ЛПЗ №2

Тема 3

Цель занятия: знакомство с приборами и методами определения скорости движения воз­духа в атмосфере и животноводческих помещениях.

Скорость движения воздуха в помещениях для животных измеряется по вертикали в тех же зонах, что и при измерении температуры и влажности воздуха.

Скорость движения воздуха выражается в метрах в секунду (м/с) и измеряется динамическими и статическими анемометрами: чашечным и крыльчатым типа АСО-3, а также и кататермометрами с цилиндрическим или шаровым резервуаром (см. табл.).

Кататермометр позволяет определить очень слабые токи воздуха в пределах от 0,1 до 1,5 м/с. Прибор представляет собой спиртовой термометр с цилиндрическим или шаровым резервуаром.  Шкала цилиндрического кататермометра градуирована в пределах от 35 до 38 °С, шарового — от 33 до 40 °С.

Кататермометр с шаровым резервуаром

Вначале определяют охлаждающую способность воздуха. Для этого спиртовой резервуар помещают в стакан с горячей водой (50 — 60 °С) до наполнения на /г верхнего резервуара кататермометра. Затем прибор вытирают досуха. Секундомером засекают время, в течение которого столбик спирта снизится с 38 до 35 °С. Определение повторяют 2 — 3 раза и находят среднее значение.  При охлаждении резервуара прибор теряет определенное количество тепла. Количество тепла, теряемое с 1 см³ поверхности резервуара кататермометра за время снижения столбика спирта с 38 до 35 °С, называется фактором прибора (F). Он указывается на капилляре каждого кататермометра.  Охлаждающую способность воздуха при пользовании цилиндрическим кататермометром определяют по формуле: 

где: F — фактор прибора; t — время, за которое столбик спирта опустился с 38 до 35 °С, с.   При работе с шаровым кататермометром наблюдения за охлаждением прибора необходимо проводить в пределах тех интервалов температур, сумма которых, разделенная на 2, давала бы частное 36,5 °С.  Например, можно брать следующие интервалы: от 40 до 33 °С, от 39 до 34 °С и от 38 до 35 °С.  В последнем случае для вычисления охлаждающей способности воздуха пользуются формулой для цилиндрического кататермометра.  При использовании интервалов 40 — 33 °С и 39 — 34 °С величину охлаждения определяют по формуле: 

где: Ф = F/3 — константа кататермометра, мДж/см³с; Т₁ — высшая температура, °С; Т₂ — низшая температура, °С; t — время падения столбика спирта, с.  Зная величину охлаждения кататермометра и температуру воздуха можно вычислить скорость его движения.  При определении скорости менее 1 м/с пользуются формулой: 

 

Если скорость более 1 м/с, то ее определяют по формуле:

 

где: V — скорость движения воздуха, м/с; Н — охлаждающая способность воздуха, Дж/с; Q — разность между средней температурой кататермометра 36,5 °С и температурой воздуха в момент исследования, °С. Скорость движения воздуха в зависимости от поправки на температуру (при скорости меньше 1 м/с)

H/Q			Температура воздуха
	0	12,5	15	17,5	20	22,5	25	26
0,27	—	—	—	—	0,041	0,047	0,051	0,559
0,28	—	—	—	0,049	0,051	0,061	0,070	0,070
0,29	0,041	0,050	0,051	0,060	0,067	0,076	0,085	0,089
0,30	0,051	0,060	0,065	0,073	0,082	0,091	0,101	0,104
0,31	0,061	0,070	0,079	0,088	0,098	0,107	0,116	0,119
0,32	0,076	0,085	0,094	0,104	0,113	0,124	0,136	0,140
0,34	0,091	0,101	0,110	0,119	0,128	0,140	0,153	0,159
0,35	0,127	0,136	0,145	0,154	0,167	0,180	0,196	0,203
0,36	0,142	0,151	0,165	0,179	0,192	0,206	0,220	0,225
0,37	0,163	0,172	0,185	0,198	0,212	0,226	0,240	0,245
0,38	0,183	0,197	0,210	0,222	0,239	0,249	0,266	0,273
0,39	0,208	0,222	0,232	0,244	0,257	0,274	0,293	0,301
0,40	0,229	0,242	0,256	0,269	0,287	0,305	0,323	0,330
0,41	0,254	0,267	0,282	0,299	0,314	0,330	0,349	0,364
0,42	0,280	0,293	0,311	0,325	0,343	0,361	0,379	0,386
0,43	0,320	0,324	0,342	0,356	0,373	0,392	0,410	0,417
0,44	0,340	0,354	0,368	0,385	0,401	0,417	0,445	0,449
0,45	0,366	0,351	0,398	0,412	0,429	0,449	0,471	0,473
0,46	0,396	0,415	0,429	0,446	0,465	0,483	0,501	0,508
0,47	0,427	0,445	0,464	0,482	0,500	0,518	0,537	0,544
0,48	0,468	0,481	0,499	0,513	0,531	0,551	0,572	0,579
0,49	0,503	0,516	0,535	0,566	0,571	0,590	0,608	0,615
0,50	0,539	0,557	0,571	0,589	0,604	0,622	0,640	0,651
0,51	0,574	0,593	0,607	0,628	0,648	0,666	0,684	0,691
0,52	0,615	0,633	0,644	0,665	0,683	0,701	0,720	0,727
0,53	0,656	0,674	0,688	0,705	0,724	0,742	0,760	0,768
0,54	0,696	0,715	0,729	0,746	0,764	0,783	0,801	0,808
0,55	0,737	0,755	0,770	0,790	0,807	0,807	0,844	0,851
0,56	0,788	0,801	0,815	0,833	0,851	0,867	0,884	0,894
0,57	0,834	0,832	0,867	0,882	0,898	0,915	0,933	0,940
0,58	0,879	0,898	0,912	0,929	0,911	0,959	0,972	0,977
0,59	0,930	0,943	0,957	0,971	0,985	1,001	1,018	1,023
0,60	0,981	0,994	1,008	1,022	1,033	1,014	1,056	1,060

Таблица

Вычисление скорости движения воздуха по шаровому кататермометру

Кататермометр —■ прибор, представляющий собой особого устройства спиртовый термо­метр с градуировкой от 35 до 38°. Каждый кататермометр имеет индивидуальный фактор (F), показывающий количество тепла (в милликалориях), которое теряется с 1 см² поверх­ности резервуара прибора при охлаждении его от 38° до 35°.

 Приборы для измерения скорости движения воздуха называются анемометрами Анемометры, применяемые в наладке, чаще всего бывают следующих типов    механические — крыльчатый   типа   АСО 3, чашечный типа МС-13 и электрические (термоанемометры) конструкций ЛИОТ, ВНИИГС, Уральского Промстройниипроекта.

Крыльчатый анемометр АСО-3 предназначен для измерения скорости движения воздуха 0,2—5 м/с, осредненной за определенный промежуток времени.

Масса анемометра составляет не более 0,4 кг. Прибор состоит из корпуса-обечайки 3, внутри которого помещена крыльчатка /, насаженная на трубчатую ось 2. Под действием воздушного потока крыльчатка принимает вращательное движение, частота которого зависит от скорости набегающего потока. Число оборотов крыльчатки измеряется счетным механизмом 4. Счетный механизм имеет три указывающие стрелки. Циферблат 5 счетного механизма имеет соответственно три шкалы (единиц, сотен и тысяч). При повороте арретира 6 против часовой стрелки включается счетный механизм В корпус прибора по обе стороны арретира ввернуты два ушка 7 Через ушки пропускается шнурок, с помощью которого включают и выключают анемометр, поднятый на стойке (шесте). Шнурок привязывается к арретиру. В ручке прибора имеется коническое отверстие, которое служит для соединения прибора со стойкой или шестом

Чашечный анемометр МС-13 предназначен для измерения средней скорости движения воздуха за время от 1 до 20 м/с. Погрешность измерения анемометра зависит от средней скорости движения воздуха и определяется по формуле

Масса анемометра равна не более 0,2 кг. Приемной частью анемометра является че-тырехчашечная метеорологическая вертушка 1, насаженная на вал 2. Вращение вертушки передается валом счетному механизму 4 Циферблат счетного механизма имеет три шкалы (единиц, сотен и тысяч). Центральная стрелка 5 показывает единицы и десятки, левая стрелка 7 показывает сотни и правая     стрелка     6 — тысячи оборотов вертушки. Счетный механизм включается и выключается арретиром 8, повернув его (соответственно) против часовой стрелки или по часовой стрелке. В нижней части корпуса прибора имеется винт 10 для закрепления прибора на деревянной стойке. В корпусе прибора по обе стороны арретира ввернуты два ушка 9, через ушки пропускается шнурок, с помощью которого включают и выключают анемометр при закреплении его на стойке.

Шнурок привязывается к арретиру. Вертушка анемометра частично защищена от механических повреждений крестовиной из проволочных дужек 3, служащей также для закрепления верхней опоры вала вертушки.

Перед измерением скорости воздушного потока выключают с помощью арретира счетное устройство и записывают начальное показание счетчика. После этого анемометр вносят в воздушный поток так, чтобы ось крыльчатого анемометра располагалась параллельно воздушному потоку, ось чашечного анемометра должна быть перпендикулярна направлению движения воздуха. Отклонение от указанных положений не должно превышать 12—15°.

Через 5—10 с после внесения анемометра в поток одновременно включаются секундомер и счетное устройство анемометра. По истечении 30—100 с механизм и секундомер выключают и записывают конечное показание счетчика и длительность измерения в секундах. Продолжительность отсчета менее 30 с принимать не следует.

При измерении скорости движения воздуха в проемах наружных ограждений зданий, в проемах между помещениями, в приточных и вытяжных отверстиях и т. д. анемометры закрепляют на стойках или штангах, чтобы не заслонять площадь живого сечения проема, в котором производят измерения.

В отверстиях площадью до 1—2 м2 средняя по сечению скорость воздуха измеряется при медленном равномерном перемещении анемометра по всему сечению отверстия. При больших размерах отверстия его сечение разбивается на несколько равновеликих площадей и измерения проводят в центре каждой из них. Средняя скорость в сечении отверстия находится как среднее арифметическое из значений измеренных скоростей по всем площадям. В тех случаях, когда в части проема движение воздуха имеет одно направление, а в другой— противоположное, до измерения с помощью анемометра определяют положение нейтральной линии в проеме, где скорость воздуха практически равна нулю. После этого измеряют скорость воздуха по обе стороны от нейтральной линии.

В отверстиях, закрытых решетками, измерение выполняют анемометрами, снабженными насадками, которые в процессе измерения плотно прилегают к решетке. Насадки для анемометров обычно изготавливаются из листовой стали или из отрезков пластмассовых труб.

При измерении скорости воздушного потока у решетки и при определении расхода воздуха измеренное значение должно быть скорректировано поправочным коэффициентом k, величина которого обычно находится в пределах 0,7—1, который определяется экспериментально.

Термоанемометры типа ТА-ЛИОТ и ТП-45 конструкции ВНИИГС являются переносными приборами, предназначенными для измерения скорости воздушного потока и его температуры.

В зависимости от модели приборами можно измерять скорости воздушного потока 0,1—5 м/с или 0,1—10 м/с. Диапазон измерения температуры лежит в пределах от 0 до 50° С. Погрешность измерения температуры не превышает 1%. Питание прибора в зависимости

от модели может осуществляться от  сети   переменного   тока 220 В или от батарей.

Термоанемометр работает по принципу измерения охлаждения датчика воздушным потоком. Электрическая схема термоанемометра состоит из неуравновешенного моста постоянного тока, в одно плечо которого включен чувствительный элемент датчика микротермосопротивление типа МТ-54. Электрический ток, проходящий по датчику, регулируется таким образом, чтобы датчик перегревался при скорости потока, равной нулю, на величину, постоянную по отношению к температуре измеряемого  воздушного потока    Изменения   температуры   ВОЗДУШНОГО   потока   компенсируется вручную

При эксплуатации прибора следует помнить, что датчик чувствителен к ударам и вибрации. Чувствительный элемент датчика следует периодически осторожно протирать ватой, смоченной в спирте. Во ВНИИОТ ВЦСПС разработан инспекторский термоанемометр. Прибор отличается от аналогов малыми габаритными размерами (140X80X35 мм), небольшой массой (300 г), наличием двух диапазонов скоростей и малой постоянной времени (около 0,5 с). Измерительная система прибора работает по принципу анемометра постоянной температуры, т. е. имеет замкнутую обратную связь. Датчиком является полупроводниковый терморезистор типа СГ-3-14. При измерении скорости воздушного потока датчик прибора перегревается на 60° относительно температуры окружающей среды. По средним скоростям прибор позволяет производить измерения в пределах 0,1—5 м/с с точностью ±15% на втором пределе. При измерении температур воздушной среды датчик переключается на схему, работающую в режиме неравновесного моста. При этом можно измерять температуру в пределах 0—50° С с точностью ±1%. Прибор имеет выходные клеммы для подключения стандартного самописца. Питание термоанемометра осуществляется от батареи «Крона» или аккумулятора  7Д-01. Потребляемый ток не превышает 15 мЛ.

Термоанемометр ЭА-2М предназначен для измерения скорости движения воздуха в пределах 0,1—5 м/с с одновременным измерением его температуры в пределах 10—60'° С. Питание прибора осуществляется от сети переменного тока или от четырех элементов 373. В качестве датчика в приборе применены терморезисторы ММТ-6.

Измерение выполняется при горизонтально установленном приборе, к которому подключают датчик. При установке рабочего напряжения переключатель ставят в положение «контроль» и ручкой устанавливают стрелку на максимальное деление шкалы гальванометра. Для измерения температуры воздуха переключатель ставят в положение Т, а датчик — в место измерения. Когда стрелка прекращает движение, отсчитывают величину тока по гальванометру и по графику в инструкции, приложенной к прибору, определяют температуру воздуха. Для измерения скорости движения воздуха переключатель ставят в положение А, затем вводят датчик в исследуемый поток, снимают показания гальванометра и по графику находят скорость движения воздуха.

Фотоимпульсный электроанемометр с прямым отсчетом разработанный в ГПИ Проектпромвентиляции, выдает мгновенные показания скорости воздушного потока в диапазоне 0,1—5 м/с.

Датчик прибора изготовлен на базе серийно выпускаемого крыльчатого анемометра. Для увеличения чувствительности прибора и получения непосредственного отсчета скорости воздушного потока механический счетчик числа оборотов анемометра заменен схемой электронного измерителя частоты вращения крыльчатки, состоящего из преобразователя частоты вращения крыльчатки в электрические импульсы и частотомера с выходом на стрелочный прибор Вместо механического счетчика на обечайке анемометра смонтирована дополнительная планка, аналогичная установленной на анемометре На планках смопшрованы полые конусы-рассекатели, диаметр которых равен диаметру свободных частей спиц крыльчатки В полости конусов-рассекателей вмонтирован фотоимпульсный датчик, состоящий из лампы накаливания с линзой и фоторезистора. При вращении крыльчатки спицы пересекают световой луч, идущий от лампы, и фоторезистор вырабатывает электрические импульсы с частотой следования, пропорциональной скорости вращения крыльчатки.

Для подготовки прибора к работе необходимо подключить датчик к электронно-счетному устройству и произвести коррекцию как механическую, так и электрическую. Для механической коррекции электронно-счетное устройство устанавливается так, чтобы шкала прибора находилась в горизонтальном положении. Эксцентриком 4 стрелка прибора совмещается   с отметкой   шкалы 0.

Электронно-счетное устройство, схема которого представлена на рис. 11.22, преобразует импульсы в ток, отклоняющий стрелку показывающего прибора. Шкала прибора проградуирована в значениях скорости воздушного потока.

Рычаг тумблера 5 переводится в положение «Вкл». Легким дуновением пускается во вращение ротор датчика, одновременно нажимается до отказа кнопка электрической калибровки и вращением ручки 2 стрелка прибора совмещается с цветной меткой на шкале прибора. Необходимо следить, чтобы во время коррекции прибора крыльчатка датчика все время вращалась, в противном случае коррекция будет неверной. После установки стрелки прибора против цветной метки коррекция заканчивается и кнопка отпускается.

Для измерения скорости воздушного потока рычаг тумблера устанавливается в положение поддиапазона 0,5—5 м/с и датчик вносят в поток воздуха так, чтобы плоскость вращения крыльчатки была перпендикулярна вектору скорости потока. Направление потока контролируется по отклонению нити на флюгере. Отсчет производят по шкале 0,5—5 м/с. Если скорость окажется ниже или равной 0,6 м/с рычагом тумблера 6 устанавливают поддиапазон 0,1— 0,6 м/с и отсчет производят по шкале 0,1—0,6 м/с. Закончив измерение рычаг тумблера 5 переводят в положение «Выкл», и прибор отключается.

Крыльчатый анемометр чувствителен и пригоден для определения скорости движения воздуха в интервале от 0,5 до 10 м/с. Этот прибор вместо полушарий имеет легкие алюминиевые крылья, заключенные в широкое металлическое кольцо.