2. Экспериментальная часть
В данной лабораторной работе студентам необходимо определить параметры микроклимата в аудитории на рабочем месте студентов.
2.1. Установка
Учебный стенд для исследования метеорологических параметров представляет собой стол, на котором расположены вентилятор и приборы:
- измеритель температуры и влажности ИТВ – 1М;
- аспирационный психрометр Ассмана тип М-34;
- чашечный ( крыльчатый) анемометр МС-13;
- барометр (анероид).
2.2.Требования безопасности при проведении лабораторной работы
Так как вентилятор подключается к сети переменного тока, источником опасности является электрический ток. Поэтому необходимо соблюдать правила электробезопасности.
Фактором опасности является и вентилятор (вероятность механического травмирования), эксплуатация которого без ограждения запрещена.
2.3. Приборы
2.3.1. Измеритель температуры и влажности ИТВ – 1М
Измеритель температуры и влажности ИТВ – 1М (рисунок 1) позволяет измерять влажность воздуха в диапазоне от 20% до 100% и температуру воздуха в диапазоне от –45°С до +45°С.
Прибор состоит из измерительного блока и подключаемых к нему датчиков (1-10).
Порядок работы с прибором ИТВ –1М следующий:
а) датчик подключается к прибору, который в процессе измерения должен находиться в горизонтальном положении;
б) включить напряжение переключателем П1;
в) переключатель рода работы П2 установить в положение "Контроль";
г) ручкой "рег. питания" совместить стрелку термометра с максимумом шкалы;
д) переключатель рода работы П2 установить в положение "измерение";
е) определить температуру воздуха;
ж) аналогично выполнить измерение влажности воздуха.
Рис.1. Лицевая панель измерителя температуры и влажности ИТВ – 1М
2.3.2. Аспирационный психрометр Ассмана тип М-34
В основе измерения влажности воздуха психрометрами заложен принцип психрометрии.
Принцип психрометрии заключается в определении показаний двух рядом расположенных термометров, резервуар одного из которых покрыт увлажненной тканью. Влага, пропитывающая ткань, испаряясь с различной скоростью в зависимости от влажности и скорости движения воздуха, отнимает тепло от термометра, поэтому показания влажного термометра оказываются ниже показаний сухого. На основании показаний сухого и влажного термометров вычисляют относительную влажность воздуха.
Аспирационный психрометр Ассмана состоит из двух ртутных термометров со шкалой на 50 °С (рис.2). Резервуар одного из термометров обернут тонкой тканью. Оба термометра заключены в металлическую оправу, а резервуары термометров находятся в двойных металлических гильзах, что исключает влияние тепловых излучений на показания термометров. В головке прибора помещен вентилятор с часовым механизмом или электрическим приводом, просасывающий воздух мимо резервуаров термометров с постоянной скоростью (около 4 м/с).
Принудительная аспирация воздуха в процессе измерения позволяет исключить влияние подвижности воздуха в производственном помещении и тем самым повысить точность измерений.
Прибором пользуются следующим образом: при помощи пипетки увлажняют обертку влажного термометра, держа психрометр вертикально головкой вверх во избежание заливания воды в гильзы и головку прибора; заводят ключом механизм прибора до отказа или включают электрический привод в сеть и помещают прибор в исследуемой точке. Через 3-5 минут во время работы вентилятора производят отсчет. Записывают показания сухого и влажного термометра, а затем по специальной таблице 9 определяют относительную влажность.
Рис.2. Аспирационный психрометр Ассмана
1 – сухой термометр; 2 – влажный термометр
Величину абсолютной и относительной влажности воздуха можно определить посредством расчета по формулам 2 и 3.
Абсолютную влажность воздуха при использовании аспирационного психрометра вычисляют по формуле:
(2)
|
где |
А |
– |
абсолютная влажность, г/м3; |
|
|
F1 |
– |
максимально возможная масса водяного пара в граммах в воздухе при температуре влажного термометра, г/м3; |
|
|
0,5 |
– |
постоянный психрометрический коэффициент; |
|
|
tС |
– |
показание сухого термометра, °С; |
|
|
tВ |
– |
показание влажного термометра, °С; |
|
|
В |
– |
барометрическое давление, мм. рт. ст.; |
|
|
755 |
– |
среднее барометрическое давление, мм. рт. ст. |
Относительную влажность воздуха определяют по формуле:
(3)
где F2 – максимально возможная масса водяного пара при температуре сухого термометра, г/м3 .
Используемые в формулах 2 и 3 величины F1 и F2 определяются из таблицы 8.
Таблица 8
Определение максимальной влажности в зависимости от температуры воздуха
|
Темпе- ратура воздуха, °С |
Максимальное количество водяных паров, г/м3 |
Темпе- ратура воздуха, °С |
Максимальное количество водяных паров, г/м3 |
Темпе-ратура воздуха, °С |
Максимальное количество водяных паров, г/м3 |
|
+ 1 |
4,926 |
+ 12,0 |
10,518 |
+ 23,0 |
21,068 |
|
+ 1,5 |
5,107 |
+ 12,5 |
10,870 |
+ 23,5 |
21,714 |
|
+ 2,0 |
5,294 |
+ 13,0 |
11,231 |
+ 24,0 |
22,37 |
|
+ 2,5 |
4,486 |
+ 13,5 |
11,604 |
+ 24,5 |
23,060 |
|
+ 3,0 |
5,685 |
+ 14,0 |
11,987 |
+ 25,0 |
23,756 |
|
+ 3,5 |
5,889 |
+ 14,5 |
12,382 |
+ 25,5 |
24,471 |
|
+ 4,0 |
6,101 |
+ 15,0 |
12,788 |
+ 26,0 |
25,209 |
|
+ 4,5 |
6,318 |
+ 15,5 |
13,205 |
+ 27,0 |
26,739 |
|
+ 5,0 |
6,48 |
+ 16,0 |
13,634 |
+ 27,5 |
27,639 |
|
+ 5,5 |
6,775 |
+ 16,5 |
14,076 |
+ 28,0 |
28,344 |
|
+ 6,0 |
7,103 |
+ 17,0 |
14,530 |
+ 28,5 |
29,183 |
|
+ 6,5 |
7,259 |
+ 17,5 |
14,997 |
+ 29,0 |
30,043 |
|
+ 7,0 |
7,513 |
+ 18,0 |
15,477 |
+ 29,5 |
30,929 |
|
+ 7,5 |
7,775 |
+ 18,5 |
15,971 |
+ 30,0 |
31,842 |
|
+ 8,0 |
8,045 |
+ 19,0 |
16,477 |
+ 30,5 |
42,175 |
|
+ 8,5 |
8,323 |
+ 19,5 |
16,999 |
+ 40,0 |
55,321 |
|
+ 9,0 |
8,509 |
+ 20,0 |
17,735 |
+ 45,5 |
71,88 |
|
+ 9,5 |
8,905 |
+ 20,5 |
18,085 |
+ 50,0 |
92,51 |
|
+10,0 |
9,209 |
+ 21,0 |
18,650 |
+ 55,0 |
118,04 |
|
+ 10,5 |
9,521 |
+ 21,5 |
19,231 |
+ 60,0 |
149,38 |
|
+ 11,0 |
10,176 |
+ 22,0 |
19,827 |
|
|
|
+ 11,5 |
|
+ 22,5 |
20,440 |
|
|
Таблица 9
Определение относительной влажности
|
Показания сухого термометра, °С |
Разность показаний сухого и влажного термометров, °С | |||||||
|
0 |
I |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 | |
|
0 |
100 |
81 |
63 |
46 |
28 |
12 |
2 |
|
|
5 |
100 |
86 |
71 |
58 |
43 |
31 |
17 |
- |
|
6 |
100 |
86 |
72 |
59 |
46 |
33 |
21 |
8 |
|
7 |
100 |
87 |
74 |
60 |
48 |
36 |
24 |
14 |
|
9 |
100 |
87 |
74 |
62 |
50 |
39 |
27 |
16 |
|
10 |
100 |
88 |
77 |
64 |
53 |
43 |
32 |
22 |
|
II |
100 |
88 |
79 |
65 |
55 |
45 |
35 |
25 |
|
12 |
100 |
89 |
79 |
67 |
57 |
47 |
37 |
27 |
|
13 |
100 |
89 |
79 |
68 |
58 |
49 |
39 |
30 |
|
14 |
100 |
89 |
79 |
69 |
59 |
50 |
41 |
32 |
|
15 |
100 |
90 |
80 |
70 |
61 |
51 |
43 |
34 |
|
16 |
100 |
90 |
80 |
70 |
61 |
53 |
45 |
37 |
|
17 |
100 |
90 |
80 |
71 |
62 |
55 |
47 |
40 |
|
18 |
100 |
90 |
80 |
72 |
63 |
55 |
48 |
41 |
|
19 |
100 |
91 |
81 |
72 |
64 |
57 |
50 |
41 |
|
20 |
100 |
91 |
81 |
73 |
65 |
58 |
50 |
42 |
|
21 |
100 |
91 |
82 |
74 |
66 |
58 |
50 |
44 |
|
22 |
100 |
91 |
82 |
74 |
67 |
58 |
51 |
45 |
|
23 |
100 |
91 |
83 |
75 |
67 |
59 |
52 |
46 |
|
24 |
100 |
91 |
83 |
75 |
67 |
59 |
53 |
47 |
|
25 |
100 |
92 |
84 |
76 |
68 |
60 |
54 |
48 |
|
26 |
100 |
92 |
84 |
76 |
69 |
62 |
55 |
50 |
|
27 |
100 |
92 |
84 |
77 |
69 |
62 |
56 |
51 |
|
28 |
100 |
92 |
84 |
77 |
70 |
64 |
57 |
52 |
|
29 |
100 |
92 |
85 |
78 |
71 |
65 |
58 |
53 |
|
30 |
100 |
92 |
85 |
79 |
72 |
66 |
59 |
53 |
2.3.3. Чашечный ( крыльчатый) анемометр МС-13
Чашечный и крыльчатый анемометры – приборы для измерения скорости движения воздушного потока. Принцип действия анемометров основан на линейной зависимости скорости вращения рабочего органа (крыльчатки и крестовины с полушариями) от скорости движения воздуха. У чашечного анемометра на оси насажена вертушка-крестовина с полыми полусферами, у крыльчатого – вертушка мельничного типа из толстой алюминиевой фольги.
Прибор имеет три циферблата (рис 3,4). Центральная большая стрелка показывает единицы и десятки, стрелки двух малых циферблатов - сотни и тысячи делений. На маленьких циферблатах учитывают только целые деления.
Рис. 3 Анемометр чашечный:
1 – вертушка; 2 – ось; 3 – циферблат; 4 – стрелка шкалы единиц; 5 – стрелка шкалы сотен;
6 – стрелка шкалы тысяч; 7 – винт
Рис. 4. Крыльчатый анемометр
1 – вертушка; 2 – ось; 3 – циферблат; 4 – стрелка шкалы единиц; 5 – стрелка шкалы сотен;
6 – стрелка шкалы тысяч
Под действием воздушного потока воспринимающая часть прибора начинает вращаться. Ветроприемником чашечного анемометра служит четырехчашечная вертушка. Это вращение при включенной передаче через систему зубчатых колес приводит в движение стрелки счетчиков оборотов.
Скорость движения воздушного потока пропорциональна показаниям счетчика, которые характеризуют длину пути, пройденного потоком воздуха мимо прибора за определенное время. К каждому прибору прилагается тарировочный график, по которому в зависимости от скорости вращения определяют скорость движения воздуха.
Пределы измерений: для чашечного анемометра – от 1 до 20 м/с и для крыльчатого – от 0,3 до 5 м/с.
Измерение скорости движения воздуха производят следующим образом: записав исходное положение стрелок на циферблатах - тысячи, сотни, единицы, включают вентилятор. Через 1-2 минуты необходимо выключить вентилятор и записать новое положение стрелок. Разность этих показаний следует разделить на время измерения, получив тем самым число делений в секунду. Затем по тарировочному графику (рис 5,6) определить искомую скорость движения воздуха.
Рис. 5. Тарировочный график чашечного анемометра
Рис.6. Тарировочные графики крыльчатого анемометра
2.3.4. Барометр
Для измерения давления воздуха применяются различного рода барометры. Наиболее распространенным прибором является металлический барометр (анероид) (рис. 7).
Рис. 7. Общий вид металлического барометра
Устройство его основано на использовании упругих деформаций приемника под влиянием изменений давления.
Приемное устройство (анероидная коробка) выполнено в виде плоской металлической цилиндрической коробки с гофрированными крышкой и дном. В коробке создано сильное разряжение, но она не сплющивается под действием внешнего давления, так как крышка оттягивается пружиной. При изменениях давления упругие деформации крышки через рычажную передачу в увеличенном масштабе передаются стрелке-указателю, которая перемещается вдоль шкалы, градуированной в единицах давления.
Ошибки измерений могут достигать 1…1,5%.
2.3.5. Дополнительные существующие приборы для измерения параметров микроклимата
Измеритель влажности и температуры ИВТМ–7
Измеритель влажности и температуры ИВТМ-7 – прибор предназначен для измерения относительной влажности и температуры в неагрессивных газовых средах, а также для определения других параметров воздуха (например, температура влажного термометра) в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, гидрометеорологии, медицине, научных исследованиях и т. д. для контроля параметров микроклимата.
Рис.8. Общий вид измерителя влажности и температуры
Параметры внешней среды должны соответствовать:
- температура воздуха – от минус 10 до плюс 40 ºС;
- относительная влажность – от 2 до 98 %;
- атмосферное давление – от 84 до 106,7 КПа.
Основная погрешность измерения влажности – не более ± 2,0 %;
температуры в диапазоне от 0 до 40 ºС – не более ±0,5%.
Питание прибора производится от батареи гальванических элементов напряжением 9 В.
В качестве чувствительного элемента измерителя температуры используется пленочный терморезистор, выполненный из никеля. Чувствительным элементом измерителя относительной влажности является емкостной датчик с изменяющейся диэлектрической проницаемостью. Принцип работы прибора основан на преобразовании емкости датчика влажности и сопротивления датчика температуры в частоту с дальнейшей обработкой ее с помощью микроконтроллера. Микроконтроллер обрабатывает информацию, отображает ее на жидкокристаллическом индикаторе.
Прибор включается однократным нажатием кнопки F1 – на индикаторе появляются либо значение измеряемой температуры в °С, либо измеряемой относительной влажности в %.
Повторное нажатие кнопки F1 – приводит к последовательному изменению выводимых на индикатор величин: температура, относительная влажность, температура влажного термометра, влажность в г/м3, снова температура (Рис. 8) и т.д.
Измеритель влажности и температуры ИВТМ-7 используется для определения ТНС-индекса. Для этого на датчик необходимо закрепить полый черный шар, рис.9.
Рис.9. Измерение температуры внутри полого черного шара:
1 - полый черный шар; 2 - штатив; 3 - измеритель влажности и температуры ИВТМ-7
ТНС-индекс определяется на основе величин температуры «мокрого» термометра (tвл) и температуры внутри зачерненного шара термометра (tш), применяемого для измерения температуры с учётом теплового инфракрасного излучения и скорости движения воздуха.
Зачерненный шар имеет диаметр 90 мм, малую толщину и коэффициент поглощения теплового излучения порядка 0,95. Точность измерения температуры внутри шара определяется погрешностью 0,5 °С. Шар выполнен из материала высоко теплопроводного материала.
Датчик прибора ИВТМ-7 устанавливают на штатив и осторожно надевают на него шар. Кабель датчика подключают к измерителю. До снятия значения температуры внутри черного шара последний должен находиться в точке измерения не менее 15 мин
Измеритель влажности и температуры «ТКА-ТВ»
Прибор предназначен для измерения относительной влажности и температуры воздуха внутри помещений.
Технические данные:
- диапазон измерения относительной влажности – 10…98%; основная абсолютная погрешность измерения относительной влажности при температуре 20±5 °С – не более ± 5,0 %;
- диапазон измерения температуры – 0…+50 °С, основная абсолютная погрешность измерения температуры при температуре 20±5 °С – не более ± 0,5°С;
Рабочие условия эксплуатации прибора:
- температура окружающего воздуха – от 0 до плюс 50 ºС;
- относительная влажность воздуха при температуре окружающего 25 °С , не более 98 %;
- атмосферное давление – от 80 до 110 КПа.
Для питания прибора используется батарея типа «Крона» ТУ 16-729.060-91.
Прибор состоит из двух функциональных блоков: зонда с датчиками влажности, температуры и измерительного блока-преобразователя (блок обработки сигнала), связанных между собой многожильным кабелем, рис.10.
Рис.10. Внешний вид прибора:
1 - блок обработки сигнала; 2 - зонд с датчиками влажности и температуры; 3 - защитный колпачок
Измерительный блок-преобразователь, заключённый в пластмассовый корпус, обеспечивает индикацию результатов измерений на трёхразрядном жидкокристаллическом индикаторе (дисплее), расположенном на его лицевой панели. Жидкокристаллический индикатор является отсчетным устройством прибора. Датчиком температуры является полупроводниковый диод, питаемый постоянным током. Датчиком влажности является специальный сенсор, параметры которого зависят от значения измеряемой относительной влажности окружающего воздуха.
Электрические сигналы с датчиков температуры и влажности, пропорциональные величине измеряемых параметров, поступают через многожильный кабель связи на вход измерительного блока-преобразователя.
Принцип работы основан на преобразовании параметров сенсора влажности и напряжения датчика температуры в числовые значения измеряемых параметров, с отображением результатов измерений на жидкокристаллическом индикаторе.
На измерительном блоке расположены органы управления режимами работы и жидкокристаллический индикатор.
Прибор может работать в одном из двух режимов работы: 1 - измерение температуры; 2 - измерение относительной влажности.
Переходы на различные режимы работы осуществляется вручную. Переключение режимов работы осуществляется с помощью переключателя, расположенного на лицевой панели измерительного блока.
Анемометр Testo-415
Анемометр Testo-415 – прибор со встроенным зондом, предназначен для измерения температуры и скорости воздуха в помещениях, рис.11. Информация отображается на большом 2-х строчном дисплее. Прибор имеет возможность усреднения результатов измерений по времени и числу замеров.
Технические данные:
- диапазон измерения скорости – 0…10 м/с;
- диапазон измерения температуры – 0…+50 °С;
- погрешность измерения скорости: ±(0,05 + 5% V) м/с в диапазоне 0…2 м/с;
±(0,5 + 5% V) м/с в диапазоне 2…10 м/с,
где V - измеренное значение скорости;
температуры ±0,5 °С;
- источник питания – батареи гальванических элементов напряжением 9 В.
Рис.11. Общий вид анемометра Testo-415
Работа с прибором
С измерительного зонда необходимо снять колпачок. Включение и выключение прибора осуществляется сенсорной кнопкой «1/0», рис.12. При включении на дисплее отображается короткий текст, затем прибор готов к работе.
Рис.12.
С верхней строки снимаются данные по скорости воздушного потока (м/с), а с нижней – температуры (°С).
Функция памяти для максимальных и минимальных измеренных величин и усреднения показаний вызываются последовательными нажатиями кнопки HOLD:
1-е нажатие – на дисплее измеряемые значения;
2-е нажатие – на дисплее максимальные значения (MAX);
3-е нажатие – на дисплее минимальные значения (MIN);
4-е нажатие – вызов функции «УСРЕДНЕНИЕ».
Измеритель параметров микроклимата «Метеоскоп»
Рис.13. Общий вид измерителя параметров микроклимата «Метеоскоп»
Измеритель параметров микроклимата «Метеоскоп» предназначен для проведения измерений параметров воздушной среды (температуры, относительной влажности, давления, скорости движения воздуха) при гигиенической оценке микроклимата всех видов производственных и жилых помещений.
Измеритель параметров микроклимата «Метеоскоп» принадлежит к поколению новых приборов, которые отличает мобильность и универсальность. Это портативный аппарат с возможностями стационарного. Прибор специализирован для проведения комплексного экологического мониторинга среды в жилых и производственных помещениях. Прибор прост в управлении за счет малого числа функциональных клавиш. Измеритель снабжен жидкокристаллическим дисплеем, встроенными часами и также общераспространенным портом RS-232, который дополняется комплектом программного обеспечения «НТМ-Метео» для автоматизации записи и анализа данных на персональном компьютере.
Основные технические характеристики прибора «Метеоскоп»:
Диапазон измерений температуры окружающего воздуха, С от - 10 до + 50 Предел допускаемой основной абсолютной погрешности канала измерений температуры, С ± 0,2 Диапазон измерений относительной влажности, % от 3 до 98 Диапазон измерений скорости воздушного потока, м/с: от 0,1 до 20 Диапазон измерений абсолютного атмосферного давления, - кПа от 80 до 110 - мм Hg от 600 до 825 Основные технические данные Время установления рабочего режима - 1 мин Время непрерывной работы измерителя без подзарядки аккумуляторной батареи - 10 часов Масса измерителя - 0,5 кг Габариты измерителя - 210х100х60 мм Полный средний срок службы - 5 лет
Условия эксплуатации: Диапазон температуры окружающего воздуха - от 15 до 40 C Относительная влажность воздуха при 20 С - до 80% Диапазон атмосферного давления - от 84,0 до 106 кПа