37. Швидкість руху повітря. Прилади для вимірювання швидкість руху повітря. Принцип роботи

Швидкість руху повітря — це переміщення повітряних мас за одиницю часу. Вона забезпечує обмін повітря в приміщеннях. Швидкість руху повітря в неопалюваних приміщеннях взимку слід підпримувати в межах від 0,15 до 0,30 м/сек, в опалюваних — до 0,5 м/сек. Влітку швидкість руху повітря в приміщеннях можна допускати до 1 м/сек.

Вимірювання швидкості руху повітря здійснюється кататермометрами та анемометрами різноманітних конструкцій (крильчастими, чашковими, індукційними, аеродинамічними).

Швидкість руху повітря у виробничих приміщеннях вимірюють анемометром і кататермометром. Для вимірювання швидкостей у діапазоні від 1 до 30 м/с застосову­ють чашкові анемометри: МС-13 – у діапазоні від 1 до 20 м/с, АРИ-49 – від 2 до 30 м/с; крильчастим анемометром АСО-3 вимірюють швидкості в інтервалі – 0,3-5 м/с. Для визначення різнонаправлених потоків повітря використовують кататермометр.

Крильчастий анемометр складається з колеса з легкими алюмінієвими крильцями, які роз­міщені під кутом до площини осі колеса у вигляді крильчатки. Вісь крильчатки з’єднана з лічиль­ником кількості обертів. Під дією потоку повітря крильчатка обертається навколо осі. При визначенні швидкості руху повітря вісь крильчатки розміщена в напрямі потоку повітря. Перед початком ви­мірювання анемометру дають деякий час обертатися в холосту, а після цього вмикають одночасно лічильник кількості обертів анемометра та секундомір. Різниця між показами приладу до і після вимірювання, поділена на кількість секунд, протягом яких проводилося вимірювання, показує кількість поділок шкали анемометра, яка відповідає вимірюваній швидкості. Знаючи ціну поділки, за градуйованим гра­фіком (додатки Е, Ж) визначають швидкість руху.

Чашковий анемометр МС-13 складається з хрестовини з чотирма пустотілими півкулями, які зда­тні обертатися навколо вертикальної осі. Нижче хрестовини з півкулями розміщений лічильник кількості обертів. Методика вимірювання швидкості повітря така, як і для крильчастого анемометра, тільки вісь обертання хрестовини розміщується перпендикулярно до потоку.

Принцип дії ручного індукційного анемометра АРИ-49 базується на визначенні кутової швидкості обертання тричашкової вертушки методом електричного індукційного тахометра. Під дією повітряного потоку вертушка разом із віссю завжди обертається в одну сторону. Обертаючись разом із віссю, магнітна система, яка складається з постійного магніту, магнітопроводу та температурного компенсатора, створює магнітне поле, що викликає в металевому ковпачку, який насаджений на вісь, вихрові струми. Взаємодія вихрових струмів з магнітним полем магніта створює обертовий момент, прикладений до металевого ковпачка. Під дією цього моменту ковпачок повертається, закручуючи при цьому пружину, що з’єднана зі стрілкою анемометра. Таким чином, відхилення стрілки анемометра зв’язане певною залежністю з швидкістю руху повітря.

38. Прилади для вимірювання і контролю параметрів мікроклімату

Визначення температури повітря

Для вимірювання температури повітря в робочій зоні використовуються рідинні скляні термо­метри. Принцип їх дії заснований на об’ємному розширенні рідини, яка знаходиться в скляному резе­рвуарі. Резервуар з’єднаний з капіляром, який має малий внутрішній діаметр. При нагріванні резервуару рідина збільшується в об’ємі і піднімається вверх по капіляру. За висотою стовпчика рідини визначають температуру. Робочою рідиною в термо­метрах є ртуть або етиловий спирт.

Для вимірювання температури в робочих зонах приміщення термометри встановлюють якомога далі від холодних зовнішніх огорож, які випромінюють тепло, та поза зони дії приплинних струменів вен­тиляції і сонячних променів.

Вимірювати температуру повітря поблизу гарячих або холодних поверхонь необхідно аспіраційними психрометрами, резервуари яких захищені від дії теплової радіації.

Температура зовнішнього повітря вимірюється термометрами, які повинні бути захищені від безпосереднього попадання сонячних променів і атмосферних опадів. При необхідності спостере­ження за температурою повітря в приміщенні протягом доби або більш тривалий час, необхідно використати самописні прилади – термографи.

В термографі М-16А чутливою частиною є вигнута біметалічна пластина, яка змінює свою кривизну в залежності від температури. Один кінець пластини закріплений, а дру­гий через систему важелів зв’язаний із стрілкою. На кінці стрілки встановлюють перо в вигляді кі­вшика, в яке заливають спеціальне чорнило. Перо викреслює криву зміни температури на діаграм­ній стрічці, яка закріплена на барабані за допомогою стрічкотримача. Барабан обертається під дією розміщеного в ньому годинникового механізму.

При наявності джерела теплового випромінювання дійсну температуру повітря вимірюють парним термометром. Парний термометр – два термометра, резервуар одного із яких зачорнений, а другого – посріблений. Дійсну температуру повітря визначають із виразу:

(1.2)

де t_c – показники посрібленого термометра, °С;

t_ч – показники зачорненого термометра, °С;

k – константа приладу.

Визначення вологості повітря

1.2.2.1 Поняття про вологість повітря.

Атмосферне повітря завжди містить деяку кількість водяної пари. Розрізняють абсолютну, мак­симальну та відносну вологість.

Абсолютною вологістю повітря А називається величина парціального тиску Р_в.п. (пружність) водяної пари у Па (мм.рт.ст.) або масова кількість пари, виражена у грамах, яка знаходиться в 1 м³ повітря ( г/м³). Якщо парціальний тиск виражений у мм.рт.ст., то величина Р_в.п. і А чисельно майже співпадають ( 1мм.рт.ст. =133,332 Па). Абсолютна вологість не характеризує ступінь вологонасичення повітря, оскільки однакова абсолютна вологість при різних температурах відповідає різному ступеню сухості повітря. Для оцінки ступеня сухості повітря необхідно знати ще й максимальну вологість.

Максимальна вологість А_мах – це максимальна (насичена) кількість водяної пари у повітрі при даній температурі. Чим вища температура повітря, тим більше потрібно водяної пари для його насичен­ня. При досягненні максимальної вологості водяна пара переходить у крапельно-рідкий стан у ви­гляді роси. Максимальна напруга водяної пари під час насичення називається тиском насичених парів. Максимальна вологість для кожної температури постійна.

Тиск насичених парів визначається за спеціальними таблицями і діаграмами (додаток В). Крім то­го, для позитивних температур можна приблизно рахувати що:

Р_н = 479 + (11,52 + 1,62t)², Па, (1.3)

де t – температура повітря, °С.

Абсолютна вологість визначається за формулою, г/м³:

, (1.4)

де Р_в.п. – парціальний тиск водяної пари у повітрі, Па;

Т – абсолютна температура вологого повітря, °К.

Р_в.п. =Р_н.в.-С(t_с-t_в)Р_б , (1.5)

де Р_н.в.– тиск водяної пари у стані насичення при температурі, яка зафіксована вологим термометром психрометра, додаток В;

t_в, t_с – відповідно температура вологого і сухого термометрів, яка визначається аспіраційним або по­бутовим психрометром, °С;

Р_б – барометричний тиск, при якому проводиться вимірювання температури, Па;

С – психометричний коефіцієнт, який залежить від швидкості повітря біля кульки мокрого термометра (при визначенні вологості зовнішнього повітря – 0,00074, для умов експерименту в аудиторії – 0,0011).

Оцінка ступеня сухості повітря здійснюється за значенням відносної вологості. Відносна вологість – відношення абсолютної вологості до максимальної при даній температурі, вимірюється у відсотках:

, (1.6)

де Р_н.с. – тиск насичених водяних парів при температурі, зафіксованій сухим термометром, додаток В.

1.2.2.2 Прилади для визначення вологості повітря.

Для оцінки стану повітряного середовища у приміщеннях визначають відносну вологість, а не абсолютну. Для визначення відносної вологості повітря використовують психромет­ри (статичні і динамічні), гігрометри і гігрографи. Основним приладом є психрометр, який дозволяє визначати одночасно температуру і відносну вологість повітря.

Принцип дії психрометра базується на залежності інтенсивності випаровування вологи у на­вколишнє середовище від вологості повітря. Процес випаровування вологи з поверхні супрово­джується пониженням температури. Предмет, з поверхні якого відбувається випаровування, має тем­пературу, відому під назвою “температура мокрого термометра”. Вона завжди є нижчою від темпе­ратури сухого, за винятком, коли відносна вологість складає 100%.

Статичний психрометр Августа марки ВИТ-2 складається з двох спиртових термометрів. Резервуар одного з них загорнутий тканиною, кінець якої опущений у дистильовану воду. Цей тер­мометр вологий, а другий термометр – сухий.

Вологість повітря визначається, виходячи з різниці показів сухого і вологого термометрів, за допомогою спеціальних психрометричних таблиць або психрометричного графіка (додаток Г). Відносна вологість за психрометричним графіком визначається наступним чином: на вертикальних лініях відкладають покази сухого термометра, а на похилих – покази мокрого термометра і на перетині цих ліній одержують значення відносної вологості у відсотках. Лінії, які відповідають відносній вологості φ у відсотках позначені цифрами: 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90. За допомогою статичного психрометра здійснюють “грубі” вимірювання відносної вологості, оскільки на покази термометрів впливає швидкість повітря, крім того, вони не захищені від впливу теплової радіації.

Динамічний аспіраційний психрометр М-34 складається з двох однакових ртутних термомет­рів, закріплених у спеціальній оправі, яка має привідний механізм із вентилятором, що продуває повітря біля резервуарів термометрів із швидкістю 2 м/с. Резервуари термометрів поміщенні у захисні тру­бки із повітряним простором між ними. Основне призначення їх – оберігати резервуари тер­мометрів від нагрівання сонцем. Самі трубки ізольовані між собою теплоізоляційни­ми шайбами.

Трубки захисту з’єднані аспіраційною чашкою з повітряною трубкою, на верх­ньому кінці якої закріплена аспіраційна головка, яка складається з електродвигуна і вентилятора, закритих ковпаком. Термометри захищені з боків і від механічних пошкоджень.

Методика визначення вологості повітря аналогічна з психрометром Августа.

Гігрометри служать для прямого визначення відносної вологості. Волосяні гігрометри засно­вані на здатності знежиреного людського волосся змінювати свою довжину в залежності від зміни відносної вологості повітря. Зміна довжини волосся передається стрілці гігрометра, яка переміщується вздовж шкали і вказує у відсотках на значення відносної вологості повітря.

В плівковому гігрометрі чутливим елементом служить гігроскопічна органічна плівка – мем­брана, жорсткий центр якої з’єднаний із передавальним механізмом приладу. Для безперервної ре­єстрації зміни з часом відносної вологості повітря служать гігрографи. Гігрографи виготовляють волосяни­ми (чутливим елементом служить пучок знежиреного людського волосся). Пучок волосся притяг­нений за середину гачком до важільної системи, яка передає рух стрілці. Конструкція важільної частини гігрографа аналогічна з описаним вище термографом.

Вимірювання швидкості руху повітря

Швидкість руху повітря у виробничих приміщеннях вимірюють анемометром і кататермометром. Для вимірювання швидкостей у діапазоні від 1 до 30 м/с застосову­ють чашкові анемометри: МС-13 – у діапазоні від 1 до 20 м/с, АРИ-49 – від 2 до 30 м/с; крильчастим анемометром АСО-3 вимірюють швидкості в інтервалі – 0,3-5 м/с. Для визначення різнонаправлених потоків повітря використовують кататермометр.

Крильчастий анемометр складається з колеса з легкими алюмінієвими крильцями, які роз­міщені під кутом до площини осі колеса у вигляді крильчатки. Вісь крильчатки з’єднана з лічиль­ником кількості обертів. Під дією потоку повітря крильчатка обертається навколо осі. При визначенні швидкості руху повітря вісь крильчатки розміщена в напрямі потоку повітря. Перед початком ви­мірювання анемометру дають деякий час обертатися в холосту, а після цього вмикають одночасно лічильник кількості обертів анемометра та секундомір. Різниця між показами приладу до і після вимірювання, поділена на кількість секунд, протягом яких проводилося вимірювання, показує кількість поділок шкали анемометра, яка відповідає вимірюваній швидкості. Знаючи ціну поділки, за градуйованим гра­фіком (додатки Е, Ж) визначають швидкість руху.

Чашковий анемометр МС-13 складається з хрестовини з чотирма пустотілими півкулями, які зда­тні обертатися навколо вертикальної осі. Нижче хрестовини з півкулями розміщений лічильник кількості обертів. Методика вимірювання швидкості повітря така, як і для крильчастого анемометра, тільки вісь обертання хрестовини розміщується перпендикулярно до потоку.

Принцип дії ручного індукційного анемометра АРИ-49 базується на визначенні кутової швидкості обертання тричашкової вертушки методом електричного індукційного тахометра. Під дією повітряного потоку вертушка разом із віссю завжди обертається в одну сторону. Обертаючись разом із віссю, магнітна система, яка складається з постійного магніту, магнітопроводу та температурного компенсатора, створює магнітне поле, що викликає в металевому ковпачку, який насаджений на вісь, вихрові струми. Взаємодія вихрових струмів з магнітним полем магніта створює обертовий момент, прикладений до металевого ковпачка. Під дією цього моменту ковпачок повертається, закручуючи при цьому пружину, що з’єднана зі стрілкою анемометра. Таким чином, відхилення стрілки анемометра зв’язане певною залежністю з швидкістю руху повітря.

Виначення атмосферного тиску

Визначають атмосферний тиск ртутним барометром, металічним барометром-анероїдом або барографом. В даній лабораторній роботі атмосферний тиск визначають за допомогою барометра-анероїда БАММ-1. Принцип його дії заснований на властивості пружних тіл змінювати свою форму в залежності від величини дії тиску. Приймачем тиску служить мембранна анероїдна коробка, яка деформується при зміні атмосферного тиску.

Лінійні переміщення мембран перетворюються передавальним важільним механізмом в куто­ві переміщення вказівної стрілки приладу. Шкала приладу проградуйована в Паскалях.

До шкали приладу з його внутрішньої сторони прикріплений ртутний термометр, за яким знімають покази температури для визначення температурної поправки приладу.

Атмосферний тиск, із врахуванням усіх поправок, буде рівний:

Р_б=В+Ш+Д+Т , (1.7)

де В – відлік за шкалою приладу, Па;

Ш – шкалова поправка, береться із свідоцтва приладу про повірку в залежності від значення В, Па (Додаток Д);

Д – додаткова поправка, яка виникає внаслідок неточного відліку шкалової і температурної поправки через наявність механічних помилок приладу, вона береться із свідоцтва приладу про повірку, Па, Д=+100Па;

Т – температурна поправка, яка визначається як добуток температури приладу (в °С) на питому температурну поправку приладу (Δ=-10 Па/°С), Т= -10·t .

Для безперервного вимірювання і реєстрації атмосферного тиску служать барографи. Чутли­вою частиною барографу є група анероїдних коробок, конструкція яких аналогічна барометру-анероїду. Через важільний механізм сумарна деформація коробок через передавальну систему передається на стрілку з пером.

Вимірювання інтенсивності теплового випромінювання

Для вимірювання інтенсивності теплового випромінювання у виробничих умовах служать актинометри.

Актинометр ЕТМ працює за принципом термоелектричного ефекту – виникнення електричного струму в замкненому колі, яке складається з різнорідних металів, при наявності різниці темпера­тури на кінцях з'єднань. Приймачем теплової радіації в приладі служить термоелектрична батарея – ряд термопар, які з’єднані між собою послідовно. При цьому позитивні з’єднання термопар меха­нічно з’єднані з пластинами, які мають ступінь чорноти близьку до абсолютно чорного тіла, а від’ємні – до пластини, які мають високу відбивальну здатність.

При попаданні на пластини теплової радіації “чорні пластини” інтенсивно нагріваються і в колі виникає електричний струм, який вимірюється гальванометром, що вмонтований в корпус приладу, шкала якого відградуйована в кал/(см²·хв). Ціна однієї поділки шкали 0,5 кал/(см²·хв) (300 Вт/м²), діапазон шкали від 0 до 20 кал/(см²·хв) (від 0 до 6000 Вт/м²).

Перед вимірюванням термо­приймач направляють в сторону випромінюючого тіла з відмітки, в якій вимірюють величину теплової радіації, і відкривають кришку. Через 2-3 с відраховують показники за шкалою приладу, після цього кришку закривають.

Лабораторна установка

На лабораторному стенді, який призначений для дослідження метеорологічних умов на робочому місці і в робочій зоні виробничих приміщень, встановлені барометр-анероїд, психрометр Августа, психрометр аспіраційний, анемометри крильчастий і чашковий, вентилятор, барограф, гігрограф, гігрометр.