1. Методы и приборы для измерения температуры воздуха

Приборы для определения температуры воздуха

Ртутные термометры позволяют измерять температуру воздуха в пределах –35°С до +357°С. Ограничение возможности определения с помощью ртутных термометров более низких температур связано с точкой замерзания ртути, которая равна –38,89С (температура кипения +357,25°С). Как правило, при гигиенических исследованиях используются ртутные термометры со шкалой, разделенной с точностью до 0,2°С. Чаще всего используются ртутные термометры психрометров.

Необходимо помнить, что работа с ртутными термометрами требует особой осторожности, так как при изливании ртути при поломке термометра создается реальная опасность токсических поражений.

Спиртовые термометры менее точны, так как при нагревании до температуры выше 0°С спирт увеличивается в объеме неравномерно. Однако использование спиртовых термометров оправдано в связи с тем, что в отличие от ртутного термометра, с помощью их можно измерять более низкие температуры – до –130°С (с учетом точки замерзания этилового спирта). В бытовых условиях использование спиртовых термометров также вполне допустимо, так как позволяет фиксировать температуру воздуха в реальных пределах (точка закипания спирта - +78,39°С). В отдельных случаях, когда не требуется особой точности измерения температуры воздушной среды, спиртовые термометры могут использоваться и гигиенических исследованиях.При отсчете температуры по ртутному термометру ее фиксируют по верхнему мениску, по спиртовому – по нижнему.

Максимальный термометр – ртутный термометр, позволяющий измерить самую высокую температуру за определенный период наблюдения. Известны максимальные термометры различной конструкции, однако все они сохраняют показания самой высокой температуры, несмотря на ее понижения за данный промежуток времени. Наиболее распространенной конструкцией максимального термометра является термометр, в дно резервуара с ртутью которого впаивают стеклянный стержень, который входит узким концом в капиллярную трубку. При повышении температуры ртуть проходит между стержнем и стенками трубки. При снижении температуры столбик ртути не в состоянии преодолеть сопротивление, возникающее при трении ртути о стенку трубки и стержня, и показывает бывший максимум температуры. Чтобы вогнать ртуть обратно в резервуар, необходимо энергично встряхнуть термометр. По указанному принципу устроен хорошо всем известный медицинский термометр. Последний, однако, предназначен не для измерения воздуха, а для температуры кожи и слизистых. В других максимальных термометрах, которые используются крайне редко, в капиллярную трубку термометра над ртутью помещают иглу-указатель. При повышении температуры ртуть, поднимаясь, продвигает иглу по капилляру. При понижении температуры ртуть опускается, а игла-указатель остается на месте максимума температуры за период наблюдения. Во время работы тот и другой максимальные термометры должны находиться в горизонтальном положении. При снятии показаний верхний конец термометра слегка приподнимают. Минимальный термометр – спиртовой термометр, внутри капиллярной трубки которого в спирту находится подвижной штифт из темного стекла с утолщениями на концах.Перед наблюдением нижний конец термометра приподнимают и штифт падает вниз до мениска спирта. Затем термометр устанавливают горизонтально. При повышении температуры спирт, расширяясь, проходит мимо штифта, не сдвигая его с места. При понижении же температуры столбик спирта уменьшается и поверхностная пленка увлекает за собой штифт вниз, к резервуару, устанавливая штифт в положение, соответствующее минимуму наблюдавшейся температуры. Отсчет

температуры производят по концу штифта, наиболее удаленному от резервуара термометра.

Электрический термометр. В качестве датчиков электрических термометров (электротермометров) используются термопары и термисторы. Принцип действия термопары основан на различной теплоемкости металлов, в результате чего различные металлы, соединенные в пару (в данном случае термопару) при изменении температуры имеют различную степень нагрева. При этом возникает термоэлектрический ток, величина которого прямо пропорциональна температуре, фиксируемый потенциометром, градуированном в °С.Принцип действия других электротермометров состоит в том, что при изменении температуры в воспринимающем устройстве (резисторе) при изменении температуры среды пропорционально изменяется сопротивление, а значит при подключении резистора в электрическую цепь изменяется и сила тока, по уровню которой и отсчитывают на шкале прибора температуру в оС.

Электоротермометр ПТЭМ-1 состоит из указателя, по шкале которого производят отсчет измеряемой температуры, и набора датчиков (кожного, подмышечного и ректального). При работе с прибором датчик присоединяют к указателю с помощью штепсельного разъема, ручку ставят в положение «выключено», при этом стрелка указателя должна совпадать с отметкой шкалы +29°С (в случае несовпадения ее следует установить с помощью корректора), ручку переводят в положение «калибровка напряжения), стрелку указателя устанавливают на отметку шкалы +42°С вращением ручки резистора, далее ручку ставят на требуемый диапазон измерений, отмеченный красной или синей точкой на панели указателя. Датчик помещают в исследуемой точке и снимают показания.

Электротермометр типа ТСМ-2 предназначен для измерения температуры тела, кожи и отдельных органов человека в пределах от +16°С до +42°С. Шкала на панели прибора разбита на два диапазона: 1 – от +1°С до +29°С, 2 – от +29°С до +42°С. Прибор снабжен тремя датчиками: ректальным, поверхностным и точечным, каждый из которых имеет соответствующую цветовую маркировку.

Используемый для измерения температуры под языком точечный датчик подключается с помощью контактной колонки к гнезду, имеющему туже окраску на лицевой панели прибора. Переключатель «датчики» ставят в положение напротив цифры 2, соответствующей точечному датчику, переключатель шкал – в положение 2, соответствующее поддиапазону температур, в котором ожидаются показания. Нажимают кнопку «Контроль» и одновременно ручкой «Установка на К» проверяют наличие рабочего тока, устанавливают стрелку прибора на красную черту. После стерилизации датчика протиранием ватой со спиртом его помещают под язык. Показания снимают по шкале 2 после экспозиции 30 с. С помощью поверхностного датчика можно измерить температуру кожи, а также любых поверхностей, температура которых находится в рамках шкалы прибора.

Термограф. Для определения хода температуры воздуха на протяжении определенного промежутка времени (сутки, неделя и т.д.) используют термограф (рисунок 11). Воспринимающим устройством данного прибора является изогнутая металлическая пластинка, наполненная толуолом. При изменении температуры воздуха объем толуола изменяется, соответственно изменяется и кривизна металлической пластинки в которую он помещен. Изменения кривизны металлической пластинки (при повышении температуры пластинка выпрямляется, при понижении – сгибается) с помощью системы рычажков передаются на перо, которое записывает показания температу-

2. Методы и приборы для измерения влажности воздуха.

Методы и средства измерения влажности, т.е. наличия молекул воды в веществе, делятся на три группы в зависимости от фазового состояния исследуемого вещества или среды: Знание влажности воздуха и прочих газов может оказаться существенным для контроля различных физико-химических и биологических процессов.

1) Измерение влажности газов – определение физических величин, характеризующих содержание водяного пара в воздухе или иных газах; 2) Задачи измерения влажности жидкостей формулируются как спорадическое или непрерывное определение содержания воды в жидкостях в случаях, когда вода не является основным компонентом, а только примесью (например в нефти, маслах, спирте, органических растворителях и др.); 3) Измерение влажности веществ находящихся в твердой фазе проводится для определения количества гигроскопической или свободной (кристаллизационной или абсорбированной) воды в веществе. Метод и средства измерений существенно зависят от вида и состояния исследуемого материала: монолитный, кусковой, листовой, сыпучий, липкий и т.д. Для измерения влажности воздуха используют измерительные приборы - гигрометры. Существуют несколько видов гигрометров, но основные: волосной и психрометрический.Принцип действия волосного гигрометра основан на свойстве обезжиренного волоса (человека или животного) изменять свою длину в зависимости от влажности воздуха, в котором он находится. Волос натянут на металлическую рамку. Изменение длины волоса передаётся стрелке, перемещающейся вдоль шкалы. Волосной гигрометр в зимнее время являются основным прибором для измерения влажности воздуха вне помещения.

Более точным гигрометром является гигрометр психрометрический – психрометр ( по др. гречески "психрос" означает холодный). Известно, что от относительной влажности воздуха зависит скорость испарения. Чем меньше влажность воздуха, тем легче влаге испаряться.В психрометре есть два термометра. Один - обычный, его называют сухим. Он измеряет температуру окружающего воздуха. Колба другого термометра обмотана тканевым фитилем и опущена в емкость с водой. Второй термометр показывает не температуру воздуха, а температуру влажного фитиля, отсюда и название увлажненный термометр. Чем меньше влажность воздуха, тем интенсивнее испаряется влага из фитиля, тем большее количество теплоты в единицу времени отводится от увлажненного термометра, тем меньше его показания, следовательно, тем больше разность показаний сухого и увлажненного термометров. Конденсационный гигрометр Тело, температуру которого в любой момент времени можно измерить, постепенно охлаждают до появления росы или инея на его поверхности. Затем процесс стабилизируют таким образом, чтобы между воздухом и каплями росы поддерживалось равновесное состояние. Измеряемая температура представляет собой, следовательно, «точку росы», Td (индекс d соответствует английскому dew point) или «точку инея», Tf (f от английского frost point). Начиная именно от этой точки росы, определяют давление пара во влажном воздухе. Гигрометры на основе точки росы приобрели достаточную точность и стали конкурентоспособными после их автоматизации. Основными элементами гигрометра являются зеркало и система регулирования его температуры, датчик для измерения температуры зеркала (платиновый термометр сопротивления или термопара), источник светового пучка и оптический детектор.Источник света освещает металлическое зеркало таким образом, чтобы в отсутствие конденсата свет на детектор не попадал. Затем производится охлаждение зеркала (эффект Пельтье, блок охлаждения, сухой лед, жидкий азот и т.п.) вплоть до появления конденсации. При появлении слоя росы или инея рассеянный свет попадает на детектор, который через систему подстройки дает команду на подогрев зеркала. При повышении температуры роса исчезает и исчезает также рассеянный свет, что вновь приводит к охлаждению зеркала. С помощью надлежащей настройки можно получить слой конденсата определенной толщины и достичь, таким образом, равновесного состояния между паром и его конденсатом. Датчик температуры, прикрепляемый к обратной стороне зеркала, позволяет измерить его температуру.

Сорбционный гигрометр Измерение влажности с помощью гигрометра этого типа основано на двух явлениях: 1. Давление пара над насыщенным раствором солей ниже давления пара над чистой водой при той же температуре 2. Электропроводность кристаллической соли ниже электропроводности раствора этой же соли в 103 ÷ 104 раз. Это явление позволяет достаточно простым способом осуществить нагревание раствора и регулировку мощности нагрева. Принцип действия сорбционного гигрометра состоит в нагревании насыщенного солевого раствора до тех пор, пока в растворе не установится давление пара, равное давлению пара в окружающем воздухе. Зная эту температуру, можно определить давление пара и следовательно, температуру точки росы. Гигрометры на основе изменения импеданса

Гигрометры на основе переменного импеданса имеют чувствительный элемент, состоящий из гигроскопичного вещества, у которого происходит изменение какого-либо электрического параметра (сопротивления или емкости) при изменении окружающей влажности. Обычно эти чувствительные элементы имеют очень малые размеры и позволяют производить сравнительно точные измерения с малой постоянной времени.

Содержание воды в гигроскопичных веществах зависит от относительной влажности воздуха, в равновесии с которым он находятся. В датчике влажности, основанном на этом принципе, используются вещества, для которых зависимость электрических свойств от содержания воды (а также от относительной влажности), обладает свойствами, которые необходимы для измерительного прибора, а именно, стабильностью во времени, обратимостью, линейностью и т. д.

Импедансные гигрометры можно разделить на три группы: – резистивные гигрометры: – емкостные гигрометры на основе полимерных диэлектриков; – емкостные гигрометры на основе диэлектрического оксида алюминия.

Электролитический гигрометр

Электролитические гигрометры позволяют определить очень низкие содержания водяного пара в воздухе, содержащем другие газы. Чувствительный элемент такого гигрометра состоит из трубки длиной 10 см, в которой размещаются скрученные в спираль электроды из платины или родия, со слоем фосфорного ангидрида (P205) между ними.

Исследуемый газ циркулирует в измерительной трубке, а содержащийся в нем водяной пар поглощается фосфорным ангидридом, который превращается при этом в фосфорную кислоту. Между электродами создается постоянное напряжение около 70 В, вызывающее электролиз воды с выделением кислорода и водорода и регенерацию фосфорного ангидрида.  Как измерить влажность воздуха без гигрометра

Есть достаточно простой способ. Наберите в стопку холодной воды из под крана. Поставьте её в холодильник на несколько часов, так чтобы вода успела остыть до температуры 3 - 5 ºС (средняя температура для холодильной камеры). В комнате, в которой вы хотите узнать влажность воздуха, поместите стопку с водой вдали от отопительных приборов и понаблюдайте за поверхностью стекла в течение пяти минут.

• Если поверхность стенок стопки сначала запотела, а через пять минут уже была сухой, то в данном помещении воздух сухой. • Если через пять минут стенки так и остались запотевшими – это средняя влажность. • Если по истечении пяти минут на поверхности стекла образовались ручейки воды – это свидетельствует о высокой влажности в помещении.

Температура воздуха легко и достаточно точно может быть измерена термометрами или термопарами. Определив влажность воздуха и зная температуру, аналитически или с помощью d-I диаграммы находят все остальные параметры состояния воздуха.

В практике наиболее широко применяются следующие методы определения влажности воздуха: психрометрический, метод точки росы, гигроскопический и массовый, причем первый из них – самый распространенный.

Психрометрический метод основан на использовании прибора, называемого психрометром, который состоит из двух располо­женных рядом термометров. Один из термометров, обычный, называется сухим, измеряющим температуру t воздуха. Баллончик с расширяющейся жидкостью другого термометра обертывают легкой гигроскопической тканью, например батистом, в виде чехла, нижний конец которого опускают в сосуд с водой. Вода по чехлу, как по фитилю, поднимается к баллончику и по­стоянно смачивает его. Этот термометр называется влажным или мокрым и измеряет температуру воздуха по мокрому термометру tм ≤ t. Устройство простейшего психрометра Августа показано на рис. 1.

Существуют также электрические психрометры, построенные по принципу электрического мостика сопротивления (сопротив­ление мокрого термометра меньше, чем сухого).

Метод точки росы основан на измерении температуры tрос воздуха, охлаждаемого, например, металлической неокисляемой зеркальной поверхностью (в момент начала выпадения капельной влаги на зеркале фиксируется его температура).Зная tрос и температуру tA воздуха, можно в диаграмме, изображенной на рис. 3, поднимаясь из точки B на кривой насыщения по линии d = const до изотермы tA, найти точку А их пересечения, а значит, влажность φA и другие параметры состоя­ния воздуха.

Гигроскопический метод основан на способности некоторых материалов изменять свою форму и размеры (удлиняться – обез­жиренный человеческий волос, капроновая нить и др.), или свой­ства (электропроводимость – соль LiCl и др.) при впитывании влаги из воздуха в количестве, пропорциональном его относитель­ной влажности. Поэтому, используя эти материалы в механиче­ских или мостовых электрических схемах, можно создавать при­боры невысокой точности, называемые гигрометрами.

Массовый (абсолютный) метод наиболее точен, но трудоемок и требуетспециального оборудования – вентилятора, влагопоглотителей и др. Воздух продувают через поглотители. Отнеся объемный расход воздуха к массе поглощенной всей влаги, опреде­ляют абсолютную влажность воздуха γп. По температуре воздуха из таблиц насыщенного пара находят его плотность γ″п, т. е. абсолютную влажность насыщенного воздуха; тогда φ = γп / γ″п.

Температура воздуха легко и достаточно точно может быть измерена термометрами или термопарами. Определив влажность воздуха и зная температуру, аналитически или с помощью d-I диаграммы находят все остальные параметры состояния воздуха.

В практике наиболее широко применяются следующие методы определения влажности воздуха: психрометрический, метод точки росы, гигроскопический и массовый, причем первый из них – самый распространенный.