Приборы и методы измерения атмосферного давления
ЛЕКЦИЯ № 3.
ВОЗДУХ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ
Метеорологические факторы рабочей зоны
Нормальное самочувствие человека на предприятии и в быту в первую очередь зависит от метеорологических условий (микроклимата). Микроклиматом называют совокупность физических факторов производственной среды (температуры, влажности и скорости движения воздуха, атмосферного давления и интенсивность теплового излучения), которые комплексно влияют на тепловое состояние организма.
Атмосферный воздух является смесью 78% азота, 21% кислорода, около 1% аргона, углекислого и других газов в незначительной концентрации, а также воды во всех фазовых состояниях. Снижение содержания кислорода до 13% затрудняет дыхание, может привести к потере сознания и смерти, высокое содержание кислорода может вызвать вредные окислительные реакции в организме.
Человек постоянно находится в процессе теплового взаимодействия с окружающей средой. В организме постоянно вырабатывается тепло, а его излишки выделяются в окружающий воздух. В состоянии покоя человек за сутки теряет около 7 120 кДж, при совершении легкой работы – 10 470 кДж, при осуществлении работы средней тяжести – 16 760 кДж, при выполнении тяжелых физических работ потери энергии составляют 25 140 – 33 520 кДж. Выделение теплоты происходит в основном через кожу (до 85%) путем конвекции, а также в результате испарения пота с поверхности кожи.
|
|
|
За счет терморегуляции температура тела остается постоянной – 36,65°С, что является важнейшим показателем нормального самочувствия. Изменение температуры окружающего воздуха приводит к изменениям в характере теплообмена. При температуре окружающего воздуха 15 – 25°С организм человека вырабатывает постоянное количество теплоты (зона покоя). При повышении температуры воздуха до 28°С осложняется нормальная умственная деятельность, ослабляется внимание и сопротивление организма различным вредным воздействиям, работоспособность падает на треть. При температуре выше 33°С выделение тепла из организма происходит только за счет испарения пота (I фаза перегрева). Потери могут составлять до 10 литров за рабочую смену. Вместе с потом из организма выводятся витамины, что нарушает витаминный обмен.
Обезвоживание приводит к резкому уменьшению объема плазмы крови, которая теряет вдвое больше воды, чем другие ткани и становится более вязкой. Дополнительно с водой уходят из крови хлориды поваренной соли до 20 – 50 г за смену, плазма крови теряет способность удерживать воду. Возмещают потерю хлоридов в организме за счет приема подсоленной воды из расчета 0,5 – 1,0 г/л. При неблагоприятных условиях теплообмена, когда отдается меньше тепла, чем вырабатывается в процессе труда, у человека может наступить II фаза перегрева организма – тепловой удар.
|
|
|
При снижении температуры окружающего воздуха кровеносные сосуды кожи сужаются, приток крови к поверхности тела замедляется, снижается отдача тепла. Сильное охлаждение приводит к обморожению кожи. Снижение температуры тела до 35°С вызывает болезненные ощущения, при снижении ее ниже 34°С наступает потеря сознания и смерть.
Санитарными нормами и правилами (СН) установлены оптимальные микроклиматические условия производственной среды: 19 – 21°С для кабинетов компьютерной техники; 17 – 20°С для учебных классов, кабинетов, аудиторий и спортивного зала; 16 – 18°С для учебных мастерских, вестибюля, гардероба и библиотеки. Относительная влажность воздуха принята за норму 40 – 60%, в теплое время до 75%, в классах компьютерной техники 55 – 62%. Скорость движения воздуха должна находиться в пределах 0,1 – 0,5 м/с, а в теплое время года 0,5 – 1,5 м/с и 0,1 – 0,2 м/с для помещений с вычислительной техникой.
Жизнедеятельность человека может проходить в широком диапазоне давлений 73,4 – 126,7 кПа (550 – 950 мм. рт. ст.), однако наиболее комфортное самочувствие имеет место при нормальных условиях (101,3 кПа, 760 мм. рт. ст.). Изменение давления в несколько сотен Па от нормальной величины вызывает болезненные ощущения. Также для здоровья человека опасна быстрая смена давления.
|
|
|
Приборы и методы измерения температуры
Температура – физическая величина, количественно характеризующая степень нагретости тела. Существует довольно много температурных шкал, однако наиболее распространенными являются шкалы Цельсия и Кельвина.
Абсолютная термодинамическая шкала Кельвина Т, К – шкала, в которой за начало отсчета (0 К) принята температура абсолютного нуля – минимально возможная во Вселенной температура, при которой должно прекратиться тепловое движение атомов и молекул. Кельвин является единицей измерения температуры в системе СИ.
Термодинамическая шкала Цельсия t, ºС – шкала, в которой за начало отсчета (0ºС) принята температура плавления льда при нормальном давлении, а при 100ºС – температура кипения воды при нормальном давлении.
Связь между данными шкалами определяется
T = t + 273,15. (3.1)
Для измерения температуры окружающего воздуха применяется шкала Цельсия.
Термометр – прибор, предназначенный для измерения температуры. Существуют следующие конструктивные разновидности термометров:
|
|
|
- жидкостно-стеклянные – используют изменение объема жидкости при изменении ее температуры;
- механические – используют различное тепловое расширение двух разнородных твердых тел;
- барометрические – используют изменение объема газов при изменении их температуры;
- термометры сопротивления – принцип действия основан на зависимости электрического сопротивления проводников и полупроводников от температуры;
- термоэлектрические – термо-ЭДС в замкнутой цепи из двух разнородных металлов зависит от разности температур спаев;
- пирометры – приборы бесконтактного измерения температуры через определение параметров излучения.
Из всех типов термометров для измерения температуры воздуха используются жидкостно-стеклянные. Их принцип действия основан на тепловом расширении жидкости в стеклянном баллоне.
V = V0·(1 + βT), (3.2)
где V0 – объем жидкости при температуре 0°С; β – объемный коэффициент расширения, 1/°С; Т – температура тела, °С.
Термометр данного типа состоит из стеклянного баллона, внутри которого находится шкала и капиллярная трубка, частично заполненная рабочим веществом. Конструктивно термометры делятся на палочные (рис. 3.1, а) и со вложенной шкалой (рис. 3.1, б)
Рисунок 3.1 – Жидкостно-стеклянные термометры
В качестве рабочего вещества используют этиловый спирт и ртуть. Термометры данного типа измеряют температуру в пределах от -100 до 400ºС, так как спирт замерзает при температуре -110ºС, а кипение ртути начинается при 350ºС.
Преимуществами жидкостно-стеклянных термометров являются достаточно высокая точность, простота, дешевизна. К недостаткам можно отнести невозможность записи результатов дистанционных измерений, тепловую инерцию и низкую прочность.
Температуру воздуха чаще всего измеряют спиртовыми термометрами, однако в помещениях с высоким уровнем теплового излучения ее следует определять с помощью парного термометра, состоящего из двух ртутных термометров, резервуар одного из которых – зачерненный, а другой – посеребренный.
Действительную температуру воздуха в рабочей зоне (без учета влияния излучения) рассчитывают по формуле
t = tз – k·(tз – tп), (3.3)
где tз – показания зачерненного термометра; k –константа прибора, указанная в его паспорте и tп –показання посеребренного термометра.
Приборы и методы измерения атмосферного давления
Сила веса воздушного столба высотой 10 км, действующая на единицу земной поверхности, называется атмосферным давлением. В системе СИ за единицу давления принят Паскаль (Па)
, (3.4)
Однако, 1 Па – очень малая величина давления, поэтому при измерении атмосферного давления пользуются кратными единицами: кПа = 1000 Па и МПа = 106 Па = 1000 кПа. Кроме Паскаля для измерения атмосферного давления также используются внесистемные единицы – миллиметры ртутного (водяного) столба и бары, причем
1 бар = 101,3 кПа = 760 мм. рт. ст.,
именно такое значение имеет атмосферное давление на уровне моря.
Прибор для измерения атмосферного давления называется барометром. Наиболее распространенным типом является металлический барометр-анероид, конструкция которого показана на рис. 3.2. Основу анероида составляет цилиндрическая камера К, из которой откачан воздух. Камера герметично закрыта тонкой гофрированной (волнистой) мембраной М. Чтобы атмосферное давление не сплющило мембрану, она с помощью тяги Т соединена с пружиной П, закрепленной на корпусе прибора. К пружине шарнирно прикреплен нижний конец стрелки С, которая может вращаться вокруг оси О. Для измерения показаний прибора служит шкала Ш. При изменении атмосферного давления мембрана прогибается внутрь или наружу и перемещает стрелку по шкале, показывая значение давления (шкалу барометра-анероида градуируют и поверяют по показаниям ртутного барометра).
Рисунок 3.2 – Принципиальная схема барометра-анероида
Анероиды очень удобны в работе, прочны, малогабаритны, но менее точные, чем ртутные барометры. Внешний вид барометра-анероида показан на рис. 3.3.
Рисунок 3.3 – Барометр-анероид
Согласно барометрической формуле
(3.5)
то есть значение атмосферного давления зависит от высоты над поверхностью Земли, потому шкалу барометра-анероида можно проградуировать в метрах согласно распределения давления по высоте. Анероид, имеющий шкалу, по которой можно определить высоту подъёма над Землей, называют альтиметром (высотомером). Их широко используют в авиации, парашютном спорте, альпинизме.
Дата добавления: 2021-04-05; просмотров: 78; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!