Прилади і методи вимірювання температури, швидкості і відносної вологості повітря

Для визначення температури повітря у виробничих приміщеннях використовуються звичайні ртутні або спиртові термометри, термопари, термометри опору і т.ін.

В приміщеннях, де мають місце теплові випромінювання, для визначення температури використовують подвійний термометр, який складається з двохтермометрів, у яких резервуар одного зачорнений, а другого - посріблений.

При використанні парного термометра дійсна температура повітря t_д визначається за формулою:

t_д =t_ср-k(t_ч – t_ср) ⁰С, (5.1)

де t_ср і t_ч – показання термометра відповідно з посрібленим та зачорненим резервуаром, °С; k - константа приладу (наводиться у паспорті або інструкції до приладу).

Самописні прилади – термографи (рис. 5.1,а) – використовуються для реєстрації температури повітря протягом певного часу.

Для визначення швидкості руху повітря в приміщеннях, отворах припливних і витяжних повітропроводів, місцевих відсмоктувачах, а також відкритих прорізах вікон, дверей, ліхтарів використовують крильчасті, чашкові (рис. 5.1,б)та індукційні анемометри, термоанемометри, а в деяких випадках і пневмометричні трубки.

Рис. 5.1. Прилади для вимірювання деяких параметрів мікрорклімату:

а – термограф: 1 – барабан; 2 – стрілка; 3 – біметалева пластинка; б – чашковий анемометр; в – аспіраційний психрометр Ассмана; г – психрометр Августа: 1 – “сухий” термометр; 2 – “вологий” термометр; 3 - марля, 4 – мензурка з водою

 

Крильчастий анемометр застосовується для визначення швидкості руху повітря в межах 0,3...5 м/с, а чашкові або індукційні - в межах 1...20 м/с. Малі швидкості можна визначити термоанемометрами.

Для замірів дуже малих швидкостей (до 0,5 м/с) використовуються кататермометри. Вони являють собою термометр зі збільшеним терморезервуаром, заповненим спиртом.

Якщо нагріти кататермометр до 38 °С і помістити в повітряний потік, то за часом охолодження його до температури35 °С можна визначити швидкість руху повітря.

Пневмометричний метод з використанням пневмометричних трубок придатний тільки для швидкостей понад 1 м/с і служить для вимірювання швидкостей повітря у вентиляційних системах і аспіраційних повітропроводах і практично непридатний для визначення метеорологічних умов.

Повітря у виробничих приміщеннях може мати різний вміст водяної пари. Вологість повітря має такі визначення: абсолютна вологість r_п - маса водяної пари в кг (г), яка міститься в 1 м³ вологого повітря; вологовміст d - маса водяної пари в кг (г), що припадає на 1 кг сухого повітря; відносна вологість j - відношення абсолютної вологості повітря r_п до абсолютної вологості насиченого повітря r_п^” за тієї ж самої температури.

j = r_п/r_п^”×100%, (5.2)

Відносна вологість також може бути знайденаіз виразу:

j = p_п / p_п^” × 100%, (5.3)

де p_п і p_п^” - відповідно парціальний тиск водяної пари у повітрі приміщення і парціальний тиск водяної пари в стані насичення за тієї ж температури, Па.

Відомо декілька методів визначення відносної вологості, а саме:

а) метод точки роси. Основа методу полягає у визначені температури t_р охолоджуваного тіла на момент появи на ньому роси. Дана температура відповідає температурі, при якій досліджуване повітря буде знаходитись в стані насичення водяною парою.

По визначеному значенню t_р за таблицею властивостей водяної пари визначають густину насиченої водяної пари, що дорівнює абсолютній вологості повітря r_п^”;

б) конденсаційний метод. Застосовуєтьсяза наявності значної кількості водяної пари в повітрі. Конденсація водяної пари здійснюється в холодильній камері, де повітря охолоджується нижче температури точки роси. Сконденсована волога збирається і визначається її об’єм або маса. За цими показниками встановлюється абсолютна вологість.

в) ваговий метод. Базується на поглинанні вологи із повітря твердими або рідинними сорбентами (сілікагель, алюмогель, хлористий літій, хлористий калій, чиста сірчана кислота, та ін.). Для визначення кількості відібраної вологи патрон з поглиначами зважують на терезах до та після досліду. За масою вологи встановлюють її вміст в повітрі.

г) психрометричний метод. Для визначення відносної вологи повітря психрометричним методом необхідно знати його температуру за сухим і вологим термометрами.

Для цієї цілі використовується психрометр з сухим і вологим термометрами. Простішим прикладом є так званий психрометр Августа (рис. 5.1,в) Точність показань психрометра підвищується, якщо резервуари термометрів омиваються повітрям, яке рухається з певною швидкістю. Цим вимогам відповідають аспіраційні психрометри, наприклад, аспіраційний психрометр Ассмана (рис. 5.1,г), який і використовується при виконанні даної роботи. За показаннями сухого та вологого термометрів відносна вологість повітря може бути визначена:

а) за психрометричною таблицею (табл. 5.2);

б) за загальною психрометричною формулою;

в) за d,I – діаграмою вологого повітря (рис. 5.2).

Визначення відносної вологостіза психрометричною таблицею проводиться таким чином: після заміру температур повітря психрометром визначають різницю Dt в показниках сухого t_c і вологого t_в термометрів:

Dt = t_c - t_в, ⁰С. (5.4)

Далі за значеннями величин t_в і Dt знаходять відносну вологість φ (див. табл. 5.2). За потреби виконується лінійна інтерполяція.

Таблиця 5.2. Психрометрична таблиця

 

Температура за вологим термометром tв, ^0С	Різниця температур за сухим та вологим термометрами Δt=tc-tи, ^0С
0,0	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0	5,5	6,0	6,5	7,0	7,5	8,0

 

Відносну вологість можна визначити за психрометричною формулою:

 

φ=(p_в^”-А(t_c-t_в)p_б)/p_с^”·100%, (5.5.)

де p_в^” і p_с^” – тиск водяної пари в стані насичення при температурі відповідно вологого і сухого термометрів, Па; р_б – дійсний барометричний тиск, Па; А – психрометричний коефіцієнт, який дорівнюється 0,000677; t_c і t_в – температура повітря відповідно за сухим та вологим термометрами, °С. Тиск водяної пари в стані насичення визначається за допомогою таблиці властивостей водяної пари (табл. 5.3).

Таблиця 5.3. Тиск водяної пари в стані насичення

 

Температура повітря (водяної пари), ^0С	Тиск водяної пари в стані насичення, Па	Температура повітря (водяної пари), ^0С	Тиск водяної пари в стані насичення, Па
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1

 

Відносну вологість повітря можна визначити також за допомогою d,I – діаграми (рис. 5.2). Точка, що характеризує стан досліджуваного повітря, знаходиться на перетині ізотерми за сухим термометром t_c та ізотерми t_в за вологим термометром. Напрямок ізотерми t_в за вологим термометром практично співпадає з напрямком ізоетнальпій в d,I – діаграмі. Для визначення положення ізотерми t_в використовується така властивість, що для повітря в стані насичення (тобто при φ =100 %), значення температур за сухим та вологим термометрами співпадають. Проводиться ізотерма за сухим термометром t=t_в до перетину з кривою насичення φ=100 %. Лінія, що проходить через точку перетину паралельно ізоентальпії, являється ізотермою t_в за вологим термометром. Точка, що знаходиться на перетині ізотерми t_с за сухим термометром і ізотерми t_в за вологим термометром

характеризує стан досліджуваного повітря. За наведеними на діаграмі лініями φ = const, знаходиться відповідне значення відносної вологості повітря даного стану. На рис. 5.2 надано приклад користування d,I – діаграмою для умовного його стану за таких температур: t_с = 25 °С, t_в = 17,5 °С.

5.3.Порядок виконання експеріментальної частини практичного заняття

Зазвичай робота виконується в такій послідовності:

1) за вказівкою викладача вибираються приміщення, в яких оцінюються умови праці. Використовуючи табл. 5.1, визначаються норми мікроклімату (оптимальні і допустимі) для досліджуваних приміщень (може бути вибрана будь-яка навчальна лабораторія, виробнича ділянка, адміністративне приміщення, де є змога провести виміри параметрів мікроклімату).

2) студенти, користуючись приладами вимірюють:

а) температуру в приміщеннях за сухим t_с та вологим t_в термометрами, за допомогою аспіраційного психрометра Ассмана;

б) швидкість руху повітря w крильчастим, чашковим, індукційним анемометром або термоанемометром (викладач, використовуючи вентилятор або вентиляційну систему приміщення, може задавати різні варіанти мікроклімату);

в) барометричний тиск B рт за допомогою лабораторного барометра.

Рис. 5.2. Діаграма d, I вологого повітря

 

Реально дослідження проводяться у приміщеннях, де рухливість повітря w < 0,1...0,15 м/с, тобто на рівні конвективних токів. В цьому випадку відпадає необхідність у вимірюваннях цієї величини. У табл. 5.4 наведено протокол дослідження мікрокліматичних умов у виробничих приміщеннях.

Таблиця 5.4. Протокол дослідження мікрокліматичних умов у виробничих приміщеннях

 

Дата....................201.......

Прилади..........................

Барометричний тиск B рт = …………мм рт.ст.

 

Назва приміщення	Вимірювані величини	Визначувані величини
Температура	Відносна вологість повітря φ, % що визначається
tс,°С	tв , °С	за психрометричною таблицею	за психрометричною формулою	за допомогою d, I - діаграми
1.
2.
3.

 

Обробка дослідних величин зводиться до визначення відносної вологості повітря в досліджуваних приміщеннях трьома способами: за психрометричною таблицею, психрометричною формулою та за допомогою d,I – діаграми.

Всі розрахункові параметри також заносяться в протокол дослідження (табл. 5.4).

В кінці роботи студенти роблять висновки, аналізуючи одержані параметри мікроклімату в досліджуваному приміщенні, щодо його відповідності існуючим нормам (табл. 5.1).

 

Список рекомендованої літератури

1. ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.

2. ДСН 3.3.6-042-99 Державні санітарні норми мікроклімату виробничих приміщень.

3. Жидецький В.Ц.Основи охорони праці. Підручник. – Львів: Афіша, 2002. – 320 с.

4. Жидецький В.Ц., Джигирей В.С., Сторожук В.М. та ін. Практикум із охорони праці. Навчальний посібник / За ред. В.Ц. Жидецького. – Львів: Афіша, 2000. – 352 с.

 

 

Практичне заняття № 6 Тема заняття. Оцінка освітлення в навчальній аудиторії (2 години). Мета заняття: ознайомитись з основними світлотехнічними поняттями та принципами нормування природного і штучного освітлення і навчитися користуватися приладами для вимірювання освітленості і оцінювати відповідність фактичних рівнів освітленості робочих місць існуючим нормам.

 

Загальні відомості

З даною частиною практичного заняття студенти можуть познайомитись при підготовці до заняття, скориставшись електронним варіантом методичного забезпечення практичних занять з курсу «Основи охорони праці», що знаходяться в університетській мережі.

Серед чинників зовнішнього середовища, що впливають на організм людини в процесі праці, світло займає одне з перших місць. При неправильно підібраному освітленні погіршуються умови зорової роботи, збільшується втомлюваність очей і нервової системи, знижується продуктивність праці.

Освітлення виробничих приміщень характеризується кількісними та якісними показниками.

До основних кількісних показників належать: світловий потік, сила світла, освітленість і яскравість.

Світловий потік (Ф) – це потужність світлового видимого випромінювання, що оцінюється оком людини за світловим відчуттям. За одиницю світлового потоку прийнято люмен (лм) – світловий потік від еталонного точкового джерела в одну канделу (міжнародну свічку), розташованого у вершині тілесного кута в 1 стерадіан (тілесний кут у центрі сфери, який вирізає на її поверхні ділянку площі, що дорівнює 1 м²).

Сила світла (І) – це величина, що визначається відношенням світлового потоку Ф до тілесного кута ω, в межах якого світловий потік рівномірно розподіляється, тобто

 

I= Ф/ ω. (6.1)

 

За одиницю сили світла прийнята кандела (кд) – сила світла точкового джерела, що випромінює світловий потік в 1 лм, який рівномірно розподіляється всередині тілесного кута, що дорівнює 1 стерадіан.

Освітленість (Е) – відношення світлового потоку Ф, що падає на елемент поверхні, до площі S цього елементу:

 

Е= Ф/S. (6.2)

 

За одиницю освітленості Е прийнято люкс (лк) – рівень освітленості поверхні площею 1 м², на яку падає рівномірно розподіляючись, світловий потік в 1 люмен.

Яскравість (В) - відношення сили світла I, що випромінюється елементом поверхні в даному напрямку, до площі поверхні, яка світиться.

Одиницею яскравості є ніт (нт) – яскравість поверхні, що світиться і від якої в перпендикулярному напрямку випромінюється світло силою в канделу за 1 м²:

 

В= І/ (S·cos λ), (6.3)

 

де λ – кут між нормаллю до елемента поверхні S і напрямком, для якого визначається яскравість.

До основних якісних показників зорових робіт відносяться: фон, контраст між об’єктом і фоном, видимість.

Фон – поверхня, що прилягає безпосередньо до об’єкта розпізнавання, на якій він розглядається. Визначається фон коефіцієнтом відбиття поверхні ρ, на якій розглядається об’єкт, тобто відношенням світлового потоку Ф_від, відбитого від поверхні, до світлового потоку Ф_пад, який падає на поверхню:

 

ρ = Ф_від/Ф_пад (6.4)

 

Фон вважається:

– світлим – при ρ > 0,4;

– середнім – при ρ = 0,2…0,4;

– темним – при ρ < 0,2.

Контраст об’єкта розпізнавання з фоном К визначається відношенням різниці коефіцієнтів відбиття фону ρ_об, тобто:

 

К= ρ_ф - ρ_об/ ρ_ф при ρ_ф > ρ_об (6.5)

К= ρ_об - ρ_ф/ ρ_об при ρ_ф < ρ_об (6.6)

 

Контраст об’єкта з фоном визначається:

– великим – при К > 0,5;

– середнім – при К< 0,2.

Видимість (ν) - характеризується здатністю ока сприймати об’єкт. Вона залежить від освітленості, розміру об’єкта, контрасту об’єкта з фоном, тривалості експозиції.

 

ν = К/К_пор, (6.7)

 

де К – дійсний контраст об’єкта з фоном; К_пор – пороговий контраст, тобто найменший контраст, що розрізняється оком при даних умовах.

Залежно від джерела світла виробниче освітлення може бути: природним, що створюється прямими сонячними променями та розсіяним світом небосхилу; штучним, що створюється електричними джерелами світла; суміщеним, при якому недостатнє за нормами природне освітлення доповнюється штучним. Класифікація видів виробничого освітлення наведена на рис. 6.1.

При дослідженні освітленості робочих місць використовується такі світлотехнічні визначення:

– робоча поверхня – поверхня, на якій проводиться робота та нормується або вимірюється освітленість;

– умовна робоча поверхня – умовно прийнята горизонтальна поверхня, розташована на висоті 0,8 м від рівня підлоги;

– об’єкт розрізнення – предмет або його частина, які необхідно розрізняти в процесі роботи;

– розмір об’єкта розрізнення – найменший розмір, який має чітко розрізняти око під час виконання конкретної роботи (наприклад, товщина ліній шрифту під час читання тексту, товщина ліній креслення під час його виконання, дефекти які необхідно розпізнавати в процесі роботи тощо);

– характерний переріз приміщення – поперечний розріз, площина якого перпендикулярна до площини світлових прорізів або до поздовжньої осі приміщення;

– світловий клімат – сукупність умов природного освітлення в тій чи іншій місцевості за період понад 10 років.

Через постійну зміну зовнішнього світла природна освітленість на робочих місцях характеризується коефіцієнтом природної освітленості.

Коефіцієнт природної освітленості (КПО) – процентне відношення природної освітленості у будь-якій товщі всередині приміщення Е_в до одночасно виміряної на тому ж рівні освітленості зовнішньої горизонтальної площини рівномірно розсіяним (дифузійним) світлом усього небосхилу Е_з, тобто:

 

КПО = е = Е_в·100/Е_з, % (6.8)

 

Нормоване значення КПО (е_н) визначається за формулою:

 

е_н= е_н^ІІІ · m · С, (6.9)

 

де е_н^ІІІ – значення КПО для так званого ІІІ поясу світлового клімату; m – коефіцієнт світлового клімату; С - коефіцієнт сонячності клімату.

 

Рис. 6.1. Класифікація видів виробничого освітлення

 

Більшість території України (в тому числі Миколаївська область) належить до ІV поясу світлового клімату, для якого коефіцієнт світлового клімату m становить 0,9.

Коефіцієнт сонячності клімату С залежить від поясу світлового клімату, типу світлових отворів (в зовнішніх стінах будівель, в прямокутних та трапецевидних ліхтарях тощо) та орієнтації світлових отворів за сторонами світу.

Для Миколаївської області, що розташована в ІV поясі світлового клімату південніше 50⁰ північної широти, при розміщенні світлових отворів в зовнішніх стінах будівель відповідно до СНиП - ІІ - 4 - 79 (чинний на сьогодні в Україні) коефіцієнт сонячності клімату С має значення:

– при орієнтації отворів в зовнішніх стінах будівель, що зорієнтовані за сторонами світу (азимут, град):

136... 225 0,7

226... 315 0,75

46... 135 0,75

316... 45 0,95

У виробничих та громадських будівлях іноді не вдається забезпечити достатнє за нормами природне освітлення. В такому випадку може бути використане суміщене освітлення. Відповідно до СНиП - ІІ - 4 - 79 застосування суміщеного освітлення не допускається в жилих кімнатах та кухнях жилих будівель, приміщеннях для дітей, навчальних та навчально-виробничих приміщеннях, школах та інших навчальних закладах.

Норми природного та суміщеного освітлення для деяких зорових робіт наведені в табл. 6.1.

Таблиця 6.1. Норми природного та суміщеного освітлення

Виробничих приміщень

Характеристика зорових робіт	Наймен- ший розмір об’єкта розпізна- вання, мм	Розряд зорової роботи	Природне освітлення	Суміщене освітлення
КПО (ен^ІІІ), %
При верх- ньому чи комбінова- ному освітленні	При боковому освітленні	При верх- ньому чи комбінова- ному освітленні	При боковому освітленні
Найвищої точності	Менше 0,15	І		3,5
Дуже високої точності	0,15...0,3	ІІ		2,5	4,2	1,5
Високої точності	0,3...0,5	ІІІ				1,2
Середньої точності	0,5...1	ІV		1,5	2,4	0,9
Малої точності	1...5	V		1,0	1,8	0,6
Груба	більше 5	VІ		0,5	1,2	0,3
Робота з самосвітними матеріалами	більше 0,5	VІІ			1,8	0,6
Загальне спостереження за ходом иробничого процесу: -постійне спостере-ження; -періодичне при постійному перебуванні людей в приміщенні; -періодичне при періодичному перебуванні людей в приміщенні	_	VІІІ	0,7   0,5	0,3   0,2   0,1	0,7   0,5   0,3	0,2   0,2   0,1

 

В табл. 6.2 наведені нормовані значення КПО (е_н) для деяких приміщень.

 

Таблиця 6.2. Нормовані значення КПО для деяких приміщень

 

№ п/п	Приміщення	Площа (Г – горизонтальна) нормування КПО Висота площини над підлогою, м	Коефіцієнт природньої освітленості ен, %
при верхньому та комбінованому освітлені	при бічному освітлені
1.	Конструкторські та креслярські бюро	Г – 0,8	4,5	1,8
2.	Читальні зали	Г – 0,8	2,7	0,9
3.	Аудиторії, навчальні кабінети, лабораторії	Г – 0,8 на робочих столах і партах	3,6	1,4
4.	Майстерні оброблення металів та деревини	Г – 0,8	3,6	1,4
5.	Цехи та приміщення виробництва харчових продуктів	Г – 0,8	2,7	0,9

 

Нормування штучного освітлення здійснюється залежно від характеристики зорової роботи, тобто найменшого лінійного розміру об’єкта розпізнавання, контрасту між об’єктом розпізнавання і фоном, типу системи освітлення і джерел світла..

 

Вимірювання освітленості

 

Для вимірювання освітленості використовуються переносні фотоелектричні люксметри Ю116, Ю117. Принцип їх дії заснований на явищі фотоелектричного ефекту. Прилади відрізняються діапазоном вимірювання освітленості: Ю116 – 5...100000лк; Ю117 – 0,1...100000 лк.

Під час даної практичної роботи використовується люксметр Ю116.

Люксметр Ю116 складається з вимірника та селенового фотоелемента з насадками.

Вимірник має дві шкали: 0...100 і 0...30. На кожній з них точками відмічено початок переважного діапазону вимірювань: на шкалі 0...100 точка міститься над позначкою 17, на шкалі 0...30 – над позначкою 5. Прилад оснащений кнопками для перемикання шкал та табличкою із схемою, яка зв’язує застосування насадок з діапазонами вимірювань (згідно з табл. 6.3).

Селеновий фотоелемент міститься в пластмасовому корпусі і має світлочутливу поверхню 30 см². Для зменшення косинусової похибки використовується напівсферична насадка К разом з однією із трьох інших насадок (світлофільтрів) М, Р або Т.

Таблиця 6.3