
соответствует 1,33 мбар. В последнее время
давление выражается в единицах Паскаля
(Па). По этой системе нормальное давление
равняется 1013 Па.
Приборы.
Атмосферное давление измеряют ртутными
барометрами и металлическими
барометрами-анероидами. Ртутные барометры
бывают сифонные и чашечные.
Ртутный
сифонный барометр
представляет собой вертикальную трубку
из белого стекла, изогнутую на 180
и заполненную ртутью (рис. 4). Длинный
конец трубки запаян, а короткий конец
открыт. Давление атмосферы принимается
открытым концом: при повышении его
уровень ртути в коротком конце понижается,
что соответственно, показывает повышение
уровня ртути в запаянном колене.
Чашечный
барометр
состоит из чугунной чашки с ртутью,
закрытая сверху, но сообщающаяся через
отверстие с атмосферным воздухом.
Стеклянную трубку барометра длиной
около 80 см укрепляют нижним открытым
концом в крышке чашки. Трубку наполняют
ртутью и погружают нижним концом в чашку
с ртутью. Трубка защищена латунной
оправой, на верхней части которой
нанесена шкала. В верхней части трубки
под запаянным концом образуется
торичеллиева пустота. Изменение
атмосферного давления передается на
поверхность ртути в чашке, что, в свою
очередь, влияет на уровень ртути в
трубке: при повышении атмосферного
давления возрастает уровень ртути в
трубке, и наоборот.
Барометр-анероид
(рис.5). Его важнейшая часть – полая
тонкостенная металлическая коробка с
гофрированным дном и крышкой или
тонкостенная плоская трубка, согнутая
в виде подковы. Коробка или трубка
заполнены разреженным воздухом (до
50-60 мм рт. ст.). В результате колебаний
атмосферного давления с
давливаются
или выпячиваются стенки коробки или же
разгибаются и сгибаются концы трубки.
Эти изменения через систему рычагов
передаются стрелке, движущейся по
циферблату.
Барограф
(рис.6) применяют для длительных наблюдений
за изменениями атмосферного давления
и их записи. Главнейшая его часть, как
и в барометрах-анероидах, – тонкостенная,
металлическая коробка с разреженным
воздухом, воспринимающая изменения
давления воздуха. Через систему рычагов
изменения объема коробки передаются
на стрелку с писчиком. На разграфленной
ленте барабана, так же как и у термографа,
вычерчивается кривая колебаний
атмосферного давления за сутки или за
неделю.
Занятие 2.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ
Для
суждения о влажности воздуха в помещениях
и вне их определяют их абсолютную
влажность, относительную влажность,
дефицит насыщения и точку росы.
Абсолютная
влажность
– это количество водяных паров в 1м3
воздуха при нормальных показателях
температуры и атмосферного давления
(Т=0С,
В=760 мм рт.ст.). Обозначается буквой А,
измеряется в мм рт.ст.
Максимальная
влажность
– количество водяных паров, насыщающих
до предела 1м3
воздуха при данной температуре и
атмосферном давлении. Обозначается
буквой Е,
измеряется в мм рт.ст.
Относительная
влажность
– отношение абсолютной влажности к
максимальной влажности, выраженное в
%. Обозначается буквой R
.
Дефицит
насыщения
– это разница между максимальной и
абсолютной влажностью. Обозначается
буквой D,
измеряется в мм рт.ст.
Точка
росы –
это максимальная температура при которой
водяные пары насыщаются до предела и
переходят в воду. Обозначается – Тр.
Абсолютную
влажность воздуха определяют психрометрами,
а относительную – гигрометрами и
гигрографами.
аиболее
часто в практике исследований пользуются
статическими (рис.7) или динамическими
(аспирационными) психрометрами (рис.8).
Статический
психрометр Августа
состоит из двух одинаковых термометров
(ртутные, в новых моделях спиртовые),
укрепленных в одном штативе на расстоянии
4-5 см друг от друга. Резервуар одного из
термометров (влажного) обернут кусочком
батиста; конец обертки свернут жгутом
и погружен в стаканчик (в новых моделях
– в расширенный конец изогнутой
трубки-пробирки). Уровень воды в стаканчике
должен находиться на расстоянии 2-3 см
от нижнего конца резервуара. Стаканчик
(трубку) наполняют дистиллированной
водой. В силу капиллярности материал
постоянно смачивается, и с шарика
термометра непрерывно испаряется вода.
Это вызывает потерю тепла пропорционально
скорости испарения. В связи с этим и
показания температуры на влажном
термометре ниже, чем на рядом расположенном
сухом. Разность показаний обоих
термометров и берется за основу расчетов.
Аспирационный
психрометр Ассмана
дает весьма точные показания. Он состоит,
так же как и статический психрометр, из
двух одинаковых термометров. Резервуар
каждого из них окружен двумя металлическими
гильзами для защиты от тепловой радиации.
Гильзы переходят в общую трубку с
небольшим аспирационным вентилятором
у верхнего конца.
Вентилятор
приводится в движение пружиной, которую
заводят ключом.
Ход
определения и вычисление результатов.
При определении абсолютной влажности
статическим психрометром прибор
устанавливают в точке исследования,
обертку влажного термометра погружают
в стаканчик с водой. Оставляют в покое
прибор на 10-15 мин, следя за тем, чтобы на
прибор не влияли источники тепла (лампы,
печи и пр.), а также случайные движения
воздуха (ходьба, открывание дверей).
После указанного срока записывают
показания сухого и влажного термометров
с точностью до 0,1°С. По разнице показаний
термометров определяют относительную
влажность в % по таблице, имеющейся на
приборе, если ее нет, то по приложению
№ 1.
Р а с ч е т. Абсолютную
влажность воздуха по показаниям сухого
и влажного термометров вычисляют по
формуле Реньо:
где
А – абсолютная
влажность, выражаемая напряжением
паров, мм рт.ст.; Е
–максимальная
упругость водяных паров при температуре
влажного термометра (эту величину
находят по таблице (Приложение № 2), мм
рт.ст.; а –
психрометрический
коэффициент, зависящий от скорости
движения воздуха (см. ниже); Т1
– температура
в момент отсчета, показываемая сухим
термометром, ° С; Т2
–
температура, показываемая влажным
термометром, ° С; В
– барометрическое
давление при наблюдении, мм рт.ст.
П р и м е р вычисления
абсолютной влажности воздуха. Определение
проводили статическим (стационарным)
психрометром при следующих данных:
показания сухого термометра 12,5°С,
показания влажного термометра 11,2° С,
барометрическое давление 755 мм рт. ст.,
психрометрический коэффициент
0,0011, максимальная упругость пара при
11,2° С (по приложению № 2) 9,92 мм рт. ст.
Вводим в приведенную
выше формулу эти величины:
А
= 9,92 – 0,0011 • (12,5 – 11,2) • 755 = 8.84 мм рт. ст.
Зная
эту величину, можно вычислить ее
процентное отношение к
максимальной
влажности воздуха при данной температуре
(температура сухого термометра), т. е.
относительную влажность воздуха. Для
этого пользуются формулой:
где R – относительная
влажность воздуха, %; А – найденная
абсолютная влажность воздуха, мм рт.
ст.; Е – максимальная упругость водяных
паров, мм рт. ст. при температуре сухого
термометра (температура воздуха в момент
наблюдений). Ее находят по таблице
(Приложение № 2); в нашем примере она
равна 10,8 мм рт. ст.
Подставляем
найденные величины в формулу:
Правила
работы с аспирационным психрометром.
Для смачивания обертки влажного
термометра этого психрометра применяют
резиновую грушу с пипеткой. Грушей
поднимают воду в пипетке на 2/3 ее длины
и задерживают на этом уровне при помощи
зажима. Пипетку вводят полностью в
гильзу влажного термометра и смачивают
обертку резервуара.
Показания
термометра отсчитывают летом через 4-5
мин, а зимой через 15 мин после начала
работы вентилятора. В последнем случае
пружинный завод вентилятора приходится
заводить дважды.
Абсолютную влажность
при пользовании этим психрометром
вычисляют по формуле:
где А – абсолютная
влажность, мм рт. ст.; Е – максимальное
напряжение водяных паров при
температуре влажного термометра; 0,5 –
постоянная величина (психрометрический
коэффициент); Т – температура сухого
термометра; Т – температура влажного
термометра; В – барометрическое
давление в момент исследования; 755 –
среднее барометрическое давление.
П
р и м е р. Абсолютная влажность воздуха
при Т=15о
С, Т1 =12,5° С. В =758 мм и Е (находят по
приложению № 2) = 10,8
Рис.
10. Гигрограф типа М-21.
1
– корпус, 2 – датчик-пучок обезжиренных
волос,
3
– коррекционный винт, 4 – стрелка с
пером,
5
– барабан с часовым механизмом,
6
– диаграммная лента
Относительная
влажность воздуха в нашем примере равна:
Приборы
для определения относительной влажности
воздуха.Для определения относительной
влажности воздуха применяют гигрометры
– приборы, действие которых основано
на способности обезжиренного в эфире
человеческого волоса удлиняться при
повышении относительной влажности
воздуха и укорачиваться при ее понижении.
Гигрометр
волосяной в круглой оправе М-68(рис.9)
представляет собой металлический корпус
со шкалой с делениями в процентах
относительной влажности воздуха. Внутри
корпуса имеется датчик влажности и
механизм для закрепления и перемещения
стрелки по шкале. Установка стрелки на
заданное деление производится
регулировочным винтом. Диапазон измерения
относительной влажности в пределах от30 до 100 %. Прибор
можно использовать для работы при
температуре от –30 до 45° С.
Гигрограф
М-21(метеорологический) применяют
для непрерывной записи изменения
относительной влажности воздуха от
30 до 100 % при температуре от –30 до 45° С.
Приборы выпускают двух типов:
суточные и недельные с продолжительностью
одного оборота барабана часового
механизма 26 и 176 ч.
Гигрограф
(рис.10) состоит из датчика (1) и пучка
обезжиренных человеческих волос,
закрепленных концами во втулках
металлического
кронштейна и защищенных от повреждений
ограждением; передаточного механизма
(2), стрелки с пером (3), барабана с часовым
механизмом (4) и корпуса (5). Перед работой
укрепляют на барабане диаграммную
ленту, заводят часовой механизм и
заполняют перо специальными чернилами.
На диаграммной ленте записывают дату
и время начала и конца регистрации.
Прибор для записи относительной влажности
ставят на определенную высоту строго
горизонтально.
Занятие 3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ
ВОЗДУХА
Приборы для
определения скорости движения воздуха.
Скорость
движения воздуха измеряют в животноводческих
помещениях, при исследовании работы
вентиляции и в открытой атмосфере.
Выражают ее в метрах в секунду (м/с).
Используют для измерения анемометры и
кататермометры. Анемометрами измеряют
большие скорости движения воздуха, а
кататермометрами – скорости меньше
0,5 м/с.
Анемометры
различают динамические и статические.
Первыми определяют скорость движения
воздуха по числу оборотов, вторыми –
по отклонению пластинки или шара.
Динамические
анемометры
бывают двух типов: крыльчатые типа АСО-3
и чашечные типа МС-13 (рис.11 и рис.12).
Принцип действия обоих анемометров
заключается в том, что воздух при движении
давит на легкие подвижные крылья или
чашечки прибора, которые приходят во
вращательное движение. Это движение
через систему зубчатых колес передается
стрелке, движущейся по циферблату с
делениями.
ределы
измерений скорости движения воздуха у
крыльчатого анемометра от 0,3 до 5 м/с,
а у чашечного анемометра – от 1 до 20 м/с.
Перед работой анемометра включают с
помощью арретира передаточный механизм
и записывают начальное показание
счетчика на шкалах. Прибор устанавливают
в воздушном потоке ветроприемником
навстречу потоку и через 10-15с включают
одновременно механизм прибора и
секундомер. Через 1-2 мин механизм
анемометра и секундомер выключают,
записывают показания счетчика и
время его работы в секундах. По разности
конечного и начального показаний
счетчика, деленной на время в секундах,
определяют скорость движения воздуха
в м/с.
Статический
анемометр с флюгеромиспользуют для
определения движения воздуха в свободной
атмосфере (силы ветра) по отклонению от
вертикального положения пластинки
прибора. Угол отклонения отсчитывают
по дугообразной шкале и по соответствующим
таблицам определяют скорость движения
воздуха.
Ка т а т е р м о м е т р ы– приборы для
определения скорости движения воздуха
от 0,04 до 15 м/с. Кататермометры могут
иметь цилиндрический или шаровой
резервуар (рис.13). Поверхность резервуара
заполнена окрашенным спиртом. Шкала
прибора разделена на градусы от 35 до
38. Величина потери тепла с 1 см2поверхности резервуара прибора за
период охлаждения его от 38 до 35°С в
милликалориях называетсяфактором
кататермометра (F).Он имеет индивидуальное значение для
каждого прибора и отмечается на обратной
стороне шкалы прибора.
Деление
величины фактора на время охлаждения
прибора от 38 до 35°С даст величину
теплоотдачи с 1 см2/с в милликалориях.
Эту величину называют индексом и
обозначают буквойН.
Правила
работы с анемометром и кататермометром.При работе с анемометром необходимо
соблюдать следующие правила:
- ось
крыльчатого анемометра при измерении
скорости должна совпадать с направлением
движения воздуха, а чашечного –
находиться в вертикальном положении; - перед
измерением скорости движения воздуха
в избранной точке записывают показания
стрелок прибора, помещают прибор с
заторможенной стрелкой на место и
пускают анемометр на холостой ход на
1-2 мин, пока крылья или чашечки не начнут
равномерно вращаться. После этого
нажатием рычажка включают счетчик и
одновременно отмечают время (в секундах).
По истечении 100с выключают счетчик
анемометра и записывают показания
стрелок; разность между вторым и первым
показаниями стрелок счетчика делят на
число секунд (100) и находят скорость
движения воздуха в м/с; - рекомендуется
скорость движения измерять дважды и
вычислять среднюю величину; - для
измерения скорости движения воздуха,
превышающей 1 м/с, в свободной атмосфере
рекомендуется применять чашечный
анемометр, а для измерения скорости
движения воздуха в вентиляционных
каналах – крыльчатый.
При
работе с кататермометром необходимо
соблюдать следующие правила:
- перед
исследованием погружают резервуар
сухого кататермометра в воду, нагретую
до 60-80°С, и ждут пока спирт не заполнит
1/3 верхнего цилиндрического расширения.
После этого прибор вынимают из воды,
насухо вытирают резервуар полотенцем
и помещают неподвижно в точке исследования; - по
секундомеру следят за временем охлаждения
прибора, включая секундомер в момент,
когда столбик спирта проходит через
38°С, и выключают, когда он достигает
уровня 35°С. - полученную
величину времени охлаждения записывают
и повторяют измерения 5 раз. Данные
первого измерения, как наименее точного,
отбрасывают и из четырех измерений
выводят среднеарифметическую величину
времени охлаждения.
Вычисление
результатов.Зная величинуНи
температуру воздуха, определяют скорость
движения воздуха в момент измерения,
пользуясь следующими формулами:
где
v
– искомая
скорость движения воздуха м/с; Н
– величина охлаждения кататермометра
(индекс); Q
– средняя температура кататермометра
36,5°С минус температура воздуха помещения
в момент наблюдения; 0,2 и 0,4 – эмпирические
коэффициенты;
Обозначения
в формуле те же, что и в первой; 0,13 и 0,47
– эмпирические коэффициенты.
П
р и м е р. Фактор кататермометра 454, время
охлаждения 62с, температура воздуха в
момент исследования 12°С . Индекс равняется
454 / 62=7,32, величина Н
/ Q=0,298,
или округленно 0,3.
Подставив эти
величины в формулу для скоростей меньше
1 м/с, получаем:
Для
упрощения расчетов пользуются приложением
3, в котором по величине Н / Q
находят скорость движения воздуха.
Занятие 4.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННОЙ И ИСКУССТВЕННОЙ
ОСВЕЩЕННОСТИ.
Определение
естественной и искусственной освещенности.
В проектной и
строительной практике животноводческих
и подсобных помещений применяют два
вида нормирования естественной
освещенности– геометрическое и
светотехническое.
Геометрическое
нормирование устанавливает отношение
площади световых предметов (остекления)
к площади пола освещаемого помещения,
или световой коэффициент (СК).
П
р и м е р. Площадь пола в помещении 1080
м2.
Суммарная площадь стекол 90 м2.
1080:90=12. В данном случае световой коэффициент
(СК) равен 1:12.
Этот
способ нормирования и контроля
освещенности весьма прост, но неточен.
Геометрический способ нормирования
освещенности не учитывает многие
важные моменты: световой климат местности,
отраженный свет от потолка, ориентацию
окон по сторонам света, затемняющее
влияние противостоящих помещений и
света, конструктивные особенности
здания.
