Перечень оборудования к сдаче практических навыков.

1. Спиртовой и ртутный термометры

2. Аспирационный психрометр Ассмана

3. Анемометр чашечный

4. Кататермометр

5. Шаровой термометр

6. Сантиметровая лента

7. Компас

8. Люксметр Ю-116

9. Шумовиброизмеритель ВШВ-003 2М

10. Электротермометр

11. Капилляроскоп

12. Электроаспиратор, аллонжи, фильтры, резиновые трубки

13. Измеритель концентрации пыли ИКП-01

14. Индикаторные трубки (СО, аммиак, окислы азота)

15. Шкалы ПДК

16. Универсальный газоанализатор УГ-2

17. Аппарат Нестерова

18. Динамометры кистевой и становый

19. Секундомер

20. Хронорефлексометр

21. Таблицы Анфимова

22. Плантограф

23. Весы, ростомер

24. Дозиметр-радиометр ДРГБ-01

25. Люксметр-яркометр

26. Инфракрасный термометр

27. Многофункциональный прибор измерения физических факторов окружающей среды (VOLTCRAFT)

Устройство психрометра асмана

Состоит прибор из двух ртутно-стеклянных термометров погруженных в специальные металлические трубки, открытые снизу и соединенные в верхней части в одну цилиндрическую трубку, и аспирационной головки. Внутри трубки также находится внутренняя трубка, в которой расположен ртутный резервуар термометра. Аспирационная головка предназначена для всасывания (аспирации) окружающего воздуха и подачи его к резервуарам термометров. Состоит она в свою очередь из пружинного заводного механизма с запуском ручного типа или от электродвигателя и вентилятора, помещенных в общий корпус. Во время работы вентилятора окружающий воздух всасывается, обдувает резервуары термометров, затем по воздуховоду поступает к вентилятору и выбрасывается наружу через специальные технологические отверстия в корпусе аспирационной головки.

Устройство психрометра основано на регистрации разности температуры сухого и смоченного термометров и зависимости этого соотношения от влажности окружающего воздуха. Температура окружающей среды регистрируется по показаниям сухого термометра, а влажность по показаниям обоих термометров и специальным психометрическим таблицам или формуле Шпрунга, отличающейся от формулы Реньо постоянным психометрическим коэффициентом, соответствующем постоянному потоку воздуха. Измерение влажности аспирационным психрометром Асмана производится через 3-5 минут после смачивания влажного термометра специальной пипеткой и включения вентилятора.

Формула Шпрунга

, где  е - абсолютная влажность;  Е1 - максимальная влажность при температуре смоченного термометра;  0,5 - психрометрический коэффициент;  t - показания сухого термометра;  t1 - показания смоченного термометра;  Н - барометрическое давление во время регистрации.

Психрометрическая таблица

Отличие от психрометра Августа

Основным отличием аспирационного психрометра (психрометра Асмана) от стационарного (психрометра Августа), несмотря на их кажущуюся похожесть, является проводимый в нем принудительный, активный обдув внешним воздухом резервуаров термометров, тогда как в станционном воздух поступает пассивно. Обдув производится с постоянной скоростью, что способствует высокой точности измерений.

Чашечный анемометр [править]

Самый простой тип анемометров — это чашечный анемометр. Он был изобретён доктором Джоном Томасом Ромни Робинсономв обсерватории Армы, в 1846 году. Он состоял из четырёх чашек полусферической формы, насаженных на спицы ротора, вращавшегося на вертикальной оси.

Чашечный анемометр с вертикальной осью расположенный на Скаджит Бэй, штат Вашингтон. Июль-Август, 2009.

Горизонтальный поток воздуха с любого направления вращал ротор со скоростью, соответствующей скорости ветра.

Робинсон считал, что для его анемометра линейная скорость движения чашек составляет одну треть скорости ветра независимо от размера чашек и длины спиц; отдельные эксперименты того времени это подтверждали. На самом деле это неверно, т.н. "коэффициент анемометра" (обратная величина) для простейшей конструкции Робинсона зависит от размеров чашек и спиц и лежит в пределах от двух до чуть более трёх.

Трёхчашечный ротор, предложенный канадцем Джоном Паттерсоном в 1926 году, и последующие усовершенствования формы чашек Бревортом и Джойнером в 1935-м сделали чашечный анемометр линейным в диапазоне до 100км/ч (27м/с) с погрешностью около 3%. Паттерсон обнаружил, что каждая чашка даёт максимальный вращающий момент, будучи повёрнутой на 45° к направлению ветра (?). Трёхчашечный анемометр отличается бóльшим вращающим моментом и быстрее отрабатывает порывы, чем четырёхчашечный.

Оригинальное усовершенствование чашечной конструкции, предложенное австралийцем Дереком Вестоном (1991), позволяет с помощью того же ротора определять не только скорость, но и направление ветра. Оно заключается в установке на одну из чашек флажка, из-за которого скорость колеса меняется в течение одного оборота (пол-оборота флажок движется по ветру, пол-оборота - против). Зная угол этой неравномерности относительно "статора" метеостанции, можно определить и направление ветра.

Кататермометр — прибор, применяемый для определения небольших скоростей движения воздуха в гигиенических исследованиях. Кататермометр представляет собой спиртовой термометр, объем сосуда которого 6 см³, а длина капиллярной трубки — 20 см. Кататермометр снабжен шкалой с делениями от 35 до 38° (рис.). Средняя величина (36,5°) равна температуре человеческого тела. Верхний конец трубки имеет расширение, которое заполняется спиртом при нагревании термометра. Время падения температуры от 38 до 35° в данных атмосферных условиях будет в основном определяться скоростью движения воздуха. В настоящее время разработаны модели кататермометров имеющие шкалы от 0 до 55°. Применение кататермометров позволяет определить скорость движения воздуха от 0,05 до 5 м/сек.

Оценка тепловой обстановки с помощью шарового термометра.

(Журнал "Безопасность и охрана труда" (2011, №1)

Г.В.Федорович, OOO «НТМ-Защита»

1. Введение.

Исторически сложилось так, что в области санитарно-гигиенических исследований влияния метеоусловий на организм получили широкое распространение различного рода "эффективные", "действующие", "ощущаемые" и пр. параметры, с помощью которых результаты этих исследований интерпретировались в терминах никак не определенных и нигде более не употребляющихся. Целью введения этих величин была однопараметрическая оценка совокупного действия множества термодинамических параметров микроклимата. Строились различного рода номограммы, использовался регрессионный анализ и пр. За всеми этими искусственными построениями обычно терялся простой и ясный смысл базовых требований теплового баланса организма с окружающей средой, а нововведенным умозрительным параметрам придавался настолько серьезный смысл, что для их измерения вводились специальные единицы и создавались специальные приборы. Как правило, они не получали сколько-нибудь заметного распространения и использовались недолго.

Исключением является изобретение Х.М.Вернона (Horace Middleton Vernon, 1870 – 1951 гг). В литературе встречаются различные названия этого прибора: шаровой термометр, черный шар, сфера Вернона. Шаровой термометр до настоящего времени широко используется в исследованиях микроклимата (особенно нагревающего). Описанию принципов действия и обзору возможных приложений результатов измерений посвящено последующее изложение.

2.Сфера Вернона.

Шаровой термометр представляет собой полую, тонкостенную, металлическую (из латуни или алюминия) сферу диаметром 0,1 – 0,15 м. Наружная поверхность сферы зачернена так, что она поглощает ε ≈ 95% теплового излучения, падающего на нее. Величина ε называется степенью черноты поверхности. В центре сферы находится чувствительный элемент термометра – ртутного во времена Вернона, электрического в наше время.

Температура Т_g (здесь и ниже величина Т , с соответствующим индексом, обозначает абсолютную температуру по шкале Кельвина, а t - соответствующую температуру по шкале Цельсия) внутри шарового термометра определяется из условия баланса конвективного J_c и радиационного J_r потоков тепла на поверхности сферы. Если обозначить через h_g коэффициент конвективного теплообмена на поверхности сферы, то

 J_c = h_g * (T_a - T_g) = h_g* (t_r  - t_g )    (1)

 

здесь Т_а  - температура воздуха. Для J_r  имеем:

J_r  = ε * σ * (Т ⁴_r  - Т ⁴_g )   (2)

здесь σ – постоянная Стефана-Больцмана, Т_r – радиационная температура теплового излучения.

В обычных условиях, когда вблизи нет раскаленных поверхностей или других интенсивных источников тепла, радиационная температура T_rопределяется температурой стен, ограждающих панелей и пр. и не слишком отличается от температуры воздуха T_а и температуры сферы T_g . Например, если температура стен равна ≈ 50 ^оС, то T_r ≈ 320 ^оК . Относительная разница абсолютных температур T_а и T_g составляет не более 4%. В этом случае разницу четвертых степеней температур в соотношении (2) можно заменить разницей самих температур 

 J_r = β_g * (Т_r  - Т_g ) = β_g * (t_r  - t_g )    (3)

здесь  β_g ≈ 4εσ Т³ _a.

Из условия баланса тепловых потоков J_r + J_c=0 можно определить температуру шарового термометра

t_g = (h_g* t_a + β_g * t_r) / (h_g+ β_g)    (4)

В общем случае, когда переход от (2) к (3) сопряжен с большой ошибкой, для определения температуры сферы T_g необходимо решать алгебраическое уравнение 4-й степени:

ε * σ * (Т ⁴_r  - Т ⁴_g ) + h_g * (T_a - T_g) = 0    (5)

Для того, чтобы продемонстрировать целесообразность использования шарового термометра в исследованиях тепловой обстановки, следует рассмотреть процесс теплообмена организма человека с окружающей средой.

Подробное описание основных каналов теплообмена можно найти, например, в [1] . Главными из них, обеспечивающими максимальные потоки тепла, являются кондуктивный теплообмен кожа-воздух (с коэффициентом h_m) и теплообмен излучением. Для этих двух каналов условия теплового баланса имеют вид:

W_h / S =  J_c + J_r    (6)

здесь W_h - скорость производства тепла в организме, S – площадь поверхности тела.

Потоки тепла описываются теми же формулами (1-3), с заменой коэффициента теплообмена h_g на h_m и температуры сферы t_g на температуру кожи t_s . В инфракрасном диапазоне степень черноты поверхности тела примерно та же, что и для шарового термометра, так что при расчетахJ_r можно использовать величину ε . Производя такие преобразования, что и при переходе к формуле (4), можно записать соотношение (6) в виде

W_h / S = h_eff * (t_s - t_eff)    (7)

 

здесь h_eff = h_s + 4εσ Т³ _a , a  t_eff = (h_s * t_a+ β_g * t_r ) / (h_s + β_g ).

Для того, чтобы использовать формулу (7) необходимо знать радиационную температуру, которая плохо определяется и, соответственно, плохо измеряется. Остроумное наблюдение Х.М.Вернона состоит в том, что если коэффициент конвективного теплообмена h_g подобрать равным h_m , то температура t_g , измеряемая шаровым термометром (она определяется формулой (4)), будет той же самой эффективной температурой t_eff , которая входит в формулу (7). Таким образом, при анализе процессов теплообмена нет необходимости использовать в расчетах радиационную температуру. Вместо этого достаточно знать температуру внутри шарового термометра, измерение которой не представляет затруднений.

Отметим, что именно эффективная температура t_eff ощущается как температура внешней среды. На этом основана возможность компенсации низких температур воздуха с помощью систем лучистого обогрева, или обратно – большого теплового облучения с помощью систем кондиционирования воздуха. Контролировать эффективность такой компенсации можно непосредственно с помощью шарового термометра. Именно это обстоятельство определило «долгую жизнь» изобретения Х.М.Вернона. Обзор результатов, полученных с его помощью, можно найти, например, в книге [2].

В настоящее время, однако, в России принято «жесткое» нормирование метеопараметров (температуры, влажности и скорости движения воздуха) – допустимые границы их вариаций задаются a’priori в нормативных документах. Соответственно, контроль соблюдения норм производится с помощью специализированных приборов. За рубежом перешли к более точным расчетам теплообмена организма с окружающей средой, учитывающим легочный теплообмен, теплоизолирующие свойства одежды и др. особенности теплоотдачи. Таким образом, уточнение первоначальной идеи Х.М.Вернона привело к отрицанию возможности описания теплообмена с помощью одной «эффективной» температуры, измеряемой шаровым термометром. Тем не менее, длительное использование этого прибора привело к введению в практику санитарно-гигиенических исследований так называемых «комплексных индексов», дающих однопараметрическое описание теплового воздействия среды на организм. Несмотря на отсутствие сколько-нибудь веских оснований, некоторые из таких индексов используются до настоящего времени, в том числе и в нормативных документах. К таким индексам относятся:

• «результирующая» температура - комплексный показатель радиационной температуры помещения и температуры воздуха помещения [3],

• ТНС (тепловая нагрузка среды) – индекс; применяется в отечественной практике для характеристики нагревающего микроклимата [4],[5],

• WBGT (Wet-Bulb Globe Temperature) – индекс, использующийся в тех же целях за рубежом [6].

Ниже, в справочных целях, приводится систематизированное описание перечисленных индексов, сопровождаемое необходимыми комментариями.

3.Эмпирические индексы состояния среды.

3.1. Результирующая температура.

Этот параметр используется для характеристик микроклимата в помещениях жилых и общественных зданий. В документе [3] температура t_suопределяется как взвешенная сумма температуры воздуха t_а и радиационной температуры t_r :

t_su = ω * t_а + (1 - ω) *  t_r     (8)

Веса, с которыми температуры t_а и t_r в ходят в сумму (8) меняются в зависимости от скорости движения воздуха Va : ω = 0,5 если Va < 0,2 м/с и ω = 0,6 если 0,2 < Va < 0,6 м/с .

При использовании этих соотношений радиационную температуру следует определять как среднюю температуру стен, ограждений и отопительных приборов:

t_r = ΣA_i * t_i / ΣA_i    (9)

здесь A_i - площадь поверхностей с температурой  t_i. В этом же документе предлагается определять результирующую температуру с помощью шарового термометра, однако соответствующие формулы содержат ошибки и неопределенности.

3.2. ТНС - индекс.

Индекс тепловой нагрузки среды используется в нормативных документах [4] и [5], а также в Руководстве [7]. Это эмпирический показатель, характеризующий сочетанное действие на организм человека параметров микроклимата (температуры, влажности, скорости движения воздуха и теплового облучения). Он также, как и результирующая температура, определяется как взвешенная сумма двух температур:

ТНС = 0,7 * t_w + 0,3 * t_g    (10)

здесь t_w- температура смоченного термометра аспирационного психрометра. Непосредственное использование соотношения (10) приводит к большой неопределенности результата из-за неточности определения t_w В зависимости от способа смачивания термометра, способа обдува и пр., разброс результатов измерения t_w может составить несколько градусов, что неприемлемо для оценки теплового состояния среды. В вышеупомянутых нормативных документах границы между различными условиями труда определяются по ТНС – индексу с точностью до десятых градуса.

Стоит заметить, что смоченный термометр «в идеале» должен измерять температуру точки росы (см.напр.книгу [1]). Целесообразно эту величину вычислять по данным о температуре воздуха t_a и относительной влажности RH, измеренных современными точными и надежными приборами. По определению, точка росы – это температура воздуха, при которой содержащийся в нем водяной пар становится насыщающим. Используя соотношения, приведенные в книге [1], можно показать, что 

 t_w = t_a + t_o * ln (RH)    (11)

здесь t_o= 16,7^оС  - характерный масштаб температурной зависимости давления насыщающих паров воды. Производя соответствующие подстановки, получим формулу для ТНС- индекса:

ТНС = 0,7 * t_a + 0,3 * t_g + t₁ * ln (RH)     (12)

здесь t₁ = 11,7^оС .

В последнее соотношение (12) входят только метеопараметры, хорошо измеряемые современными приборами.

ТНС-индекс рекомендуется использовать для интегральной оценки тепловой нагрузки среды на рабочих местах, на которых скорость движения воздуха не превышает 0,6 м/с, а интенсивность теплового облучения - 1200 Вт/м².

3.2. WBGT - индекс.

Как отмечалось выше, первые попытки выработки единого индекса для характеристики среды ограничивались минимальными моделями теплообмена. Если ограничиться только конвектиивным и лучистым каналами теплообмена, в рамках некоторых дополнительных предположений (см.выше) получим ощущаемую температуру, близкую к температуре, измеряемой термометром внутри сферы Вернона.

Модель теплообмена можно улучшить, вводя в нее охлаждающий эффект испарения пота. Эффективность такого охлаждения зависит от влажности воздуха. Высокая влажность уменьшает испарении пота и, соответственно, эффективность охлаждения по этому каналу.

Для того, чтобы учесть эффекты влажности воздуха в нагревающей среде, был предложен комплексный индекс WBGT (Wet Bulb Globe Temperature), который учитывает и радиационный и конвективный теплообмен, но также и влажность воздуха. Так как первые два канала характеризуются ощущаемой температурой, целесообразно и влажность воздуха учитывать с помощью соответствующей температуры. Индекс WBGT это температура (измеряется в ºС), определяемая как взвешенная сумма трех температур: воздуха, смоченного и шарового термометров. Веса с которыми эти температуры входят в результирующий индекс различны:

WGBT = 0,7 * t_w + 0,2 * t_g+ 0,1 * t_a     (13)

Наиболее весом вклад температуры смоченного термометра, наименее весом вклад температуры воздуха. Как уже говорилось выше, температура смоченного термометра - наименее надежно определяемый параметр. Поэтому в формуле (13) для WBGT, также как и в формуле (10) для ТНС - индекса влажность воздуха предпочтительнее учитывать непосредственно, а не через температуру t_w . Это приводит к выражению

WGBT = 0,8 * t_a + 0,2 * t_g+ t₁* ln (RH)     (14)

здесь, как и в формуле (12), t₁ = 11,7^оС.

Сопоставление формул (12) и (14) показывает, что индексы ТНС и WBGT одинаково меняются с изменением метеопараметров среды и близки друг к другу количественно.

4. Измерение нормируемой величины теплового облучения.

Поток тепла, обусловленный инфракрасным излучением, является векторной величиной. Соответственно, датчики, применяемые в измерительных приборах, могут быть либо направленного действия, либо изотропные. Практически все приборы, использующиеся в отечественной практике санитарно-гигиенического контроля, представляют собой ИК-радиометры с ограниченным углом зрения. Эти приборы с датчиками направленного действия можно использовать для измерения потоков теплового излучения от источников с небольшими угловыми размерами, полностью попадающих в поле зрения радиометра. Задача существенно усложняется в случае источника больших размеров, или если источников несколько и облучение происходит с нескольких направлений. В нормативных документах [4] и [5] дана рекомендация измерять тепловое излучение в нескольких направлениях («от каждого источника, располагая приемник прибора перпендикулярно падающему потоку»), однако умалчивается, что обработка результатов измерения представляет собой нетривиальную задачу, не всегда имеющую корректное решение [8]. Задача практически не решаема для нестационарных (например, движущихся) источников.

Наиболее подходящим прибором с изотропной чувствительностью, для измерения интегрального (всесторннего) теплового облучения, представляется шаровой термометр. Очевидно, что необходим соответствующий алгоритм пересчета результатов измерения температуры в интегральное тепловое облучение. В основе такого пересчета лежит уравнение (5) баланса тепловых потоков для сферы

J₁ = ε * σ * Т ⁴_g + h_g * (T_g - T_a)     (15)

здесь введено обозначение  J₁ = εσ Т ⁴_r для потока падающего на сферу ИК-излучения.

Нагрев или охлаждение организма за счет теплового облучения определяется разностью между падающим излучением и собственным излучением с поверхности одежды J₂ =   εσ Т ⁴_c . В этом определении через T_c обозначена температура (абсолютная) поверхности одежды (эта же температура в градусах Цельсия: t_c ). Разница ΔJ = J₁ - J₂  определяет скорость нагрева организма за счет ИК-излучения. В [8] эта величина названа биологически эффективным тепловым облучением. После несложных преобразований величину ΔJ можно определить через температуры одежды, воздуха и показания шарового термометра формулой:

 ΔJ = ε * σ * (Т ⁴_g - Т ⁴_c) + h_g * (T_g - T_a)    (16)

Эту величину и следует сравнивать с нормами при определении классов условий труда.

Соотношение (16) определяет тепловое воздействие ИК-излучения через хорошо измеряемые температуры сферы Т_g и воздуха Т_а , однако в него входит и температура поверхности одежды Т_с измерение которой гораздо сложнее: ее необходимо измерять в нескольких точках с последующим усреднением результатов. Несколько теряя в точности, можно заменить температуру Т_с в (16) на температуру воздуха Т_а . Это, по-видимому, приведет к некоторому изменению нормируемых значений теплового облучения, что, однако, приведет к существенному упрощению процедуры контроля параметров микроклимата.

5. Подбор одежды как средства индивидуальной защиты от неблагоприятного воздействия метеопараметров.

Обоснованные рекомендации по выбору одежды, обеспечивающей комфортную работу в реально существующих производственных условиях, являются важным моментом санитарно-гигиенического исследований при АРМ и производственном контроле.

Фактически, за счет правильного выбора одежды можно существенно улучшить условия труда и снизить профессиональные риски, не меняя производственную среду. Для этого, однако, рекомендации должны быть убедительно обоснованы результатами расчетов теплообмена организма с окружающей средой. В зависимости от целей таких расчетов (требования к параметрам микроклимата, ограничения на энерготраты, расчет термосопротивления одежды и т.п.) должны выбираться алгоритм и последовательность анализа отдельных каналов теплообмена. В рамках темы настоящего обсуждения может представить интерес то обстоятельство, что использование шарового термометра существенно упрощает и уточняет расчет термосопротивления одежды, обеспечивающей индивидуальную защиту от неблагоприятного воздействия микроклиматических условий.

Для того, чтобы показать это, следует уточнить ту простейшую модель теплообмена организма со средой, которая была описана выше в разд.2.

Если изначально задаваться полными энергозатратами W_пол , для расчетов теплообмена из них следует вычесть механическую мощность W_мех , теплопотери на испарение пота W_пот , и теплопотери при дыхании W_лег . Оставшаяся мощность W_h = W_пол - W_пот - W_лег должна быть отведена через одежду. Соответствующий поток тепла J задается формулами:

J =  W_h / S = (t_s - t_c) / Iclo    (17)

здесь Iclo – термосопротивление одежды, остальные переменные описаны выше.

Исследования по физиологии терморегуляции [9] показывают, что для каждого уровня энергозатрат существует физиологически обусловленная оптимальная температура кожи t_s , так что, если определить и температуру поверхности одежды t_с , то из уравнения (17) можно определить величину термосопротивления одежды Iclo , обеспечивающей оптимальные условия работы с заданными полными энергозатратами W_пол . Для определения t_с следует решить уравнение теплообмена с учетом кондуктивного и радиационного каналов теплообмена на поверхности одежды:

J = h_с * (T_с - T_a) ε * σ *  (Т ⁴_c - Т ⁴_r)     (18)

 

В этом соотношении опять появляется радиационная температура теплового излучения T_r , которую можно определить с помощью шарового термометра. Объединяя уравнения (5), (17) и (18) в систему и исключая из нее J и T_r , получим уравнение

ε * σ * Т ⁴_c + h_c * T_с = ε * σ * Т ⁴_g + h_g * T_g + W_h / S + (h_c - h_g) * T_a     (19)

решая которое определяем температуру T_c поверхности одежды, после чего из (17) определяется Iclo.

Коэффициент теплоотдачи h_g с поверхности сферы Вернона определяется как конструкцией сферы (ее диаметром), так и метеопараметрами (скоростью движения воздуха, его температурой и пр.). Существует возможность подобрать такую сферу, у которой этот коэффициент будет равен коэффициенту теплоотдачи h_с с поверхности одежды. В этом случае в уравнение для определения температуры поверхности одежды T_cтемпература воздуха T_а не входит – для определения T_c достаточно показаний шарового термометра. Это существенно упрощает расчеты термосопротивления одежды, обеспечивающей комфортные условия работы.

В любом случае, использование одежды с правильно рассчитанным термосопротивлением представляет собой пример эффективного подбора средства индивидуальной защиты от неблагоприятного воздействия микроклиматических условий. Пример конкретных расчетов, демонстрирующих насколько таким способом можно улучшить условия труда, приведен в работе [10], где показано, что вполне реально понижение класса вредности на 2-3 балла.

6. Заключение.

Проведенный обзор возможностей использования шарового термометра свидетельствует о том, что это полезный и удобный прибор для проведения исследований воздействия микроклиматических условий на человека. Представляется целесообразным узаконить методику его применения в этих целях.

Дополнительным аргументом в пользу такого решения является то обстоятельство, что в зарубежной практике эргономических исследований тепловой обстановки шаровой термометр используется наравне с обычными термометрами, анемометрами и измерителями влажности воздуха.

Принцип действия [править]

Принцип действия основан на взаимодействии поля постоянных магнитов компаса с горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. Свободно вращающаяся магнитная стрелка поворачивается вокруг оси, располагаясь вдоль силовых линиймагнитного поля. Таким образом, стрелка всегда параллельна направлению линии магнитного поля.

Электромагнитный компас [править]

Электромагнитный компас является «развёрнутым» электрогенератором, в котором магнитное поле Земли играет роль статора, а одна или несколько рамок с обмотками — ротора. Соотношение напряжений, наводимых в обмотках при движении в магнитном поле, показывает курс, либо одна обмотка устанавливается под заранее заданным углом к продольной оси самолёта или корабля, и для поддержания курса пилоту или рулевому следует рулём направления удерживать стрелку на нуле.

Преимущество электромагнитного компаса перед обычным магнитным — в отсутствиидевиации от ферромагнитных деталей транспортного средства, так как они неподвижны относительно обмоток и не наводят в них токов.

Для работы простого варианта электромагнитного компаса с индикатором в виде гальванометра требуется быстрое движение, поэтому первое применение электромагнитный компас нашёл в авиации. Был использован Чарльзом Линдбергом при перелёте через Атлантику в 1927 году. См. Earth Inductor Compass

Гирокомпас [править]

Основная статья: Гирокомпас

Гирокомпас — прибор, указывающий направление на земной поверхности; в его состав входит один или несколько гироскопов. Используется почти повсеместно в системах навигации и управления крупных морских судов; в отличие от магнитного компаса его показания связаны с направлением на истинный географический (а не магнитный) Северный полюс. Обычно гирокомпас применяется как опорное навигационное устройство в судовых рулевых системах с ручным или автоматическим управлением, а также при решении различных задач иного рода, например, для определения точного направления при наводке орудия боевого корабля. Морской гирокомпас, как правило, очень тяжел; в некоторых конструкциях вес гироскопического ротора превышает 25 кг. Для нормальной работы гирокомпаса необходимо устойчивое основание, не испытывающее ускорений и фиксированное относительно земной поверхности, причем скорость его перемещения должна быть пренебрежимо мала по сравнению со скоростью суточного вращения Земли на данной широте.

История создания [править]

Прототип современного гирокомпаса первым создал Герман Аншютц-Кэмпфе (запатентован в 1908), вскоре подобный прибор построил Э. Сперри (запатентован в 1911). В последующие годы разрабатывалось множество гирокомпасов различных модификаций, но наиболее удачные из них принципиально почти не отличались от устройств Аншютца и Сперри. Приборы современной конструкции значительно усовершенствованы по сравнению с первыми моделями; они отличаются высокой точностью и надежностью и удобнее в эксплуатации.

Устройство [править]

Простейший гирокомпас (не «гидро», так как гидрос — вода) состоит из гироскопа, подвешенного внутри полого шара, который плавает в жидкости; вес шара с гироскопом таков, что его центр тяжести располагается на оси шара в его нижней части, когда ось вращения гироскопа горизонтальна.

Принцип действия [править]

Предположим, что гирокомпас находится на экваторе, а ось вращения его гироскопа совпадает с направлением запад — восток; она сохраняет свою ориентацию в пространстве в отсутствие воздействия внешних сил. Но Земля вращается, совершая один оборот в сутки. Так как наблюдатель, находящийся рядом, вращается вместе с планетой, он видит, как восточный конец (E) оси гироскопа поднимается, а западный (W) опускается; при этом центр тяжести шара смещается к востоку и вверх (позиция б). Однако сила земного притяжения препятствует такому смещению центра тяжести, и в результате её воздействия ось гироскопа поворачивается так, чтобы совпасть с осью суточного вращения Земли, то есть с направлением север — юг (это вращательное движение оси гироскопа под действием внешней силы называется прецессией). Когда ось гироскопа совпадет с направлением север — юг (N — S, позиция в), центр тяжести окажется в нижнем положении на вертикали и причина прецессии исчезнет. Поставив метку «Север» (N) на то место шара, в которое упирается соответствующий конец оси гироскопа, и, соотнеся ей шкалу с нужными делениями, получают надежный компас. В реальном гирокомпасе предусмотрены компенсациядевиации компаса и поправка на широту места. Действие гирокомпаса зависит от вращения Земли и особенностей взаимодействия ротора гироскопа с его подвесом.

Электронный компас [править]

Электронный компас в системе навигации NAVSTAR

Здесь рассматривается компас, построенный на принципе определения координат через спутниковые системы навигации. Существуют также компасы (так называемые цифровые), использующие в качестве датчика блок магниторезисторов или элементов Холла. Последние представляют собой микроэлектромеханические системы, способные определять своё относительное положение в магнитном поле Земли, в отличие от использующих спутниковый сигнал устройств, которые компасами в классическом смысле не являются, так как представляют собой лишь приборы с индикацией путевого угла в виде компаса.

История создания [править]

История создания электронного компаса тесно связана с системами спутниковой навигации.

Принцип действия [править]

Принцип действия такого компаса весьма прост:

1. На основании сигналов со спутников определяются координаты приёмника системы спутниковой навигации (и, соответственно, объекта)

2. Засекается момент времени, в который было сделано определение координат.

3. Выжидается некоторый интервал времени.

4. Повторно определяется местоположение объекта.

5. На основании координат двух точек и размера временного интервала вычисляется вектор скорости движения и из него:

   • направление движения

   • скорость движения

6. Осуществляется переход к шагу 2.

Ограничения:

• Естественно, если объект не перемещается, направление движения узнать не получится. Исключение составляют достаточно большие объекты (например, самолёты), где есть возможность установить 2 приёмника (например, на концах крыльев). При этом координаты двух точек можно получить сразу, даже если объект неподвижен, и перейти к пункту 5.

• Ещё одно ограничение обусловлено точностью определения координат спутниковыми системами позиционирования и влияет, главным образом, на тихоходные объекты (пешеходов).

Старый корабельный компас.

Ориентирование на местности [править]

Определение направлений на стороны горизонта по компасу выполняется следующим образом. Мушку визирного устройства ставят на нулевое деление шкалы, а компас — в горизонтальное положение. Затем отпускают тормоз магнитной стрелки и поворачивают компас так, чтобы северный её конец совпал с нулевым отсчетом. После этого, не меняя положения компаса, визированием через целик и мушку замечают удаленный ориентир, который и используется для указания направления на север. Направления на стороны горизонта взаимосвязаны между собой, и, если известно хотя бы одно из них, можно определить остальные. В противоположном направлении по отношению к северу будет юг, справа — восток, а слева — запад.

См. также 

Устройство люксметра и порядок работы с ним

[ Back ]

Для опреде¬ления естественной и искусственной освещенности помещений, а также ин¬тенсивности наружного освещения используют различные приборы. Лучшими из них являются люксметры типа Ю-116 или Ю-117 - порта¬тивные фотоэлектрические приборы, состоящие из фотоэлемента и присоеди¬ненного к нему стрелочного гальванометра со шкалой, отградуированной в люксах. Фотоэлемент представляет собой очищенную от окислов железную пластинку, на которую нанесен слой селена, а сверху - тонкий полупрозрач¬ный слой золота или платины, на который положен защитный слой прозрач-ного лака. Все составные части фотоэлемента заключены в эбонитовую опра¬ву. Под воздействием световых лучей в селеновом слое фотоэлемента, на гра¬нице с золотой или платиновой пленкой возникает поток электронов, соз-дающих фототок, который отклоняет стрелку гальванометра: Угол отклоне¬ния стрелки соответствует интенсивности освещения. Для предохранения от прямых солнечных лучей на воспринимающую поверхность фотоэлемента накладывают светофильтры различной плотности и сферическую насадку мо¬лочно-белого пластика. Прибор комплектуется тремя светофильтрами с ко¬эффициентом ослабления 10, 100, 1000, которые применяются для расшире¬ния диапазонов измерений. Светофильтры без насадки, как и насадка без све-тофильтров собственного значения не имеют. Прибор магнитоэлектрической системы (гальванометр) имеет две шка¬лы: 0 - 100 и 0 - 30. На каждой шкале точками отмечено начало диапазона измерений: на шкале 0 - 100 точка находится над отметкой 17 (иногда - 20), на шкале 0-30 точка находится над отметкой 5. Прибор имеет корректор для установки стрелки в нулевое положение. На боковой стенке корпуса измерителя расположена вилка для присое¬динения селенового фотоэлемента. Для подготовки к измерению надо установить измеритель в горизон¬тальное положение и проверить, находится ли стрелка прибора на нулевом делении шкалы. В случае необходимости с помощью корректора установить стрелку на нулевое деление. Затем, не вынимая измеритель из футляра с по¬мощью штепсельного разъёма подсоединить к нему фотоэлемент, соблюдая при этом полярность. Принцип отсчёта значения измеряемой освещённости состоит в сле¬дующем: против нажатой кнопки определяют выбранное с помощью насадок (или без насадок) наибольшее значение диапазонов измерений. При нажатой правой кнопке, против которой нанесены наибольшие значения диапазонов измерений кратные 10, следует пользоваться для отсчёта показаний шкалой 0 - 100. При нажатой левой кнопке, против которой нанесены наибольшие зна¬чения диапазонов измерений кратные 30, следует пользоваться шкалой 0 - 30. Показания прибора в делениях по соответствующей шкале умножают на ко¬эффициент пересчёта шкалы в зависимости от применяемых насадок (свето¬фильтров). Для получения правильных показаний люксметра необходимо обере¬гать селеновый фотоэлемент от излишней освещённости, не соответствующей выбранным насадкам. Поэтому, если величина измеряемой освещённости не-известна, начинают измерения с установки на фотоэлемент тысячекратного светофильтра. С целью ускорения поиска диапазона измерений, который соответству¬ет показаниям прибора в пределах 17-100 делений по шкале 0 - 100 и 5 - 30 делений по шкале 0 - 30, надо последовательно установить полусферическую насадку со светофильтром 1000-, 100- или 10-кратным коэффициентом ослаб¬ления. При этом каждый раз сначала нажимать правую кнопку, а затем левую. Если при 10-кратном светофильтре и нажатой левой кнопке стрелка не доходит до деления «5» по шкале 0 - 30, измерения производятся без насадок, т.е. открытым фотоэлементом. При определении освещённости фотоэлемент устанавливается горизон¬тально в точке измерения

Капилляроскоп (от капилляр и греч. σκοπέω — смотрю) – медицинский прибор, разновидность микроскопа для наблюдения за состоянием мельчайших сосудов в организме – капилляров. Капилляроскоп используется для неинвазивного осмотра капилляров человека. Он представляет собой прибор, посредством которого можно наблюдать за процессами микроциркуляциив организме. Современные капилляроскопы передают изображение капилляров на монитор компьютера, а также позволяют преобразовать полученную информацию в графики, диаграммы и числовые показатели (параметризация наблюдений).

Содержание   [убрать]  1 Область применения 2 Развитие капилляроскопа 3 Параметры, определяемые капилляроскопом 4 Капилляроспектрометр 5 См. также 6 Литература 7 Ссылки

[править]Область применения

Капилляроскопы относятся к медико-аналитическому оборудованию, а потому нашли применение в исследовательскоймедицине. На сегодняшний день они используются в стоматологии, кардиологии, эндокринологии, ревматологии, хирургии. Перспективной областью применения капилляроскопа является спортивная медицина. Известно, что форма, скорость и другие параметры капилляров позволяют сделать выводы об общем состоянии здоровья, а также о предрасположенности к различным заболеваниям.

[править]Развитие капилляроскопа

Изначально капилляроскоп использовали лишь для визуального контроля капилляров человека. Но благодаря развитию науки, современные капилляроскопы обладают способностью параметризации. Сейчас при помощи этого прибора можно определять статические и динамические параметры микроциркуляции крови.

[править]Параметры, определяемые капилляроскопом

Капилляроскопы, как правило, работают в режиме синхронизации с компьютером. С учетом этого, их производители разрабатывают специальное программное обеспечение, которое позволяет в режиме реального времени определять следующие параметры:

• Плотность капиллярной сети, количество капиллярных петель в поле зрения;

• Расстояние между капиллярами;

• Извитость капилляров;

• Состояние эндотелиального барьера;

• Размер периваскулярной зоны;

• Диаметры капилляра по отделам (артериальному, переходному, венозному);

• Отношение диаметра венозного отдела к диаметру артериального отдела капилляра;

• Линейная скорость капиллярного кровотока по отделам (артериальному, переходному, венозному);

• Объемная скорость капиллярного кровотока по отделам (артериальному, венозному);

• Ускорение линейной скорости капиллярного кровотока по отделам (артериальному, венозному);

• Остановку капиллярного кровотока (стаз);

• Вязкость капиллярной крови;

• Давление крови в капиллярном русле по отделам, градиент давления в капилляре;

• Перфузионный баланс;

• Транскапиллярный обмен;

• Ритм (графическое представление пульсовой волны);

• Адаптивность (компенсаторные возможности системы микроциркуляции);

• Состояние резерва системы микроциркуляции.

[править]Капилляроспектрометр

Капилляроспектрометр является модификацией капилляроскопа. Основное отличие от прототипа заключается в том, что с его помощью можно определять параметры крови. Среди которых:

• Количество агрегатов эритроцитов форменных элементов крови;

• Количество светлых форменных элементов крови (лейкоцитов, тромбоцитов);

• Гематокрит;

• Концентрация оксигемоглобина капиллярной крови по отделам, изменение концентрации оксигемоглобина в капилляре.