
Fizika_l_r_Chast_1
.pdfПсихрометр 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:
f P A H |
0 |
(t t |
) |
, |
(4) |
1 0 |
1 2 |
|
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:
f P A H |
0 |
(t t |
) |
. |
1 0 |
1 2 |
|
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
№ |
tc = t1 |
tвл= t2 |
Р1 |
f, |
F, |
H0 |
Е |
D |
(0С) |
(0С) |
(мм.рт.ст.) |
(мм.рт.ст.) |
(мм.рт.ст.) |
(мм.рт.ст.) |
(%) |
||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ср. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
72 |
|
|
|
|

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
№ |
tс |
tвл |
Е |
F |
f |
D |
(0С) |
(0С) |
(%) |
(мм.рт.ст.) |
(мм.рт.ст.) |
||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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
Показа- |
|
(Разность показаний сухого и влажного термометра 0С) |
|||||||||||
ния сухо- |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
го |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
термо- |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
метра |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
в 0С. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
100 |
81 |
63 |
45 |
28 |
11 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
100 |
83 |
65 |
48 |
32 |
16 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
100 |
84 |
68 |
51 |
35 |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
100 |
84 |
69 |
54 |
39 |
24 |
10 |
|
|
|
|
|
|
4 |
100 |
85 |
70 |
56 |
42 |
28 |
14 |
|
|
|
|
|
|
5 |
100 |
86 |
72 |
58 |
45 |
32 |
19 |
6 |
|
|
|
|
|
6 |
100 |
86 |
73 |
60 |
47 |
35 |
23 |
10 |
|
|
|
|
|
7 |
100 |
87 |
74 |
61 |
49 |
37 |
26 |
14 |
|
|
|
|
|
8 |
100 |
87 |
75 |
63 |
51 |
40 |
29 |
18 |
7 |
|
|
|
|
9 |
100 |
88 |
76 |
64 |
53 |
42 |
31 |
21 |
11 |
|
|
|
|
10 |
100 |
88 |
76 |
65 |
54 |
44 |
34 |
24 |
14 |
5 |
|
|
|
11 |
100 |
88 |
77 |
66 |
54 |
45 |
36 |
26 |
17 |
8 |
|
|
|
12 |
100 |
89 |
78 |
68 |
57 |
48 |
38 |
29 |
20 |
11 |
|
|
|
13 |
100 |
89 |
79 |
69 |
59 |
49 |
40 |
31 |
23 |
14 |
6 |
|
|
14 |
100 |
89 |
79 |
70 |
60 |
51 |
42 |
34 |
25 |
17 |
9 |
|
|
15 |
100 |
90 |
80 |
71 |
61 |
52 |
44 |
36 |
27 |
20 |
12 |
|
|
16 |
100 |
90 |
81 |
71 |
62 |
54 |
46 |
37 |
30 |
22 |
15 |
|
|
17 |
100 |
90 |
81 |
72 |
64 |
55 |
47 |
39 |
32 |
24 |
17 |
10 |
|
18 |
100 |
91 |
82 |
73 |
65 |
56 |
49 |
41 |
34 |
27 |
20 |
13 |
|
19 |
100 |
91 |
82 |
74 |
65 |
58 |
50 |
43 |
35 |
29 |
22 |
15 |
|
20 |
100 |
91 |
83 |
74 |
66 |
59 |
51 |
44 |
37 |
30 |
24 |
18 |
|
21 |
100 |
91 |
83 |
75 |
67 |
60 |
52 |
46 |
39 |
32 |
26 |
20 |
|
22 |
100 |
92 |
83 |
76 |
68 |
61 |
54 |
47 |
40 |
34 |
28 |
22 |
|
23 |
100 |
92 |
84 |
76 |
69 |
61 |
55 |
48 |
42 |
36 |
30 |
24 |
|
24 |
100 |
92 |
84 |
77 |
69 |
62 |
56 |
49 |
43 |
37 |
31 |
26 |
|
25 |
100 |
92 |
84 |
77 |
70 |
63 |
57 |
50 |
44 |
38 |
33 |
27 |
|
26 |
100 |
92 |
85 |
78 |
71 |
64 |
58 |
51 |
46 |
40 |
34 |
29 |
|
27 |
100 |
92 |
85 |
78 |
71 |
65 |
59 |
52 |
47 |
41 |
36 |
30 |
|
28 |
100 |
93 |
85 |
78 |
72 |
65 |
59 |
53 |
48 |
42 |
37 |
32 |
|
29 |
100 |
93 |
86 |
79 |
72 |
66 |
60 |
54 |
49 |
43 |
39 |
33 |
|
30 |
100 |
93 |
86 |
79 |
73 |
67 |
61 |
55 |
50 |
44 |
39 |
34 |
74

Таблица 4
Давление и плотность насыщенного пара в интервале температур от – 5º до 30º
Температура |
Упругость насыщенного па- |
Масса в г/м2 |
|
ра в мм. рт.ст. |
|
|
|
|
-5 |
3,01 |
3 |
-4 |
3,28 |
3,51 |
|
|
|
-3 |
3,57 |
3,81 |
-2 |
3,88 |
4,13 |
-1 |
4,22 |
4,47 |
0 |
4,58 |
4,84 |
1 |
4,9 |
5,2 |
|
|
|
2 |
5,3 |
5,6 |
|
|
|
3 |
5,7 |
6,0 |
4 |
6,1 |
6,4 |
5 |
6,6 |
6,8 |
6 |
7,0 |
7,3 |
7 |
7,5 |
7,8 |
8 |
8,0 |
8,3 |
9 |
8,6 |
8,8 |
10 |
9,209 |
9,4 |
11 |
9,844 |
10,0 |
12 |
10,518 |
10,7 |
13 |
11,231 |
11,4 |
14 |
11,987 |
12,1 |
15 |
12,78 |
12,8 |
16 |
13,634 |
13,6 |
17 |
14,580 |
14,5 |
18 |
15,477 |
15,4 |
|
|
|
19 |
16,477 |
16,3 |
20 |
17,585 |
17,3 |
21 |
18,650 |
18,3 |
22 |
19,827 |
19,5 |
23 |
21,068 |
20,6 |
|
|
|
24 |
22,377 |
21,8 |
25 |
23,756 |
23,0 |
26 |
25,209 |
24,4 |
27 |
26,739 |
25,8 |
28 |
28,319 |
27,2 |
29 |
30,043 |
28,7 |
30 |
31,524 |
30,3 |
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.
1 |
|
2 |
|
3 |
|
|
4 |
|
5 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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.
I |
U |
|
U |
|
|
|
. |
X L |
0 |
n |
2 |
|
|||
|
|
S |
|||||
|
|
|
l |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
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
Мост находится в равновесии, если IВД = 0 (рис. 2), тогда по |
||||||||
закону Ома: |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
U ВД |
В Д |
|
|
|
В |
|
I |
ВД |
0 |
|
|
|
R1 |
||
|
RВД |
RВД |
|
|
R |
|
||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
x |
Г |
|
т.е. В = Д. |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||
Следовательно: |
|
|
|
Д |
С |
|||
– = (т.к. = ) А |
|
|
||||||
|
А |
В |
А – Д |
В |
Д |
|
l2 |
l3 |
и В – С = Д – С |
|
|
|
|||||
|
|
|
К |
|
||||
|
|
|
|
|
|
ε |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Или можно записать, что |
|
|
Рисунок 2. |
|
||||
|
|
|
|
|
Схема включения измерительного |
|||
|
|
|
|
|
80 |
моста Уитстона |
||
|
|
|
|
|
|