ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО образованиЮ и наукЕ рОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Уфимский государственный нефтяной

технический университет

Кафедра промышленная безопасность и охрана труда

Лабораторная работа №2

Исследование метрологических условий на производстве

Выполнил: ст. гр. БАЭ-06 Габдульманов Э. Р. Проверил: доцент, к. т. н. Гилязов А. А.

Уфа 2009

Цель работы: произвести определение параметров микроклимата в помещении лаборатории. Оценить микроклимат производственной среды.

Приборы контроля метеорологических условий производственной среды

Определение температуры воздуха

Для измерения температуры используют термометры различной модифика­ции:

• жидкостные термометры, действие которых основано на измере­нии объёма жидкости при изменении температуры;

• деформационные термометры, действие которых основано на изменении линейных размеров твёрдых тел с изменением температу­ры;

• термоэлектрические термометры, действие которых основано на изменении электродвижущей силы термоэлементов при изменении разности температуры слоев;

• термотранзисторные, термометры, действие которых, основано на зависимости эмиттер-база транзистора от температуры.

Стеклянно - жидкостные термометры

Для измерения температуры в качестве термометрических жидкостей в тер­мометрах применяют ртуть, спирт, толуол.

При измерении температуры жидкостным термометром производится на­блюдение видимого изменения положения мениска жидкости в капилляре тер­мометра, который соединён с резервуаром. При изменении температуры изме­няется объём жидкости. Но с изменением температуры термометра изменяется и объём резервуара термометра. Эти изменения действуют противоположно друг другу. При повышении температуры объём жидкости в резервуаре увели­чивается и уровень её в капилляре повышается, но расширение самого резер­вуара несколько уменьшает увеличение объёма жидкости.

Термометр принимает температуру среды не мгновенно, он обладает неко­торой инерционностью. Скорость восприятия термометром температуры среды выражается коэффициентом инерции. Коэффициент инерции термометра - есть время, за которое первоначальная разность температур среды и термометра уменьшается в е раз (е = 2.718 - основание натурального логарифма). Коэффи­циент инерции уменьшается с увеличением скорости вентиляции термометра.

Возможная точность отсчета по шкале термометра определяется его чув­ствительностью к изменению температуры среды. Чем больше чувствитель­ность термометра, тем больше точность отсчета по шкале. Характеристикой чувствительности является длина (в мм) одного градуса шкалы. Для удобства отсчета градус делится еще на части, минимальную часть градуса на шкале на­зывают ценой деления. Поскольку стекло обладает заметным термическим по­следствием, термометры изготавливаются из специального термомет­рического стекла, благодаря чему вековое повышение основных точек и де­прессия не превосходит установленных величин.

На форму мениска оказывает влияние чистота жидкости и стенок капил­ляра. Загрязнение искажает форму мениска и влияет на точность показаний, Поэтому применяемые для наполнения термометров жидкости должны быть без примесей, а стенки капилляров чистыми.

Ртуть должна быть химически чистой, осушенной. Внешняя оболочка термометра запаивается только после тщательной просушки. Оставшийся под жидкостью объем капилляра обычно или вакуумируется, или заполняется под некоторым давлением инертным газом.

Шкала термометров нанесена на пластинке, к которой прикреплен тонко­стенный капилляр. Шкала и капилляр заключены в стеклянную защитную обо­лочку (оправу). Шкала нижней частью вставляется в седлообразный упор, к ко­торому прижата пружиной, находящейся внутри пробки, в верхней части тер­мометра. Капилляр в двух местах крепится к шкале проволокой. Шкала может быть нанесена и прямо на стенках капилляра, который в этом случае изготавли­вается толстостенным. Резервуар термометра может иметь разнообразную форму - цилиндрический, шарообразный и т.д.

В случае необходимости определения самой высокой и низкой темпера­туры воздуха за определенный промежуток времени используют специальные термометры - максимальные и минимальные термометры.

Термометр максимальный устроен таким образом, что он сохраняет пока­зания, соответствующие максимальной температуре за время, прошедшее после предыдущего наблюдения.

Максимальные показания термометра сохраняются благодаря специаль­ному приспособлению. Оно состоит из стеклянного штифта, припа­янного ко дну внутри резервуара термометра. Верхний конец штифта входит в капилляр, оставляя в нем узкое (кольцеобразное) отверстие.

Рисунок 1 Приспособление для сохранения максимальных показаний

термометра

1- резервуар; 2- штифт; 3 - капилляр

Когда температура начинает повышаться, ртуть, находящаяся в резервуа­ре, расширяется и, несмотря на большое трение в месте сужения, проталкивает­ся между стенками капилляра и стеклянным штифтом. При понижении температуры (и уменьшении вследствие этого объема ртути) ртуть не пройдет назад в резервуар, так как единственной силой, стремящейся вернуть ртуть в резервуар, является сила сцепления ртути, но она недостаточна для преодоления силы трения, возникающей при прохождении ртутью места сужения. В этом месте столбик ртути разорвется, а часть ртути, находившаяся в капилляре до начала падения температуры, останется в нем (на той же высоте).

При измерении минимальной температуры используется спиртовой термометр. Внутри спирта, в капилляре, находится небольшой штифт из темного цветного стекла, имеющий на своих концах утолщение в форме булавочных го­ловок. Штифт свободно перемещается внутри в спирте.

Рисунок 2 Приспособление для отчета минимальных показаний термометра;

1 - капилляр; 2 - штифт: 3 - мениск спирта

Подготавливая минимальный термометр к измерениям, его наклоняют резервуаром кверху, пока штифт дойдет до поверхности спирта в капилляре. У поверхности спирта штифт останавливается (не может порвать поверхностную пленку спирта). Затем термометр кладут горизонтально. Если после этого тем­пература начнет повышаться, то спирт, расширяясь, будет обтекать штифтик, не сдвигая его с места. (Сила трения головок штифтика о стенки капилляра удерживает его на месте).

При понижении температуры объем спирта начинает уменьшаться, и он переходит из капилляра в резервуар. Поверхностная пленка спирта будет перемещать штифт к резервуару, так как сила трения головок о стенки капилляра меньше силы поверхностного натяжения пленки. В случае, если температура начнет повышаться, штифт останется на месте и укажет, таким образом, наибо­лее низкую температуру с момента установки термометра.

Деформационные термометры

В деформационных термометрах чувствительным элементом является биметаллическая пластинка. При изменении температуры тонкая биметаллическая пластинка изгибается вследствие различного расширения составляющих ее металлов.

Обычно применяют биметаллическую пластинку, состоящую из инвара и стали. Если инвар (имеющий меньший коэффициент расширения) будет расположен наверху, то при увеличении температуры пластинка прогнется таким об­разом, что инвар окажется с вогнутой стороны пластинки. При понижении тем­пературы пластинка изогнется в противоположную сторону.

Если один конец биметаллической .пластинки закрепить неподвижно, то при изменении температуры ее свободный конец будет перемещаться.

Переменные свободного конца ДХ при изменении температуры пластин­ки на выражаются формулой

т.е. перемещение свободного конца пластинки пропорционально изменению температуры.

Биметаллические чувствительные элементы используются в термографах и других приборах, предназначенных для регистрации изменения температуры воздуха. Чувствительный элемент смонтирован на кронштейне. Кронштейн крепится к другому кронштейну, на котором собран рычажный ме­ханизм, связывающий биметаллическую пластинку со стрелкой, имеющей на своем конце перо. При изменении температуры биметаллическая пластинка деформируется и перемещает стрелку с пером вдоль барабана с лентой. Барабан вращается часовым механизмом вокруг вертикальной оси, закрепленной на плате.

Лента термографа разграфлена прямыми горизонтальными линиями и вертикально расположенными дугами. Цена деления горизонтальной шкалы 1°С, вертикальной - 5 мм.

Термометры сопротивления

Принцип действия термометра сопротивления основан на свойстве материалов менять электрическое сопротивление (проводимость) с изменением температуры. Термометры сопротивления бывают проволочные терморезисторы и полупроводниковые. Для проволочных терморезисторов температурная зависимость может быть выражена формулой

где - сопротивление при температуре t °C;

- сопротивление при температуре 0°С;

- температурный коэффициент сопротивления металла.

В полупроводниковых терморезисторах (термисторы) температурная за­висимость сопротивления выражается формулой

где Т - абсолютная температура. К;

А и В - постоянные, характеризующие полупроводник;

е - основание натурального логарифма.

Термометры с полупроводниковыми терморезисторами используются при измерении, не требующем высокой точности (~ 1 °С).

Датчиком термометра сопротивления служит малоинерционный прово­лочный терморезистор.

Рисунок 3 Термометр сопротивления с малоинерционным проволочным тер­морезистором

1 - проволока: 2 - стержни; 3 - защитный колпак; 4 - плата; 5 - выводные контакты.

Терморезистор изготовлен в виде спирали из тонкой проволоки (медной или платиновой) 1, укрепленной на стержнях 2 из изоляционного материала. Датчик, смонтированный на плате 4, закрыт колпаком 3 (при измерении его снимают). В измерительную схему датчик включают с помощью контактов 5.