Fizika_l_r_Chast_1

Психрометр Ассмана состоит из двух одинаковых термометров, резервуары которых в целях защиты от излучения окружающих тел помещены внутри открытых металлических двухстенных трубочек.

Резервуар одного из термометров обмотан батистом, который смачивается водой. Вращением вентилятора в прибор засасывается воздух, который обтекает резервуары термометров, проходит по воздухопроводным трубкам и выбрасывается наружу. Сухой термометр будет показывать температуру воздуха t1, а влажный – температуру t2. Вследствие испарения воды с поверхности батиста температура t2 будет меньше t1 и разница между ними тем больше, чем меньше относительная влажность воздуха.

Абсолютную влажность f рассчитывают по формуле:

где Р1 – давление насыщенных паров при температуре t2 испаряющейся жидкости; и определяется по таблице 4; А0 – постоянная психрометра и А0 = 0,0013 г/град; Н0 – атмосферное давление, выраженное в миллиметрах ртутного столба; t1 – температура сухого термометра.

4. Определение влажности воздуха с помощью психрометра Августа

Психрометр Августа состоит из двух одинаковых термометров. Резервуар одного из них обтянут кусочком батиста, свободный конец которого опущен в резервуар с дистиллированной водой.

Вследствие испарения воды показания влажного термометра будут ниже, чем сухого. Зная разность показаний сухого и влажного термометров и показания сухого термометра по психрометрической таблице 3, определяют относительную влажность окружающего воздуха, а по формулам (1) и (2) находят абсолютную влажность f и дефицит влажности D.

71

Порядок выполнения работы

У п р а ж н е н и е 1 . Определение влажности с помощью психрометра Ассмана

1.Смочить батист на резервуаре психрометра Ассмана водой с помощью пипетки.

2.Завести по часовой стрелке вентилятор почти до отказа, но осторожно, чтобы не сорвать пружину.

3.Через каждые 4 мин после пуска вентилятора снять показания сухого и влажного термометров.

4.Вычислить абсолютную влажность f по формуле:

Для этого необходимо:

а) найти атмосферное давление Н0 в мм. рт. ст. по барометру; б) найти Р1 в мм.рт.ст. по таблице 4 по показаниям влажного

термометра; в) подставить постоянную психрометра А0 = 0,0013 1/град.

5.Определить максимальную влажность F по таблице 4 по показаниям сухого термометра.

6.Вычислить относительную влажность Е по формуле:

E Ff 100% .

7. Определить дефицит влажности D по формуле:

D F f .

8. Полученные данные занести в таблицу 1.

Таблица 1

Результаты измерений и вычислений

У п р а ж н е н и е 2 . Определение влажности с помощью психрометра Августа

1.Смочить водой батист психрометра Августа.

2.Через 10 мин записать показания сухого и влажного термометров.

3.По психрометрической таблице 3 найти относительную влажность Е.

4.Найти абсолютную влажность f по формуле:

f E F .

100%

5.Определить максимальную влажность F по таблице 4 по показаниям сухого термометра.

6.Определить дефицит влажности D по формуле: D F f .

7.Полученные данные занести в таблицу 2.

Таблица 2

Результаты измерений

73

Таблица 3

П с и х р о м е т р и ч е с к а я т а б л и ц а

74

Таблица 4

Давление и плотность насыщенного пара в интервале температур от – 5º до 30º

75

Контрольные вопросы

1.Определения абсолютной, максимальной и относительной влажности.

2.Определение точки росы, дефицита влажности.

3.Методы определения абсолютной, максимальной и относительной влажности.

4.Устройство и принцип работы волосного гигрометра.

5.Устройство и принцип работы гигрометра Ламбрехта.

6.Устройство и принцип работы психрометра Августа.

7.Устройство и принцип работы психрометра Ассмана.

76

Лабораторная работа №8

Электрические методы измерения неэлектрических величин

Основные понятия и определения: определение датчика, схе-

ма включения датчика, датчики температуры и их использование в медицине (проволочные и полупроводниковые термисторы, термопары), основные характеристики датчиков и требования, предъявляемые к ним при использовании их в медикобиологических исследованиях.

Цель работы: научиться собирать схему моста Уитстона, рассчитывать неизвестное сопротивление, уметь пользоваться электроприборами.

Краткая теория

Электронная техника расширила исследовательские возможности в области не только электрических явлений, происходящих в живом организме, но и неэлектрических процессах, связанных с жизнедеятельностью организма.

Для преобразования неэлектрических (механических) величин, возникающих в живом организме, в электрический сигнал используются датчики, которые или преобразуют неэлектрическую величину (давление, пульс, тоны и шумы, возникающие в сердце при его сокращении и т.д.) в электрический сигнал или под влиянием неэлектрических величин меняют свои параметры.

6

Рисунок 1. Принципиальная схема измерения неэлектрических величин

1 – датчик

2 – усилитель

3 – передатчик

4 – приемник

5 – регистратор

6 – канал связи

77

Датчики делятся на параметрические и генераторные. Параметрические датчики – устройства, у которых под дей-

ствием механической величины меняется параметр датчика (сопротивление, емкость, индуктивность и т.д.).

Генераторные датчики – датчики, у которых под действием механической величины генерируется разность потенциалов.

Параметрические датчики

1. Проволочные тензометры – устройства, предназначенные для измерения механических деформаций и напряжений, возникающих в биологических объектах во время их жизнедеятельности. Это может быть изменение параметров грудной клетки при вдохе и выдохе, частоты дыхания, изменения давления и т.д. В

этих датчиках изменяется сопротивление проводника R Sl

под влиянием механической величины.

2. Емкостные преобразователи – датчики, в действии кото-

рых используется зависимость емкости конденсатора от расстояния между обкладками, площади обкладок и диэлектрической

проницаемости среды между ними C 0 dS .

В медицине емкостной датчик можно использовать для измерения кровенаполнения сосудов пальца – емкостной плетизмограф.

3. Индуктивные преобразователи – датчики, у которых под влиянием исследуемой величины изменяется индуктивное сопротивление XL катушки преобразователя в зависимости от положе-

ния сердечника в катушке.

X L L ,

где L – индуктивность катушки, ω – круговая частота.

Индуктивность катушки определяется уравнением:

L 0 nl2 S , n – число витков катушки,

l – длина соленоида,

S – площадь поперечного сечения соленоида,

78

μ – магнитная проницаемость, μ0 – магнитная постоянная.

При изменении положения сердечника в катушке меняется XL и, соответственно, изменяется сила тока в цепи.

Генераторные датчики

1. Пьезодатчик – работает на принципе пьезоэффекта, заключающегося в том, что при растяжении или сжатии пластинок, изготовленных из определенных материалов (пьезокристаллов), на их гранях появляется разность потенциалов, величина которой пропорциональна действующей силе.

U q d F ,

C C

d – коэффициент пропорциональности между величиной заряда q и приложенной силы F.

C – емкость конденсатора.

2. Термодатчики – устройства, преобразующие изменение тепловой энергии в электрический сигнал. К ним относятся термопары, для которых разность потенциалов, возникающая на концах спаев пропорциональна разности температур:

k(T2 T1 ), где k – постоянная термопары.

3.Индукционные датчики – преобразователи, в которых механические перемещения постоянного магнита, расположенного между двумя неподвижными катушками (или, наоборот, перемещение катушек по отношению к магниту) вызывает в них индукционный ток, колебания которого отражают характер колебания магнита под действием механической величины.

I i k dФ ,

R R dt

dФ - скорость изменения магнитного потока, dt

79

k – коэффициент пропорциональности.

Характеристики датчиков

1) функциональная зависимость выходной величины «у» от входной «х», т.е. у=f(х);

2) чувствительность датчика S y (отношение изменения сиг-

x

нала y на выходе преобразователя к вызываемому его изменению измеряемой величины x );

3)диапазон (х1 и х2) входных величин, измерение которых производится без заметных искажений.

4)время реакции – минимальное время, в течение которого происходит установка выходной величины на уровень, соответствующий уровню входной величины.

5)частотная характеристика у=f(ν) при постоянном уровне входной величины x=const.

Вданной работе рассматривается термоэлектрический датчик (полупроводник), у которого сопротивление зависит от температуры, т.е. R=f(t).

Измерение сопротивления полупроводника производят методом моста Уинстона, принципиальная схема которого приведена на рис.1

Условие равновесия моста Уитстона