Станция для измерения скорости и направления ветра

Станция для измерения скорости и направления ветра Анемометр

Анемометр. виды и работа. применение и отличия. особенности

Измерение скорости движения воздуха может производиться в разных местах рабочего помещения в зависимости от целей исследования.

Для измерения скорости движения воздуха используют анемометры различных конструкций. Выбор типа анемометра определяется величиной измеряемой скорости движения воздуха.

Замер скорости движения воздуха проводят различными видами анемометров: крыльчатыми (скорость потока от 0,3 до 0,5 м/с), чашечными и индукционными (скорость в пределах 1–30 м/с), термоанемометрами и кататермометрами (скорость не больше 0,5 м/с). Термоанемометры позволяют измерять незначительные колебания потоков воздуха и температуры по объему помещения. Анемометры представлены на рисунке 2.4.

Для измерения интенсивности теплового излучения используют актинометры и радиометры.

Порядок определения скорости воздуха анемометром Чашечный анемометр воспринимает движение воздуха четырьмя полыми алюминиевыми полушариями, крыльчатый – колесом с пластинками, вращающимися под давлением потока воздуха. Это движение системой зубчатых колёс передаётся стрелкам, движущимся по градуированным циферблатам, по которым производится отсчёт. Измерение скорости движения воздуха производится следующим образом. Записав исходное положение стрелок на циферблатах (стрелки на нуль не ставятся), на маленьких циферблатах учитывают только целые деления, помещают прибор в поток воздуха. На приборе расположен: слева циферблат, показывающий сотни делений, справа – тысячи делений; полный оборот стрелки большого циферблата даёт 100 делений. Анемометр необходимо поместить в поток воздуха таким образом, чтобы ось вращения колеса была для крыльчатого анемометра параллельна, а для чашечного – перпендикулярна направлению потока воздуха. После преодоления чашечками или крылышками анемометра инерции прибора и приобретении ими максимальной скорости, поворотом рычажка, находящегося на боковой стороне прибора, включают стрелки, одновременно включая секундомер для отсчёта времени замера. Через 1 мин, не отводя прибор с места исследования, отключают стрелки прибора, одновременно отмечая время проведения замера (в секундах).

Пересчёт полученного числа оборотов в 1 с на скорость воздушного потока в м/с производится с помощью графиков, представленных на рисунках 2.5а и 2.5б, где по вертикальной оси отложено число оборотов 1 с, а по горизонтали – скорость воздушного потока в м/с.

Порядок определения скорости воздуха анемометром

Рис. 2.5. Графики определения скорости движения воздуха по анемометру:

а – чашечному; б – крыльчатому

Анемометры обладают большой инерцией и начинают работать при движении воздуха со скоростью около 0,5 м/с; давление, создаваемое потоком воздуха меньшей скорости, не в состоянии преодолеть сопротивление оси колеса с крылышками или чашек, поэтому для измерения малых скоростей движения воздуха в помещениях используются кататермометры и термоанемометры. Для определения суммарной охлаждающей способности воздушной среды, для замера малых скоростей движения воздуха (до 2 м/с) пользуются прибором, называемым кататермометром.

Шаровой кататермометр, показанный на рисунке 2.6, представляет собой спиртовой термометр с двумя резервуарами – шаровым внизу и цилиндрическим вверху со шкалой деления от 31 до 41 °С.

Порядок определения скорости воздуха анемометром Количество теплоты, теряемой кататермометром, при его охлаждении от 38 до 35 °С постоянно при всех условиях среды, а продолжительность охлаждения различна и зависит от взаимного действия всех метеорологических факторов.

Количество теплоты в милликалориях, теряемой с 1 см2 резервуара кататермометра, называется его фактором F, величина которого указывается на приборе.

Порядок определения скорости воздуха анемометром Разделив фактор на время (в секундах), в течение которого произошло охлаждение кататермометра от температуры 38 до 36 °С, получаем охлаждающую силу воздуха:

Порядок определения скорости воздуха анемометром

Скорость движения воздуха определяется по формулам, выбираемым в зависимости от величины ft. Величина Δt – это разность между средней температурой кататермометра (36,5 °С) и температурой окружающего воздуха.

Если Порядок определения скорости воздуха анемометром , то Порядок определения скорости воздуха анемометром (2.3)

Если Порядок определения скорости воздуха анемометром , то Порядок определения скорости воздуха анемометром (2.4)

Определение суммарной охлаждающей силы воздушной среды с помощью кататермометра производится следующим образом. Прибор погружают в воду, нагретую до 60–70 °С (но не более 80 °С во избежание закипания спирта в приборе и разрыва резервуара), держат его в воде до заполнения спиртом на 1/3 или 1/4 объёма верхнего расширения капилляра. Затем кататермометр вынимается из воды, тщательно вытирается и подвешивается в точке замера. Прибор охлаждается окружающим воздухом. При достижении столбиком спирта 38 °С включают секундомер и замеряют время охлаждения прибора (Т, с) на 3° (от 38 °С до 35 °С). Далее производятся расчёты.

Скорость движения воздуха менее 1 м/с также измеряется термоанемометрами. В основу работы термоанемометра положен принцип охлаждения датчика, находящегося в воздушном потоке и нагреваемого электрическим током.

Датчик представляет собой полупроводниковое микросопротивление. Питание прибора осуществляется либо от сети напряжением 220 В, либо от малогабаритных батареек напряжением 1,5 В.

Термоанемометром измеряют скорости движения воздуха от 0,03 до 5 м/с при температуре от 1 до 60 °С. С помощью термоанемометра можно измерить и температуру воздуха помещения, для чего производят соответствующее переключение прибора.

Изучение барометрического давления при исследовании метеорологических условий позволяет, с одной стороны, полнее учесть зависимость температуры и относительной влажности воздуха от барометрического давления (при повышении давления температура повышается), а с другой стороны, существенно влияние этого показателя на характерные эндотермические (испарение влаги) и экзотермические (конденсация пара) процессы, оказывающие большое влияние на метеорологический комфорт.

Барометр-анероид (рис. 2.7), предназначен для измерений атмосферного давления в пределах от 600–800 мм рт. ст.

Порядок определения скорости воздуха анемометром

Рис. 2.7. Барометр-анероид:

1 – корпус; 2 – анероид; 3 – стекло; 4 – шкала;

5 – металлическая пластина; 6 – стрелка; 7 – ось

Главная часть барометра-анероида – лёгкая, упругая, полая внутри металлическая коробка (анероид) 2 с гофрированной (волнистой) поверхностью. Воздух из коробочки откачан. Её стенки растягивает пружинящая металлическая пластина 5. К ней при помощи специального механизма прикреплена стрелка 6, которая насажена на ось 7. Конец стрелки передвигается по шкале 4, размеченной в мм рт. ст. Все детали барометра помещены внутрь корпуса 1, закрытого спереди стеклом 3.

Значение давления определяется как алгебраическая сумма отсчёта по шкале и поправок, которые указаны в паспорте прибора.

Интенсивность теплового излучения измеряют актинометрами различных конструкций, действие которых основано на поглощении лучистой энергии и превращении её втепловую, количество которой регистрируется различными способами.

Обеспечение требуемых нормами метеорологических условий и чистоты воздуха в рабочей и обслуживаемой зонах помещений устраивается системами вентиляции, кондиционированием воздуха и отоплением.

Вентиляцией называется организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения загрязнённого воздуха и подачу на место удалённого свежего чистого воздуха.

Промышленную вентиляцию применяют для технических и санитарно-гигиенических целей. Для технических целей её используют в различных технологических процессах, в санитарно-гигиенических целях вентиляцию применяют для создания нормальных условий труда путём правильного воздухообмена в производственных помещениях. Воздухообмен осуществляется путём удаления из помещения воздуха, не отвечающего требованиям санитарных норм, и подачи чистого свежего воздуха. В этом процессе количество удаляемого и подаваемого воздуха должно быть равно.

По способу перемещения воздуха различают два основных вида вентиляции: естественную и механическую.

Выбор системы вентиляции зависит от особенностей производственного процесса, типа здания, характера выделяющихся вредностей и необходимой кратности воздухообмена.

Вентиляцию называют естественной, если воздухообмен осуществляется путём использования естественного движения воздуха в результате теплового или ветрового напора. Тепловой напор создаётся в результате наличия разности температур или разности удельных весов внутреннего и наружного воздуха, а ветровой – движением наружного воздуха.

Естественную вентиляцию называют аэрацией, когда естественный воздухообмен организован, т.е. осуществляется путём регулирования притока и вытяжки, за счёт открытия форточек, стенных клапанов, фонарей.

На практике имеет место и неорганизованный способ естественной вентиляции (инфильтрация), т.е. когда воздухообмен осуществляется за счёт случайных отверстий и щелей в оконных и дверных проёмах, в стенах и перекрытиях зданий и возможен в помещениях, где необходим не более, чем однократный обмен воздуха в час.

При механической вентиляции воздухообмен достигается за счёт разности давлений, создаваемой вентилятором, который приводится в движение электромотором. Механическая вентиляция применяется в случаях, когда тепловыделения в цехе недостаточны для систематического использования аэрации, а также, если количество или токсичность выделяющихся в помещение вредных веществ требует поддержания постоянного воздухообмена независимо от внешних метеорологических условий.

При механической вентиляции воздух почти всегда подвергается предварительной обработке. В зимнее время приточный воздух подогревается, а в летнее – охлаждается. В необходимых случаях воздух увлажняется или осушается. Если удаляемый (подаваемый) механической вентиляцией воздух запылён или содержит в большом количестве вредные газы и пары, он подвергается очистке.

Вентиляционные системы по их назначению подразделяются на вентиляцию приточную, вытяжную и приточно-вытяжную, а также рабочую и аварийную.

В зависимости от места применения различают вентиляцию: общеобменную, предназначенную для обмена воздуха всего помещения, и местную, обеспечивающую приток или вытяжку воздуха непосредственно на рабочем месте, т.е. у мест выделения вредностей.

В тех помещениях, где возможно внезапное поступление токсических или взрывоопасных веществ, устраивается аварийная вытяжная вентиляция, включение которой производится автоматически от показаний газоанализаторов, настроенных на допустимую по санитарным и противопожарным требованиям концентрацию газов или паров.

Независимо от наличия искусственной вентиляции во всех помещениях необходимо предусматривать также устройство проёмов в ограждениях (форточки, фрамуги) для проветривания.

Механическая вентиляция может быть устроена таким образом, что в вентилируемом помещении поддерживаются постоянные, заранее заданные условия температуры, влажности, чистоты воздуха независимо от наружных условий и колебаний режима технологического процесса. Такая вентиляция называется кондиционированием воздуха.

Обычно кондиционированный воздух до поступления в помещение проходит тепловлажную обработку в установках, называемых кондиционерами, которые состоят из устройств нагрева воздуха – калориферов, устройств охлаждения воздуха – поверхностных или контактных воздухоохладителей, устройств осушения воздуха.

Воздух в калориферах получает тепло от оребрённых или гладких поверхностей трубок, по которым протекает теплоноситель – вода или пар.

В поверхностных воздухоохладителях воздух отдаёт тепло поверхностям трубок, по которым пропускается холодная вода или другой холодоноситель. В контактных охладителях происходит непосредственный контакт охлаждаемого воздуха с водой, обычно воздух проходит через дождевое пространство камеры орошения, в которой форсунками разбрызгивается охлаждённая вода. Осушение воздуха производится влагопоглощающими веществами: твёрдыми (силикатель), жидкими (растворы хлористого лития, хлористого кальция).

Количественно любой способ воздухообмена можно охарактеризовать кратностью воздухообмена, т.е. величиной, показывающей, сколько раз в единицу времени (в минуту, час) происходит полная смена всего объёма воздуха в помещении.

Требования безопасности, предъявляемые к системе вентиляции, изложены в ССБТ ГОСТ 12.4.021–75:

– вентиляторы вытяжных систем, обслуживающих помещения с производствами категорий А, Б должны быть выполнены из материалов, не вызывающих искрообразования;

– взрывоопасность и пожароопасность производственных помещений не должна увеличиваться применением вентиляционных систем;

– вентиляционные системы, обслуживающие помещения с производствами категорий А, Б, где возможно появление статического электричества, должны обеспечивать электростатическую безопасность и иметь заземление.

В помещениях с постоянным или длительным (более 24 часов) пребыванием людей следует предусматривать в холодный период года поддержание требуемых температур внутреннего воздуха путём подачи тепла системами отопления.

Системы отопления зданий должны удовлетворять следующим требованиям, т.е. обеспечивать:

– равномерный нагрев воздуха помещения в течение отопительного периода;

– безопасность в отношении пожара и взрывов;

– возможность регулирования;

– увязку с системами вентиляции;

– уровни звуковых давлений в пределах нормы;

– наименьшее загрязнение атмосферного воздуха.

Системы отопления разделяются на местные и центральные. В местных системах отопления теплогенератор (котёл), теплопроводы (трубы) и нагревательные приборы (батареи) объединены и находятся в отапливаемом помещении. В центральных системах отопления выработка тепла происходит в каком-либо центре (в котельной), а теплоноситель к нагревательным приборам, находящимся в отапливаемом помещении, подаётся по трубопроводам.

В зависимости от вида используемого теплоносителя отопление бывает водяное, паровое и воздушное.

Системы водяного отопления подразделяются:

– по принципу подводки теплоносителя к нагревательным приборам – на двухтрубные и однотрубные;

– на системы с естественным побуждением (циркуляцией) и искусственным побуждением – с применением циркуляционного насоса;

– на системы с верхней разводкой и системы с нижней разводкой.

Водяное отопление более безопасно (по отношению к паровому), т.к. температура нагревательных приборов не превышает 80–90 °С.

Системы парового отопления подразделяются на системы с верхней разводкой и системы с нижней разводкой. В паровых системах отопления водяной пар, конденсируясь в нагревательных приборах, выделяет скрытую теплоту парообразования. Это тепло передаётся в помещение через стенки нагревательного прибора, а конденсат по конденсатопроводу стекает снова в котел для повторного использования. Недостатки парового отопления: высокая температура нагревательных приборов, которая может привести к возгоранию легковоспламеняющихся веществ и пыли, и как следствие, к ожогам обслуживающего персонала.

Про анемометры:  Замеры воздуха

Системы воздушного отопления могут быть отопительными, в которых осуществляется полная рециркуляция воздуха, и отопительно-вентиляционными – используемые свежий воздух. Воздушное отопление обладает следующими преимуществами: гигиеничностью, безопасностью, быстрым повышением температуры воздуха в помещении, исключением множества местных нагревательных приборов. Воздушное отопление целесообразно применять для отопления крупных производственных помещений.

Основой аттестации рабочих мест по условиям труда является соответствие параметров воздуха данным, приведённым в таблицах 2.6, 2.7, 2.8 и 2.9, характеризующим класс условий труда по показателям микроклимата для производственных помещений и открытых территорий в различные периоды года.

Таблица 2.6

§

Для производственных помещений

И открытых территорий в тёплый период года

Показатель Класс условий труда
Оптимальный Допусти-
мый
вредный 3 Опасный (экстре-мальный)
1 сте-пени
3.1
2 сте-пени 3.2 3 степени 3.3 4 степени 3.4
Температура воздуха, °С  
по СН
 
по СН
по показателю WBGT-индекса,
см. таблицу 2.9
Скорость движения воздуха, м/с  
-/-
 
-/-
 
-/-
Влажность
воздуха, %
 
-/-
 
-/-
 
-/-
Тепловое
излучение, Вт/м2
 
-/-
 
-/-
1201–1500 1501–2000 2501–2500 2501–
3500–
>3500
            

Таблица 2.7

Классы условий труда по показателям микроклимата

Для производственных помещений и открытых территорий

В холодный период года

Категория
работ
Общие энергозатраты, Вт/м2 Класс условий труда
оптимальный допустимый вредный 3 опасный (экстремальный) 4
I степени
3.1
2 степени
3.2
3 степени
3.3
4 степени
3.4
Температура воздуха, °С (нижняя граница)


II a
II б
III
58–77
78–97
98–129
130–160
161–193
по СН
-/-
-/-
-/-
-/-
по СН
-/-
-/-
-/-
-/-
18–20
17–19
14–16
13–15
12–14
16–18
15–17
12–14
11–13
10–12
14–16
13–15
10–12
9–11
8–10
12–14
11–13
8–10
7–9
6–8
 
Влажность
воздуха, %
-/- -/- Требования отсутствуют
Скорость движения воздуха, м/с  
-/-
 
-/-
При увеличении скорости движения
воздуха на 0,1 м/с от максимальной
по СН, температура воздуха должна быть увеличена на 0,2 ºС

Таблица 2.8

Классы условий труда по показателям микроклимата

Для открытых территорий в холодный период года (зима)

И в холодных помещениях

Показатель Класс условий труда
допустимый 2 Вредный (нижняя граница) опасный (экстремальный) 4
1 степень
3.1
2 степень
3.2
3 степень
3.3
4 степень
3.4
Температура
воздуха, °С
Климатические зоны
Ia
I
II
III
 
-30,0
-38,0
-23,0
-15,9
 
-36,0
-46,2
-29,4
-21,3
 
-38,5
-48,9
-31,5
-23,0
 
-40,8
-54,4
-35,7
-26,0
 
-60
-70
-48
-37
 
< -60
< -70
< -48
< -37

Таблица 2.9

Класс условий труда по показателю WBGT-индекса

Для производственных помещений

и открытых территорий в тёплый период года (°С)

Категория
работ
Общие энергозатраты,
Вт/м2
Класс условий труда
оптимальный допустимый вредный 3 опасный
(экстремальный)
1 степени 3.1 2 степени 3.2 3 степени 3.3 4 степени 3.4


IIа
IIб
III
68 (58–77)
88 (78–97)
113 (98–129)
145 (130–160)
177 (161–193)
21–23.4
20,2–22,8
19,2–21,9
1 8,2–20,9
17–18,9
23,5-25,4
22,9–15,8
22–25,1
21–23,9
19–21,8
25,5–26,6
25,9–26,1
25,2–25,5
24–24,2
21,9–22,2
26,7–27,4
26,2–26,9
25,6–26,2
24,3–25
22,3–23,4
27,5-28,6
27–27,9
26,3–27,3
25,1–26,4
23,5–25,7
28,7–31
28–30.3
27,4–29,9
26,5–29,1
25,8–27,9
>31,0
>30,3
>29,9
>29,1
>27,9

Порядок проведения работы

Задание 1

1. Получите у преподавателя наименование исследуемого производственного участка и план расположения рабочих мест.

2. Ознакомьтесь с теорией.

3. Изучите устройство и работу измерительных приборов, используемых для замеров параметров микроклимата.

4. Произведите замеры параметров микроклимата, для этого включите вентиляционную систему. С помощью крыльчатого и чашечного анемометров определите скорость движения воздуха. Результаты измерений занесите в таблицу 2.10.

Таблица 2.10

Результаты определения скорости движения воздуха

Анемометр Показания анемометра Время
измерения, с
Число
делений,
об/с
Скоростъ воздушного потока, м/с
начальные конечные разность показаний
Крыльчатый Чашечный            

5. Определить температуру воздуха по показанию «сухого» термометра аспирационного психрометра Ассмана.

6. Определить барометрическое давление в рабочем помещении, пользуясь барометром-анероидом.

7. Определить относительную влажность воздуха, предварительно смочив водой батист в резервуаре «мокрого» термометра и запустив вентилятор психрометра Ассмана. На четвёртой минуте после пуска вентилятора снять показания с обоих термометров:

– по формуле (2.1) определить абсолютную влажность, а затем по формуле (2.2) определить относительную влажность воздуха;

– по психрометрическому графику (рис. 2.3) и таблице 2.3 определить относительную влажность воздуха.

Результаты измерения температуры, барометрического давления и относительной влажности воздуха, определённых по формуле, с помощью психрометрической таблицы и графика, занести в таблицу 2.11.

Таблица 2.11

Результаты определения барометрического давления,

Температуры и относительной влажности воздуха

Барометрическое давление, Па (мм. рт. ст.) Показания
термометра, °С
Относительная влажность воздуха, %,
определённая по:
сухого мокрого формуле психрометрическому графику психрометрической таблице
           

8. На основании полученных измерений оценить класс условий труда согласно таблицам 2.6, 2.7, 2.8 и 2.9.

9. Составить план мероприятий по оздоровлению условий труда на рабочем месте.

10. Оценить предложенные мероприятия по оздоровлению условий труда на рабочем месте. Сделать окончательный вывод.

Задание 2

По результатам замеров параметров воздуха, полученных в задании 1, оценить возможность проведения работ (категорию), которым они удовлетворяют на указанном рабочем месте.

Оформление отчёта

Отчёт должен содержать:

– наименование работы;

– цель работы;

– краткое изложение сведений о микроклимате и параметрах воздушной среды на рабочих местах;

– таблицу с результатами определения скорости движения воздуха;

– математические расчёты по определению относительной влажности воздуха;

– таблицу с результатами определения барометрического давления, температуры и относительной влажности воздуха;

– результаты аттестации указанного рабочего места по условиям показателей микроклимата и перечень мероприятий и предложений по улучшению условий труда;

– выводы о возможности проведения работ по условиям фактических параметров микроклимата на указанном рабочем месте помещения лаборатории.

Контрольные вопросы

1. Рассказать о принципе и порядке аттестации рабочего места по условиям параметров макроклимата.

2. Как используются результаты аттестации рабочих мест по условиям труда?

3. Дайте определение микроклимата и укажите, какими нормативными документами установлены его параметры.

4. Что такое оптимальные, допустимые, вредные и опасные условия труда?

5. С учётом каких факторов осуществляется нормирование микроклимата помещения?

6. Как распределяются и что положено в основу классификации работ по степени тяжести?

7. Как классифицируются помещения по теплоизбыткам?

8. Что такое абсолютная, относительная и максимальная влажность воздуха?

9. Как определяется относительная влажность воздуха?

10. Какими приборами измеряются параметры макроклимата?

11. Назовите основные способы нормализации микроклимата (вентиляция, отопление, кондиционирование).

12. В каких случаях применяют общеобменную и местную вентиляцию?

Лабораторная работа 3

§

Воздух представляет собой достаточно постоянную по составу смесь газов: азота, кислорода, паров воды, углекислого и инертного газов. Однако в результате протекания технологических процессов воздух может загрязняться разнообразными парами, газами и пылями, что приводит к неблагоприятному воздействию на работающих. Химические вещества, которые в производственных условиях могут вызывать нарушение нормальной жизнедеятельности организма и быть причиной острых и хронических интоксикаций, называются промышленными ядами.

В производственных условиях промышленные яды находятся в различном агрегатном состоянии – в виде газа, пара, тумана, дыма. Выделение химических веществ в воздух производственных помещений может быть периодическим или постоянным. Уровень концентрации химических веществ в воздухе может изменяться в течение рабочего дня, а также в различные периоды месяца и года, что связано с изменением температурного режима и эффективностью воздухообмена в производственных помещениях.

Источниками выделения химических веществ на предприятиях являются сосуды с клеями, растворами и нитрокрасками, а также изделия, на которые они наносятся в обувном производстве, оборудование химчисток, использующее токсичные растворители (трихлорэтилен), промывочные ванны участков по ремонту холодильной техники, процесс приготовления реактивов. Ряд химических веществ, применяемых в производстве, обладает токсическими свойствами.

Проникая в организм человека, такие вещества, как окись углерода, сернистый газ, аммиак, формальдегид, ацетон, бензин, этилацетат вступают в химическое или физиологическое взаимодействие с тканями организма и вызывают острое или хроническое отравление. Острые отравления возникают быстро при наличии относительно высоких концентраций вредных газов и паров. Эти отравления встречаются, в основном, в аварийных ситуациях. Хронические отравления развиваются медленно в результате накопления в организме токсичных веществ (материальная кумуляция) или суммирования функциональных изменений, вызванных действием таких веществ (функциональная кумуляция).

Действие вредных химических веществ на организм человека обусловлено их физико-химическими свойствами. Согласно ГОСТ 12.1.007–76 группа химически опасных и вредных производственных факторов по характеру воздействия на организм человека подразделяется на следующие подгруппы: раздражающие, сенсибилизирующие, канцерогенные, мутагенные, влияющие на репродуктивную функцию. Большинство промышленных вредных веществ обладает общетоксическим действием. К их числу можно отнести ароматические углеводороды и их амино- и нитропроизводные (бензол, толуол). Раздражающим действием обладают кислоты, щёлочи, а также хлор-, фтор-, серо- и азотсодержащие соединения (фосген, аммиак, оксиды серы, азот). Все эти вещества объединяет то, что при контакте с биологическими тканями они вызывают воспалительную реакцию, причём в первую очередь страдают органы дыхания, кожа и слизистые оболочки глаз.

К сенсибилизирующим относятся вещества, которые после относительно продолжительного действия на организм вызывают в нём повышенную чувствительность к этому веществу. Такими веществами являются некоторые соединения ртути, платина, альдегиды (формальдегид) и др.

Канцерогенные вещества, попадая в организм человека, вызывают развитие злокачественных опухолей. К их числу относят полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), которые могут входить в состав сырой нефти, нефтепродуктов. Канцерогенными свойствами обладают ароматические амины, в основном являющиеся продуктами анилинокрасочной продукции.

Яды, обладающие мутагенной активностью, влияют на генетический аппарат зародышевых и соматических клеток организма, приводят к их гибели или к функциональным изменениям. Это может вызвать снижение общей сопротивляемости организма, раннее старение, а в некоторых случаях тяжелые заболевания. Мутационной активностью обладают этиламин, уретан, иприт. К веществам, влияющим на репродуктивную функцию (функцию воспроизведения потомства), относят бензол и его производные, сероуглерод, хлоропрен, свинец, сурьму, марганец, ядохимикаты, никотин, соединения ртути. По степени воздействия на организм человека все вредные вещества согласно ГОСТ 12.1.007–76 подразделяются на четыре класса: чрезвычайно опасные, высокоопасные, умеренно опасные и малоопасные.

Класс опасности вещества устанавливается в зависимости от предельно-допустимой концентрации его в воздухе рабочей зоны (мг/м3).

Вредные вещества могут проникать в организм человека через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт, а также кожные покровы и слизистые оболочки. Попадающие в организм химические вещества приводят к нарушению здоровья лишь в том случае, если их количество в воздухе превышает определённую для каждого вещества величину. Поэтому для профилактики профессиональных заболеваний большое значение имеет установление предельно допустимых концентраций вредных веществ. Под предельно допустимой концентрацией вредных веществ в воздухе рабочей зоны понимают концентрацию, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 часов или при другой продолжительности (но не более 41 часа в неделю) во время всего рабочего стажа не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдельные сроки жизни настоящих и последующих поколений.

Исследование воздушной среды на производстве производится согласно ГОСТ 12.1.005–88 «Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования».

Пробы воздуха отбираются на высоте рабочей зоны – 2 м от пола (что соответствует зоне дыхания) в непосредственной близости к месту работы. Для оценки распространения по цеху вредных веществ пробы воздуха отбирают также в нейтральных точках, т.е. на расстоянии 3–5 м и более от мест их образования. Загазованность определяют для оценки эффективности работ санитарно-технических устройств. Анализ проб воздуха чаще всего проводят калориметрическим или нефелометрическим методом с использованием фотоэлектрокалориметров (ФЭК-М, ФЭК-Н-56), при их отсутствии исследование проводят визуально.

Для оперативных санитарно-химических исследований зарекомендовали себя экспрессные методы химического анализа. Для этой цели используют переносные универсальные газоанализаторы УГ-1, УГ-2. К ним прилагаются наборы индикаторных трубок, реактивной бумаги, специальные растворы со стандартными шкалами. Измерение концентрации вредных веществ индикаторными трубками должно производиться в соответствии с ГОСТ 12.1.014–84.

Решающим направлением в профилактике профзаболеваний является полное исключение контакта работающих с вредными веществами с помощью комплексной механизации и автоматизации производственных процессов.

Про анемометры:  Замеры нефтепродуктов в резервуарах. — Студопедия

Большое значение имеет разработка новых технологических процессов, исключающих использование вредных веществ, замена вредных веществ менее вредными. Снижению поступления в воздух рабочих зон вредных веществ способствует хорошая герметизация оборудования, ведение процессов в вакууме, применение замкнутых технологических циклов, непрерывных технологических процессов, замена устаревшего оборудования более прогрессивным, своевременный и качественный ремонт оборудования.

Хороший эффект достигается при размещении производственного оборудования в специальных кабинах с устройством соответствующей вентиляции и выносом приборов управления и контроля в коридоры. Важное место в комплексе профилактических мероприятий занимают периодические и предварительные медицинские осмотры, профилактическое питание и соблюдение правил личной гигиены. При недостаточной эффективности коллективных средств защиты применяют средства индивидуальной защиты (СИЗ), которые подразделяются: на изолирующие постоянные средства защиты органов дыхания; специальную одежду; специальную обувь; средства защиты рук, головы, лица, глаз, органов слуха; предохранительные приспособления (ГОСТ 12.4.011–89).

Применяемые приборы

Интерферометр шахтный ШИ-11 представляет собой переносной прибор, предназначенный для определения содержания метана СН4 и углекислого газа СО2 в воздухе. Прибор может быть использован для определения содержания углекислого газа до 6 % с умножением показателей прибора на поправочный коэффициент 0,95 от градуировки шкалы по метану.

Действие прибора основано на измерении смещения интерференционной картины, проходящего вследствие изменения состава исследуемой пробы воздуха, который находится на пути одного из двух лучей, способных интерферировать.

Общая схема хода лучей в приборе следующая. Свет от лампочки параллельным пучком падает на зеркало, где разлагается на два интерферирующих пучка. Первый пучок проходит через полости газовоздушной камеры, заполненные чистым воздухом. Второй пучок проходит через полость, которая при установке «на нуль» также заполняется чистым воздухом, а при проведении анализа – исследуемым воздухом, содержащим углекислый газ.

Смещение интерференционной картины относительно её нулевого положения пропорционально разности между показателями преломления света исследуемой газовой смеси и атмосферного воздуха, которая, в свою очередь, пропорциональна процентному содержанию метана и углекислого газа.

Интерференционная картина имеет одну белую ахроматическую полосу, ограниченную двумя чёрными (тёмными) полосами (с окрашенными краями). Исходное (нулевое) положение интерференционной картины фиксируется путём совмещения левой чёрной (тёмной) полосы с нулевой отметкой неподвижной шкалы. Шкала прибора с равномерными делениями градуирована в процентах (по объёму) с ценой деления шкалы 0,2 % СН. Отметки шкалы через целые деления обозначены цифрами от 0 до 6.

Интерферометр шахтный типа ШИ-2 представляет собой плоскую литую силуменовую четырёхугольную коробку, закруглённую с одной стороны.

Общий вид прибора показан на рисунке 3.1.

Порядок определения скорости воздуха анемометром

Рис. 3.1. Интерферометр шахтный ШИ-2:

1 – штуцер; 2 – распределительный кран; 3 – окуляр; 4 – штуцер с фильтром; 5 – винт; 6 – кнопка для перемещения газовоздушной камеры; 7 – кнопка включения лампы

для измерения; 8 – крышка с поглотительным патроном

На корпусе прибора размещены:

– штуцер 1 для засасывания в прибор проверяемого воздуха;

– распределительный кран 2, закрытый резьбовым колпачком;

– окуляр 3, закрытый предохранительным колпачком на цепочке;

– штуцер с фильтром 4, на который подвешена трубка резиновой груши;

– винт 5, закрытый резьбовым колпачком с цепочкой, для перемещения интерференционной картины в поле зрения окуляра;

– кнопка «К» 6 для перемещения газовоздушной камеры в положение «К»;

– кнопка «И» 7 включения лампы для измерения;

– крышка отделения с поглотительным патроном 8;

– контроль (надписи «И» и «К») нанесены на крышках кнопок.

§

Производится проверка исправности резиновой груши. Для этого сжать грушу рукой и, зажав конец её резиновой трубки, которым она присоединяется к прибору, проследить, как быстро расправляется груша в разжатой руке. Груша пригодна для работы, если расправление происходит медленно.

Производится проверка герметичности газовой линии. Для этого резиновую трубку груши надеть на штуцер 4, закрыть плотно пальцем штуцер 1 и сжать грушу, если груша будет расправляться так же медленно, то газовая линия герметична. Производится установка прибора на нуль. Для этого необходимо продуть воздушную и газовую линии чистым атмосферным воздухом. Воздушная линия прибора уже продута. Газовая линия заполняется чистым воздухом так: надеть резиновую трубку груши на штуцер 4 и сжать грушу 5–10 раз. После этого нажать кнопку 5 и посмотреть в окуляр 3. В поле зрения появляется интерференционная картина. Интерференционная картина и шкала могут быть неясными. Улучшение резкости достигается вращением окуляра вправо и влево, в зависимости от остроты зрения наблюдателя. Установку прибора на «нуль» делать следующим образом: отвернуть резьбовой колпачок 6 и, наблюдая в окуляр 3 за положением интерференционной картины, медленно вращать маховичок вправо или влево, добиваясь совмещения середины левой чёрной полосы интерференционной картины с нулевой отметкой шкалы. После установки прибора на «нуль» маховичок закрывается резьбовым колпачком, и прибор готов к работе. Определение содержания метана и углекислого газа производится при нажатии на кнопку «Н».

Подготовить исследуемую смесь воздуха с CO2. Для этого взять волейбольную камеру и надуть её выдыхаемым воздухом, который, как известно, содержит 6–7 % СО2.

Определить концентрацию углекислого газа, для чего отвернуть и снять колпачок 2, и поставить в положение СО2, и произвести засасывание воздуха с углекислым газом из волейбольной камеры, сжимая грушу 5 раз. Затем нажать кнопку включения лампочки 5, посмотреть в окуляр 3 и определить, на сколько сместилась середина левой чёрной полосы интерференционной картины, цена деления шкалы 0,5 % СО2.

Перед определением содержания метана в воздухе произвести проверку нулевого положения интерференционной картины. Для этого надо нажать кнопку «И» и кнопку «К» одновременно и посмотреть в окуляр на положение интерференционной картины. Если интерференционная картина не сместилась относительно нулевой отметки шкалы, прибор готов к работе.

Если интерференционная картина сместилась относительно нулевой отметки шкалы, то винтом 5 выставить её на нуль. После указанных операций прибор готов к работе.

При определении содержания метана распределительный кран 2 поставить в положение «СН4». Резиновую трубку камеры, заполненную воздухом с содержанием метана, одеть на штуцер 1. Путём трёх сжатий резиновой груши, одетой на штуцер 4, прокачать пробу воздуха, если набранный в прибор воздух содержит метан, то интерференционная картина сместится вправо вдоль шкалы. При наблюдении в окуляр по смещённому положению левой чёрной полосы интерференционной картины произвести отсчёт делений шкалы и результат выразить с точностью до 0,1 %. Снять резиновую трубку камеры воздуха с метаном со штуцера 1 и закрыть её пробкой. Затем перевести объёмные проценты в мг/м и занести данные в таблицу 3.1.

Таблица 3.1

Результаты анализа концентрации газов в воздухе

Анализируемый газ Концентрация
(объёмная, %)
Концентрация
(мг/м3)
     

Перевод объёмных процентов в мг/м производится согласно табли-це 3.2.

Таблица 3.2

Перевод объёмных процентов в мг/м3

Концентрация (объёмная, %) Концентрация, мг/м
СО СО2 NO NO2
0,0005
0,0010
0,0020
0,0035
0,0050
0,0075
0,0100
0,0200
0,0350
,0500
0,0750
0,1000
0,1500
0,2000
6,25
12,5

43,75
62,5
93,75

437,5

937,5

6,7
13,4
26,8
46,9

100,5

9,8
19,6
39,2
68,6
10,3
20,5

71,8
102,5
153,8

717,5

1537,5

Сравнить полученные значения концентраций газов с ПДК и сделать вывод.

Сумма содержаний газов (СН4 СО2) не должна превышать 6 % в объёмных долях. Полученный отсчет покажет суммарное содержание в воздухе метана и углекислого газа. Содержание углекислого газа равно разности второго и первого отсчётов. Для более точного определения концентрации СО2 необходимо показание прибора умножить на коэффи- циент 0,95.

Оформление отчёта

Отчёт должен содержать:

– наименование работы;

– цель работы;

– краткое изложение сведений о химическом загрязнении воздуха в рабочей зоне и его влияние на организм человека;

– замеры содержания метана и углекислого газа в воздухе по показаниям прибора;

– выводы о содержании вредных газов, сравнивая его с ПДК.

Контрольные вопрос

1. Что такое промышленные яды?

2. Что является источниками выделения химических веществ на предприятиях?

3. Основные причины, вызывающие профессиональные интоксикации, заболевания.

4. Что такое ПДК?

5. Коллективные средства защиты от вредных веществ на производстве.

6. Приборы, применяемые для анализа и для взятия проб воздуха.

Выносной модуль и измерительная схема датчиков ветра

В качестве фотоизлучателей были выбраны светодиоды ИК-диапазона АЛ-107Б. Эти старинные светодиоды, конечно, не самые лучшие в своем классе, зато имеют миниатюрный корпус диаметром 2,4 мм и способны пропускать ток до 600 мА в импульсе. Между прочим, при испытаниях выяснилось, что образец этого светодиода около 1980 года выпуска (в корпусе красного цвета) имеет примерно вдвое большую эффективность (выразившуюся в дальности уверенной работы фотоприемника), чем современные экземпляры, купленные в «Чипе-Дипе» (они имеют прозрачный желтовато-зеленый корпус).

Через светодиод в датчике скорости пропускался постоянный ток около 20 мА (резистор 150 Ом при питании 5 вольт), а в датчике направления — импульсный (меандр со скважностью 2) ток около 65 мА (те же 150 Ом при питании 12 вольт). Средний ток через один светодиод датчика направления при этом около 33 мА, всего через четыре канала — около 130 мА.

В качестве фотоприемников были выбраны фототранзисторы L-32P3C в корпусе диаметром 3 мм. Сигнал снимался с коллектора, нагруженного на резистор 1,5 или 2 кОм от питания 5 В. Эти параметры подобраны так, чтобы на расстоянии ~20 мм между фотоизлучателем и приемником на вход контроллера поступал сразу полноразмерный логический сигнал в 5-вольтовых уровнях без дополнительного усиления.

Токи, фигурирующие здесь, могут показаться вам несоразмерно большими, если исходить из озвученного выше требования минимального энергопотребления, но как вы увидите, фигурируют они в каждом цикле измерения на протяжении максимум нескольких миллисекунд так, что общее потребление остается небольшим.

Основой для крепления приемников и излучателей послужили отрезки кабельного канала (видны на фото датчиков выше), вырезанные так, чтобы у основания образовать «ушки» для крепления на скобе. Для каждого из этих обрезков к запирающей крышке изнутри приклеивалась пластиковая пластинка, по ширине равная ширине канала.

Светодиоды и фототранзисторы закреплялись на нужном расстоянии в отверстиях, просверленных в этой пластинке так, чтобы выводы оказались внутри канала, а наружу выступали только выпуклости на торце корпусов. Выводы распаиваются в соответствии со схемой (см. ниже), внешние выводы делаются обрезками гибкого разноцветного провода.

Резисторы для излучателей датчика направления также размещаются внутри канала, от них делается один общий вывод. После распайки крышка защелкивается на место, все щели герметизируются пластилином и дополнительно липкой лентой, которой также закрывается отверстие со стороны, противоположной выводам, и вся конструкция заливается эпоксидной смолой.

Принципиальная схема блока обработки датчиков ветра выглядит так:

О том, откуда берется питание 12-14 вольт, см. далее. Кроме компонентов, указанных на схеме, выносной блок содержит датчик температуры-влажности, который на схеме не показан. Делитель напряжения, подключенный к выводу A0 контроллера, предназначен для контроля напряжения источника питания с целью своевременной замены.

В схеме используется «голый» контроллер Atmega328 в DIP-корпусе, запрограммированный через Uno и установленный на панельку. Такие контроллеры с уже записанным Arduino-загрузчиком, продаются, например, в «Чипе-Дипе» (или загрузчик можно записать самостоятельно).

Такой контроллер удобно программировать в привычной среде, но, лишенный компонентов на плате, он во-первых, получается экономичнее, во-вторых, занимает меньше места. Полноценный энергосберегающий режим можно было бы получить, избавившись и от загрузчика тоже (и вообще расписав весь код на ассемблере :), но здесь это не очень актуально, а программирование при этом неоправданно усложняется.

На схеме серыми прямоугольниками обведены компоненты, относящиеся отдельно к каналам скорости и направления. Рассмотрим функционирование схемы в целом.

Работа контроллера в целом управляется сторожевым таймером WDT, включенным в режиме вызова прерывания. WDT выводит контроллер из режима сна через заданные промежутки времени. В случае, если в вызванном прерывании таймер взводится заново, перезагрузки с нуля не происходит, все глобальные переменные остаются при своих значениях. Это позволяет накапливать данные от пробуждения к пробуждению и в какой-то момент обрабатывать их — например, усреднять.

В начале программы сделаны следующие объявления библиотек и глобальных переменных (чтобы не загромождать текст и без того обширных примеров, здесь выпущено все, что относится к датчику температуры-влажности):

#include <VirtualWire.h>
#include <avr/wdt.h>
#include <avr/sleep.h>
. . . . .
#define ledPin 13 //вывод светодиода (PB5 вывод 19 ATmega)
#define IR_Pin 10 //управление транзистором IRLU (PB2 вывод 16 Atmega)
#define in_3p 9 //вход приемника разряд 3
#define in_2p 8 //вход приемника разряд 2
#define in_1p 7 //вход приемника разряд 1
#define in_0p 6 //вход приемника разряд 0
#define IR_PINF 5 //(PD5,11) вывод для ИК-светодиода частоты
#define IN_PINF 4 //(PD4,6) вход обнаружения частоты 

volatile unsigned long ttime = 0;        //Период срабатывания датчика
float ff[4]; //значения частоты датчика скорости для осреднения
char msg[25]; //посылаемый месседж
byte count=0;//счетчик
int batt[4]; //для осреднения батарейки
byte wDir[4]; //массив направлений ветра
byte wind_Gray=0; //байт кода направления ветра

Для инициации режима сна и WDT (пробуждение каждые 4 с) служат следующие процедуры:

// перевод системы в режим сна
void system_sleep() {
  ADCSRA &= ~(1 << ADEN); //экв. cbi(ADCSRA,ADEN); выключим АЦП
  set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN); // режим сна
  sleep_mode();                        // система засыпает
    sleep_disable(); // система продолжает работу после переполнения watchdog
    ADCSRA |= (1 << ADEN); /экв. sbi(ADCSRA,ADEN); включаем АЦП
}

//****************************************************************
// ii: 0=16ms, 1=32ms,2=64ms,3=128ms,4=250ms,5=500ms
// 6=1 sec,7=2 sec, 8=4 sec, 9= 8sec
void setup_watchdog(int ii) {
  byte bb;
  if (ii > 9 ) ii=9;
  bb=ii & 7;
  if (ii > 7) bb|= (1<<5); //в bb - код периода
  bb|= (1<<WDCE);
  MCUSR &= ~(1<<WDRF);
  // запуск таймера
  WDTCSR |= (1<<WDCE) | (1<<WDE);
  // установка периода срабатывания сторожевого таймера
  WDTCSR = bb;
  WDTCSR |= (1<<WDIE); //прерывание WDT  
}
//****************************************************************  
// Обработка прерывания сторожевого таймера 
ISR(WDT_vect) {
        wdt_reset();
}

Датчик скорости выдает частоту прерывания оптического канала, порядок величин — единицы-десятки герц. Мерить такую величину экономичнее и быстрее через период (этому была посвящена публикация автора «

Про анемометры:  Памятка водителю-оператору пожарной автолестницы АЛ-30(131)ПМ-506Д. Часть 1, страница 4

»). Здесь выбран метод через модифицированную функцию pulseInLong(), который не привязывает измерение к определенным выводам контроллера (текст функции periodInLong() можно найти в указанной публикации).

В функции setup() объявляются направления выводов, инициализируются библиотека передатчика 433 МГц и сторожевой таймер (строка для IN_PINF в принципе лишняя, и вставлена для памяти):

void setup() {
  pinMode(IR_PINF, OUTPUT); //на выход
  pinMode(IN_PINF, INPUT); //вывод обнаружения частоты на вход
  pinMode(13, OUTPUT); //светодиод
  vw_setup(1200); // скорость соединения VirtualWire
  vw_set_tx_pin(2);   //D2, PD2(4) вывод передачи VirtualWire
//  Serial.begin(9600); // Serial-порт для контроля при отладке
  setup_watchdog(8); //WDT период 4 c
  wdt_reset();
}

Наконец, в основном цикле программы мы сначала каждый раз при пробуждении (каждые 4 секунды) считываем напряжение и рассчитываем частоту датчика скорости ветра:

void loop() {
  wdt_reset(); //обнуляем таймер
  digitalWrite(ledPin, HIGH); //включаем светодиод для контроля
  batt[count]=analogRead(0); //читаем и сохраняем текущий код батарейки
/*=== частота ==== */ 
  digitalWrite(IR_PINF, HIGH); //включаем ИК-светодиод датчика скорости
  float f=0; //переменная для частоты
      ttime=periodInLong(IN_PINF, LOW, 250000); //ожидание 0,25 сек
//        Serial.println(ttime); //для контроля при отладке
       if (ttime!=0) {//на случай отсутствия частоты
       f = 1000000/float(ttime);} // вычисляем частоту сигнала в Гц
       digitalWrite(IR_PINF, LOW); //выключаем ИК-светодиод
 ff[count]=f; //сохраняем вычисленное значение в массиве    
. . . . .

Время горения ИК-светодиода (потребляющего, напомню, 20 мА) здесь, как видите, будет максимальным при отсутствии вращения диска датчика и составляет при этом условии около 0,25 секунды. Минимальная измеряемая частота, таким образом, составит 4 Гц (четверть оборота диска в секунду при 16 отверстиях).

Далее следуют процедуры, которые выполняются каждое четвертое пробуждение (то есть каждые 16 секунд). Значение частоты датчика скорости из накопленных четырех значений мы передаем не среднее, а максимальное — как показал опыт, это более информативная величина.

//каждые 16 сек усредняем батарейку и определяем максимальное значение 
//частоты из 4-х значений:
if (count==3){ 
    f=0; //значение частоты
    for (byte i=0; i<4; i  ) if (f<ff[i]) f=ff[i]; //максимальное значение из четырех
    int fi=(int(f*10) 1000); //доводим до 4 дес. разрядов для отправки
    int volt=0; //код батарейки
    for (byte i=0; i<4; i  ) volt=volt batt[i];
    volt=volt/4 100; //средний код на 100 больше = 3 дес.разряда 
    volt=volt*10; //до 4 дес. разрядов
. . . . .

Далее — определение кода Грея направления. Здесь для снижения потребления вместо постоянно включенных ИК-светодиодов на все четыре канала одновременно через ключевой полевой транзистор с помощью функции tone() подается частота 5 кГц. Обнаружение наличия частоты на каждом из разрядов (выводы in_0p – in_3p) производится методом, аналогичным антидребезгу при считывании показаний нажатой кнопки.

Сначала в цикле дожидаемся, имеется ли на выводе высокий уровень, и затем проверяем его через 100 мкс. 100 мкс есть полпериода частоты 5 кГц, то есть при наличии частоты минимум со второго раза мы опять попадем на высокий уровень (на всякий случай повторяем четыре раза) и это означает, что он точно там есть. Эту процедуру повторяем для каждого из четырех бит кода:

/* ===== Wind Gray ==== */
//направление:
  tone(IR_Pin,5000);//частоту 5 кГц на транзистор
  boolean yes = false;
  byte i=0;
  while(!yes){ //разряд 3
    i  ;
    boolean state1 = (digitalRead(in_3p)&HIGH);
    delayMicroseconds(100); // задержка в 100 микросекунд 
    yes=(state1 & !digitalRead(in_3p));
    if (i>4) break; //пробуем четыре раза
  } 
  if (yes) wDir[3]=1; else wDir[3]=0;
    yes = false;
    i=0;
  while(!yes){ //разряд 2
    i  ;
    boolean state1 = (digitalRead(in_2p)&HIGH);
    delayMicroseconds(100); // задержка в 100 микросекунд 
    yes=(state1 & !digitalRead(in_2p));
    if (i>4) break; //пробуем четыре раза
  } 
  if (yes) wDir[2]=1; else wDir[2]=0;
    yes = false;
    i=0;
  while(!yes){ //разряд 1
    i  ;
    boolean state1 = (digitalRead(in_1p)&HIGH);
    delayMicroseconds(100); // задержка в 100 микросекунд 
    yes=(state1 & !digitalRead(in_1p));
    if (i>4) break; //пробуем четыре раза
  } 
  if (yes) wDir[1]=1; else wDir[1]=0;
    yes = false;
    i=0;
  while(!yes){ //разряд 0
    i  ;
    boolean state1 = (digitalRead(in_0p)&HIGH);
    delayMicroseconds(100); // задержка в 100 микросекунд 
    yes=(state1 & !digitalRead(in_0p));
    if (i>4) break; //пробуем четыре раза
  } 
  if (yes) wDir[0]=1; else wDir[0]=0;
  noTone(IR_Pin); //выключаем частоту
  //собираем в байт в коде Грея:
  wind_Gray=wDir[0] wDir[1]*2 wDir[2]*4 wDir[3]*8; //прямой перевод в дв. код
  int wind_G=wind_Gray*10 1000; //дополняем до 4-х дес. разрядов
. . . . .

Максимальная длительность одной процедуры будет при отсутствии частоты на приемнике и равна 4×100 = 400 микросекунд. Максимальное время горения 4-х светодиодов направления будет тогда, когда не засвечен ни один приемник, то есть 4×400 = 1,6 миллисекунды.

Алгоритм, кстати, точно так же будет работать, если вместо частоты, период которой кратен 100 мкс, просто подать постоянный высокий уровень на светодиоды. При наличии меандра вместо постоянного уровня мы просто экономим питание вдвое. Мы можем еще сэкономить, если завести каждый ИК-светодиод через отдельную линию (соответственно, через отдельный вывод контроллера со своим ключевым транзистором), но зато при этом усложняется схема, разводка и управление, а ток в 130 мА в течение 2 мс каждые 16 секунд — это, согласитесь, немного.

Наконец, беспроводная передача данных. Для передачи данных от места установки датчиков до табло метеостанции был выбран самый простой, дешевый и надежный способ: пара передатчик/приемник на частоте 433 МГц. Согласен, способ не самый удобный (из-за того, что девайсы рассчитаны на передачу битовых последовательностей, а не целых байтов, приходится изощряться в конвертации данных между нужными форматами), и уверен, что многие со мной захотят поспорить в плане его надежности. Ответ на последнее возражение простой: «ты просто не умеешь их готовить!».

Секрет в том, что обычно остается за кадром различных описаний обмена данными по каналу 433 МГц: поскольку приборы эти чисто аналоговые, то питание приемника должно быть очень хорошо очищено от любых посторонних пульсаций. Ни в коем случае не следует питать приемник от внутреннего 5-вольтового стабилизатора Arduino!

В данном случае передатчик работал непосредственно от напряжения аккумулятора 12 В, приемник и передатчик были снабжены стандартными самодельными антеннами в виде отрезка провода длиной 17 см. (Напомню, что провод для антенн пригоден только одножильный, а размещать антенны в пространстве необходимо параллельно друг другу.)

Пакет информации длиной в 24 байта (с учетом влажности и температуры) без каких-то проблем уверенно передавался со скоростью 1200 бит/с по диагонали через садовый участок 15 соток (около 40-50 метров), и затем через три бревенчатых стенки внутрь помещения (в котором, например, сотовый сигнал принимается с большим трудом и не везде).

Условия, практически недостижимые для любого стандартного способа на 2,4 ГГц (типа Bluetooth, Zig-Bee и даже любительский Wi-Fi), притом, что потребление передатчика здесь составляет жалкие 8 мА и только в момент собственно передачи, остальное время передатчик потребляет сущие копейки. Передатчик конструктивно размещен внутри выносного блока, антенна торчит сбоку горизонтально.

Объединяем все данные в один пакет (в реальной станции к нему добавятся еще температура и влажность), состоящий из единообразных 4-байтных частей и предваряемый сигнатурой «DAT», отправляем его на передатчик и завершаем все циклы:

/*=====Transmitter=====*/
  String strMsg="DAT"; //сигнатура - данные
  strMsg =volt; //присоединяем батарейку 4 разряда
  strMsg =wind_G; //присоединяем wind 4 разряда
  strMsg =fi; //присоединяем частоту 4 разряда
  strMsg.toCharArray(msg,16); //переводим строку в массив
//  Serial.println(msg); //для контроля
  vw_send((uint8_t *)msg, strlen(msg)); // передача сообщения
  vw_wait_tx(); // ждем завершения передачи - обязательно!
  delay(50); //  еще на всякий случай задержка
   count=0; //обнуляем счетчик
}//end count==3 
else count  ;
  digitalWrite(ledPin, LOW); //гасим сигнальный светодиод
  system_sleep(); //систему — в сон
} //end loop

Размер пакета можно сократить, если отказаться от требования представления каждой из величин разнообразных типов в виде единообразного 4-байтового кода (например, для кода Грея, конечно, хватит и одного байта). Но универсализации ради я оставил все как есть.

Питание и особенности конструкции выносного блока. Потребление выносного блока подсчитываем таким образом:

— 20 мА (излучатель) ~20 мА (контроллер со вспомогательными цепями) в течение примерно 0,25 с каждые четыре секунды — в среднем 40/16 = 2,5 мА; — 130 мА (излучатели) ~20 мА (контроллер со вспомогательными цепями) в течение примерно 2 мс каждые 16 секунд — в среднем 150/16/50 ≈ 0,2 мА;

Накинув на этот расчет потребление контроллера при съеме данных с датчика температуры-влажности и при работе передатчика, смело доводим среднее потребление до 4 мА (при пиковом около 150 мА, заметьте!). Батарейки (которых, кстати, потребуется аж 8 штук для обеспечения питания передатчика максимальным напряжением!) придется менять слишком часто, потому возникла идея питать выносной блок от 12-вольтовых аккумуляторов для шуруповерта — их у меня образовалось как раз две штуки лишних.

Емкость их даже меньше, чем соответствующего количества АА-батареек — всего 1,3 А•часа, но зато никто не мешает их менять в любое время, держа наготове второй заряженный. При указанном потреблении 4 мА емкости 1300 мА•часов хватит примерно на две недели, что получается не слишком хлопотно.

Отметим, что напряжение свежезаряженного аккумулятора может составить до 14 вольт. На этот случай поставлен входной стабилизатор 12 вольт — чтобы не допустить перенапряжений питания передатчика и не перегружать основной пятивольтовый стабилизатор.

Выносной блок в подходящем пластиковом корпусе размещается под крышей, к нему на разъемах подведен кабель питания от аккумулятора и соединения с датчиками ветра. Основная сложность в том, что схема оказалась крайне чувствительной к влажности воздуха: в дождливую погоду уже через пару часов начинает сбоить передатчик, измерения частоты показывают полную кашу, а измерения напряжения аккумулятора показывают «погоду на Марсе».

Поэтому после отладки алгоритмов и проверки всех соединений корпус необходимо тщательно герметизировать. Все разъемы в месте входа в корпус промазываются герметиком, то же самое касается всех головок винтов, торчащих наружу, выхода антенны и кабеля питания.

Стыки корпуса промазываются пластилином (с учетом того, что их придется разнимать), и дополнительно проклеиваются сверху полосками сантехнического скотча. Неплохо дополнительно аккуратно укрепить эпоксидкой используемые разъемы внутри: так, указанный на схеме выносного модуля DB-15 сам по себе не герметичен, и между металлическим обрамлением и пластиковой основой будет медленно просачиваться влажный воздух.

Но все эти меры сами по себе дадут только кратковременный эффект — даже если не будет подсоса холодного влажного воздуха, то сухой воздух из комнаты легко превращается во влажный при падении температуры снаружи корпуса (вспомните про явление, называемое «точка росы»).

Чтобы этого избежать, необходимо внутри корпуса оставить патрончик или мешочек с влагопоглотителем — силикагелем (мешочки с ним иногда вкладывают в коробки с обувью или в некоторые упаковки с электронными устройствами). Если силикагель неизвестного происхождения и долго хранился, его перед использованием необходимо прокалить в электродуховке при 140-150 градусах несколько часов. Если корпус герметизирован как следует, то менять влагопоглотитель придется не чаще, чем в начале каждого дачного сезона.

Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий

Adblock
detector