Самостоятельная работа студентов. Определение атмосферного давления, температуры, влажности, скорости движения воздуха

Определение атмосферного давления, температуры, влажности,
скорости движения воздуха

Приборы для определения атмосферного давления

· Барометр ртутный сифонный представляет собой У-образную трубку, наполненную ртутью, с открытым концом в меньшем колене и с запаянным концом в длинном колене. В этом барометре давление измеряется в миллиметрах по разности между высотой ртутного столба в длинном колене и высотой столба в открытом колене.

· Барометр ртутный чашечный состоит из вертикальной, наполненной ртутью трубки, верхний конец которой запаян, а нижний опущен в чашечку с ртутью. При увеличении атмосферного давления воздух давит на поверхность ртути в чашечке. Часть ртути входит в трубку и уровень ее повышается. Измерения производятся в миллиметрах ртутного столба.

· Барометр-анероид состоит из безвоздушной металлической коробки с упругими волнообразными стенками. Колебания атмосферного давления отражаются на объеме и форме коробки, стенки которой прогибаются или выпрямляются. Эти движения посредством пружины и системы рычажков передаются стрелке, движущейся по циферблату.

· Барограф - самопишущий прибор, применяемый для систематических наблюдений за ходом барометрического давления в течение определенного промежутка времени. Главную часть его составляет ряд анероидных коробок. При изме­нении давления крышки этих коробок перемещаются, что передается по системе рычажков стрелке с пером, укрепленной около вращаю­щегося барабана. На последний надета разграфленная на миллиметры ртутного столба бумажная лента. При увеличении давления перо стрелки поднимается кверху, при снижении давления - опускается книзу.

Приборы для определения температуры воздуха

Измерение температуры воздуха проводят с помощью ртутных и спиртовых термометров. Наибольшее распространение получили ртутные термометры. Это объясняется их большой точностью и возможностью применения в широких пределах от -35° до +35°С. Спиртовые термометры менее точны, так как спирт при нагревании выше 0°С расширяется неравномерно, но зато они дают возможность измерить очень низкие температуры. Термометры градуируются в градусах Цельсия.

· Максимальный термометр (ртутный). Представителем его является медицинский термометр. В приборе при переходе резервуара для ртути в капилляр имеется сужение, и ртуть преодолевает его только при повышении температуры под влиянием силы расширения. При понижении температуры ртуть вниз не падает. Для повторного измерения необходимо вогнать ртуть обратно в резервуар энергичным встряхиванием.

· Минимальный термометр (спиртовой) имеет в капилляре стеклянную иглу-указатель с утолщениями на конце. Температура измеряется в горизонтальном положении (предварительно игла-указатель опускается до мениска спирта - пленки поверхностного натяжения). При понижении температуры поверхностная пленка увлекает за собой стрелку вниз к резервуару и устанавливает ее в положении, соответствующем минимуму наблюдавшейся температуры. При повышении температуры спирт, расширяясь, проходит мимо стрелки, не сдвигая ее с места, так как сила трения утолщений стрелки достаточна, чтобы удержать ее на месте.

· Термограф - самопишущий прибор, применяемый для систематических наблюдений за ходом температуры. Воспринимающей частью прибора является биметаллическая пластинка, состоящая из двух спаянных между собой пластинок металла с разными температурными коэффициентами. При колебании температуры изменяется изгиб пластинки, что передается через систему рычажков стрелке с пером, скользящим по особо разграфленной бумаге, надетой на вращающийся барабан.

Исследование температурного режима воздуха помещений

Измерение проводят в пяти точках: по вертикали - в трех точках: 0,1 – 1 – 1,5 м от пола (колебания температуры не должны превышать 2,5° между крайними точками измерения); по горизонтали - в двух точках: 10-15 см от наружной и внутренней стен помещения на высоте 1,5 м (колебания температуры не должны превышать 2°). Средняя температура воздуха в учебных комнатах, жилых помещениях, больничных палатах должны находиться в пределах 18-20°С, в спортивных залах - 14-16°С, в ротных спальнях казарм, школьных мастерских - 16- 18°С, в операционных - 22°С.

Приборы для определения влажности воздуха

· Психрометр Августа состоит из двух спиртовых термометров. Резервуар одного из них обернут тонкой материей, конец которой опущен в дистиллированную воду. Через 10-15 минут наблюдения снимают показания с сухого и влажного термометров. По разнице показаний по таблице определяют относительную влажность воздуха. Разница будет тем больше, чем суше воздух.

· Психрометр Ассмана является более усовершенствованным прибором. Ртутные термометры заключены в металлические трубки, через которые равномерно просасывается исследуемый воздух с помощью заводного вентилятора, находящегося в верхней части прибора. Резервуар влажного термометра обернут кусочком батиста, который перед каждым наблюдением смачивают дистиллированной водой. Через 5 минут от начала работы снимают показания термометров и по таблице определяют относительную влажность воздуха.

· Гигрометр. Принцип работы основан на способности волоса в силу гигроскопичности удлиняться во влажной среде и укорачиваться в сухой. Вымытый и обезжиренный волос укреплен в раме, нижний конец его через блок соединен со стрелкой, скользящей по шкале, на которую нанесены цифры, показывающие относительную влажность. Гигрометры являются менее точными приборами, чем психрометры.

· Гигрограф - самопишущий прибор, применяемый для системати­ческой записи относительной влажности воздуха. Гигроскопическим телом является пучок волос, закрепленный на раме с обеих сторон. В середине пучок оттянут при помощи крючка. При увеличении или уменьшении длины волос в зависимости от изменения относительной влажности происходит перемещение срединной точки пучка. Это передается через систему рычажков на стрелку с пером, вычерчиваю­щим на ленте вращающегося барабана кривую влажности воздуха.

Относительная влажность воздуха в различных помещениях нор­мируется в пределах 30-70%.

Приборы для определения скорости движения воздуха

· Чашечный анемометр позволяет измерять скорость движения воздуха от 1 до 50 м/сек. Верхняя часть его состоит из крестовины с четырьмя полыми полушариями, обращенными выпуклостью в одну сторону. Нижний конец оси с крестовиной соединен с измерительным устройством (счетчиком оборотов). При наблюдениях становятся лицом к ветру и устанавливают прибор так, чтобы измерительное устройство было обращено к наблюдателю. Записывают показания прибора, т.е. поло­жение стрелок на циферблате, указывающих количество метров, начи­ная с тысяч (первая малая стрелка), затем сотен (вторая малая стрелка) и единиц (большая стрелка). Дают чашечкам вращаться 1-2 минуты вхолостую, чтобы они приняли постоянную скорость вращения, а затем одновременно включают счетчик анемометра и секундомер. Через 5-10 минут счетчик выключают и записывают новые показания стрелок. Разница в показаниях стрелок между вторым и первым отсчетами покажет число метров, пройденных воздушным потоком за период наблюдения. Для нахождения скорости движения воздуха необходимо разделить найденное число на количество секунд, в течение которых работал анемометр.

Пример.

До наблюдения: После наблюдения:

1 малая стрелка (1000) - 4 между 4 и 5

2 малая стрелка (100) - 2 между 6 и 7

Большая стрелка - 0 80

Запись - 4200 4680

Разница = 4680 - 4200 = 480 м

Скорость движения воздуха = 480 м: 300 сек = 1,6 м/сек.

· Крыльчатый анемометр отличается большей чувствительностью и пригоден для измерения более слабых потоков воздуха в пределах от 0,5 до 15 м/сек. Воспринимающей частью прибора является колесико с легкими алюминиевыми крыльями, огражденными широким металли­ческим кольцом. Принцип работы прибора аналогичен предыдущему.

· Кататермометр - прибор, предназначенный для определения малых скоростей движения воздуха (до 1-2 м/сек). Кататермометр пред­ставляет собой спиртовой термометр с цилиндрическим или шаровым резервуаром со шкалой, разделенной на градусы соответственно от 35°до 38°С и от 33° до 40°С. В начале определяется охлаждающая способность воздуха (один из методов учета суммарного действия на организм температуры, влажности и скорости движения воздуха). Кататермометр опускают в горячую воду (около 80°С) и нагревают до тех пор, пока спирт не поднимется до половины верхнего расширения капилляра. После этого прибор вытирают и вешают в месте наблюдения. Затем отмечают по секундомеру время, в течение которого столбик спирта опустится с 38° до 35°С. Величину охлаждения находят по формуле: Н= F / а, где Н – искомая величина охлаждения; F - фактор прибора (постоянная вели­чина, показывающая количество тепла, теряемого с 1 см² поверхности резервуара кататермометра за время его охлаждения с 38° до 35°С, в мкал/см²); а - время охлаждения прибора в секундах.

Установлено, что оптимальное тепловое самочувствие у лиц так называемых сидячих профессий совпадает с величиной охлаждения кататермометра в пределах 5,5 -7,0 мкал/см² х сек.

Для нахождения скорости движения воздуха предварительно оп­ределяют выражениеН/Q (Q – разность между средней температурой тела 36,5° и температурой окружающего воздуха). Затем по таблице находят соответствующую этой величине скорость движения воздуха.

Скорость движения воздуха в учебных комнатах, жилых помеще­ниях нормируется в пределах 0,2 - 0,4 м/сек, в операционных - 0,15 м/сек.

В настоящее время для измерения физических свойств воздуха предлагаются разнообразные приборы. Измеренные ими показатели выводятся в цифровом виде на дисплей. Многие приборы имеют встроенную память, выход на компьютер. Приводим примеры некоторых из них:

Комплексные измерители физических свойств воздуха

· «Метеометры МЭС» – цифровые комбинированные приборы. Предназначены для измерения атмосферного давления от 80 до 110 КПа (600-825 мм. рт. ст.), температуры (от -10 до +50°С), относительной влажности (от 30 до 98 %), скорости воздушного потока (от 0,1 до
20 м/сек) внутри помещений и в вентиляционных трубопроводах. Могут работать в условиях значительной запыленности и наличия агрессивных газов.

· ТЕSТО 400 – измерительный прибор с большим выбором зондов. Позволяет измерить температуру, влажность (абсолютную, относительную, точку росы и другие показатели), давление, скорость потока воздуха, концентрацию СО и СО₂, скорость вращения, напряжение и силу тока. Диапазоны измерений: температуры (от -200 до +1250⁰С), влажности (от 0 до 100 %), скорости движения воздуха (от 0 до 100 м/сек).

· ТЕSТО 454 предназначен для измерения температуры воздуха и поверхностей (от –200 до +1760⁰С), влажности (от 0 до 100%), скорости потока воздуха (от 0 до 60 м/с), давления, концентрации СО₂, силы тока и напряжения с помощью большого количества зондов. Может использоваться как для оперативных измерений микроклимата, так и для длительного мониторинга.

Приборы для измерения температуры

· Термометр контактный микропроцессорный
ТК-5М предназначен для измерения температуры твердых тел, жидкостей, сыпучих веществ, воздуха и газовых смесей с помощью сменных зондов или подключаемых термопар (диапазон измерений от -20 до +600⁰С). Фиксирует текущее значение показателя, удерживает максимальное значение.

· Поверхностный мини-термометр ТЕSТО 0900.519 предназначен для измерения температуры поверхностей (диапазон измерения от –50 до +250⁰С).

Приборы для измерения температуры и влажности

· ТЕSТО 615/625 предназначены для измерения температуры (от -10 до +60⁰С) и относительной влажности воздуха (от 0 до 99 %) неагрессивных газовых сред. Обладают функцией удержания текущих, максимальных и минимальных значений за время измерения.

· ТЕSТО 635 предназначен для измерения температуры (от -60 до +400⁰С), влажности (от 0 до 100 %), расчета точки росы, измерения температуры поверхностей, сыпучих тел и жидкостей с помощью сменных зондов. Имеет функции удержания текущих, максимальных и минимальных показаний.

· Термогигрометры ИВА-6 – автоматические цифровые приборы непрерывного действия. Предназначены для измерения относительной влажности (от 0 до 98%) и температуры воздуха в жилых и рабочих помещениях (от -40 до +50⁰С).

Приборы для измерения скорости движения воздуха

· Анемометры НН-30А /31А/32А – универсальные приборы для измерения скорости воздуха (от 0,2 до 40 м/с). Предназначены для контроля воздуха окружающей среды, для наладки систем обогрева, вентиляции, кондиционирования воздуха. Чувствительным элементом служит зонд-крыльчатка. Приборы имеют функции усреднения результатов, индикации минимальных и максимальных значений.

· Анемометр АПР-2 предназначен для метеорологических исследований на суше и на море, а также для измерения скорости воздушного потока в шахтах и рудниках, в системах вентиляции и кондиционирования (диапазон измерения – от 0,2 до 20 м/сек). В качестве чувствительного элемента используется съемный зонд-крыльчатка.

Приборы для измерения температуры и скорости движения воздуха

· ТЕSТО 435 имеет широкий спектр применения благодаря возможности подключения сменных зондов (термоанемометрических, крыльчатых, температурных и др.). Позволяет измерять скорость воздушного потока (от 0 до
40 м/сек), расход воздуха, его температуру, температуру поверхностей и сыпучих тел (от -50 до +140⁰С). Имеет функции удержания текущих, максимальных и минимальных показаний на дисплее, усреднений значений по времени и числу измерений.

· ТЕSТО 415/425 предназначены для измерений скорости (от 0 до 20 м/сек) и температуры (от -20 до +70⁰С) потока воздуха внутри помещений при контроле и наладке систем вентиляции и кондиционирования. Обладают функцией удержания текущих, максимальных и минимальных значений за время измерения, а также усреднения по времени и измерительным точкам.

Определение кратности обмена воздуха

Кратность воздухообмена - величина, показывающая сколько раз обменивается воздух в помещении за один час. Кратность воздухообмена определяется по формуле:

величина вентиляционного воздуха (м³/час)

К= —————————————————

объем помещения (м³)

Величину вентиляционного воздуха (количество воздуха, поступающего через вентиляционное отверстие в один час) вычисляют по формуле:
S х V х 3600, где S - площадь вентиляционного отверстия, V - скорость движения воздуха в м/сек, 3600 - время в секундах.

Нормируемая кратность обмена воздуха в жилых помещениях - 1,5; в учебных комнатах - 3 раза в час.

Для определения уровня знаний студентам будут предложены тесты и ситуационные задачи.

Примеры тестов.

1. На какой высоте появляются начальные симптомы высотной болезни?

1. 400-800 м

2. 1000-1500 м

3. 2000-4000 м

4. 5000-6000 м

5. 7000-8000 м

II. Перечислите показатели микроклимата жилых помещений

1. температура и бактериальная загрязненность воздуха

2. барометрическое давление, температура, относительная влажность
воздуха

3. температура, скорость движения воздуха, содержание углекислого газа в
воздухе

4. температура, относительная влажность, скорость движения воздуха

5. температура, относительная влажность, скорость движения,
бактериальное загрязнение воздуха, содержание углекислого газа

III. Укажите норму температуры воздуха для жилых помещений

1. 14-16⁰

2. 18-20⁰

3. 21-22⁰

4. 23-24⁰

5. 25-26⁰

IV. Дайте определение относительной влажности воздуха

1. отношение максимальной влажности к абсолютной, выраженное в %

2. разность между абсолютной и максимальной влажностью

3. разность между максимальной и абсолютной влажностью

4. упругость водяных паров, находящихся в данное время в воздухе в
мм. рт.ст.

5. отношение абсолютной влажности к максимальной, выраженное в %.

V. Укажите приборы для определения скорости движения воздуха

1. кататермометр

2. психрометр

3. анемометр

4. актинометр

5. радиометр

VI. Составление розы ветров необходимо

1. для оценки влияния движения воздуха на нервно-психическую сферу
человека

2. для самоочищения воздуха

3. для прогноза погоды

4. для профилактики метеотропных заболеваний

5. для планировки населенных мест

VII. Как рассчитать кратность воздухообмена?

1. площадь форточки
площадь помещения

2. площадь вентиляционного отверстия (ПВО)
объем помещения

3. ПВО х скорость движения воздуха х 3600 сек
объем помещения

4. объем помешения
ПВО х скорость движения воздуха х 3600 сек

5. ПВО х скорость движения воздуха х 3600 сек
t⁰С наружного воздуха – t⁰С воздуха в помещении

VIII. Укажите меры профилактики метеотропных заболеваний

1. закаливание

2. занятия спортом

3. индивидуальные средства защиты

4. щадящий режим дня

5. использование лекарственных средств

Эталоны ответов к тестам.

I – 3 V – 1,3

II – 4 VI – 5

III – 2 VII – 3

IV – 5 VIII – 1,4,5

Примеры ситуационных задач.

Задача 1.

Рассчитайте и оцените охлаждающие свойства и скорость движения воздуха в жилом помещении, если время опускания столбика спирта кататермометра равно 120 сек, фактор прибора – 480 мкал/см² х сек, температура окружающего воздуха – 23,5⁰С.

Задача 2.

В районе предполагаемого строительства нефтеперерабатывающего завода определялась частота (повторяемость) ветров. Полученные результаты: С - 40 %, СВ - 10 %, В - 10 %, ЮВ - 5 %, Ю - 5 %, ЮЗ - 15 %, З - 10 %, СЗ -
10 %. Дайте определение розы ветров. Постройте розу ветров. Укажите господствующее направление ветров в данной местности. Где должно быть расположено предприятие по отношению к жилой зоне?

Эталоны ответов к ситуационным задачам

Задача 1.

Охлаждающая способность воздуха (Н)

Заключение. Охлаждающая способность и скорость движения воздуха меньше нормы (норма ­– 5,5 – 7 мкал/см² х сек и 0,2-0,4 м/сек соответственно).

Задача 2.

Роза ветров – графическое изображение частоты (повторяемости) ветров по румбам, наблюдающееся в данной местности в течение года.

Роза ветров строится путем откладывания от центра на линиях главных (С–Ю, З–В) и промежуточных (СЗ – ЮВ и СВ – ЮЗ) румбов в определенном масштабе отрезков, соответствую-щих числу (повторяемости) ветров в данном направлении за период наблюдения. Концы отрезков соединяют прямыми линиями. Штиль изображается окружностью в центре розы ветров; радиус окружности должен соответство-вать числу штилей.

Заключение. Господствующее направление ветров – северное. Предприятие должно быть расположено с подветренной стороны по отношению к жилой зоне, т.е. южнее.

Краткие указания к работе студентов на практическом занятии

Преподаватель осуществляет мотивационное введение в занятие, проводит контроль и корректировку исходного уровня знаний-умений, разбирает узловые вопросы темы.

Затем студенты приступают к 1. определению физических свойств воздуха учебной комнаты, оформлению заключения; 2. решению ситуационных задач.

Преподаватель принимает заключения по практической работе и ответы на ситуационные задачи, осуществляет их корректировку.

Технологическая карта занятия