Приборы для измерения параметров атмосферы производственных помещений

Рабочая атмосфера (окружающая среда) производственных помеще­ний характеризуется тремя основными параметрами: влажностью, запы­ленностью и температурой.

Влажность. Различают относительную и абсолютную влажность. Относительная влажность — это отношение массы влаги, содержащейся в веществе, к массе влажного вещества. Абсолютная влажность — это отношение массы влаги, содержащейся в веществе, к массе абсолютно сухого вещества. Измеряют влажность психрометрическими и сорбционными методами с помощью соответствующих приборов.

Психрометрический метод измерения влажно­сти основан на сравнении температур воздуха и тела, с поверхности которого испаряется вода. На этом методе основан и принцип действия психрометра, представляющего собой устройство из двух одинаковых термометров, резервуар одного из которых обернут влажной батистовой повязкой, смачиваемой дистиллированной водой. Показания температу­ры "сухого" и "влажного" термометра различны. Чем суше окружающий воздух, тем интенсивнее происходит испарение воды и больше разница показаний термометров. На их показания существенно влияют также скорость обтекания влажного воздуха и атмосферное давление. Относительную влажность воздуха определяют по формуле

где E_t°_B и E_t°_c — максимальные упругости паров воздуха соответствен­но при температурах "влажного" t_в и "сухого" t_cтермометров; Н- ат­мосферное давление; А - психрометрическая постоянная, учитывающая скорость движения влажного воздуха (например, при скорости 0,5 — 1 м/с влажного воздуха А — 49,47). Величины E_t°_B, E_t°_c и H выражают в миллибарах (1 мбар = 10² Па), а значения их определяют по специаль­ным таблицам.

Сорбционный метод измерения влажности осно­ван на способности гигроскопических тел изменять свои свойства в зави­симости от количества поглощенной влаги и положен в основу действия гигрометров, которые бывают волосяными и пленочными.

Гигрометры: а - волосяной, б - пле­ночный; 1 - груз, 2 -волос, 3 - стрелка, 4 - неравномерная шкала, 5 - пленочная мембрана

В волосяном гигрометре (рис. а) датчиком влажности служит один человеческий волос, их пучок или волосяная гитара. Рассмотрим принцип действия простейшего гигрометра с одним волосом 2, который постоянно натянут грузом 1. В зависимости от степени влажности длина волоса увеличивается или уменьшается. Это изменение передается стрелке 3, которая, перемещаясь по неравномерной шкале 4, указывает влажность.

В пленочном гигрометре (рис. б) роль датчика выполняет мембра­на из пленки 5, которая так же, как волос, реагирует на изменение влаж­ности воздуха, уменьшая или увеличивая длину своего прогиба.

Гигрограф является специальным прибором, служащим для непре­рывной регистрации влажности на специальной бумажной диаграмме.

Кроме того, контролировать и регулировать влажность можно автомати­ческими устройствами с использованием в их схемах магнитоэлектри­ческих логометров.

Запыленность. Анализатор запыленности АЗ-5 (рис. ниже) предназначен для определения запыленности воздуха, технологических газов, эффек­тивности работы газовых фильтров и концентрации аэрозолей и состоит из оптического датчика и электрического блока. Принцип действия его основан на рассеивании света измеряемыми аэрозольными частицами. Между размерами частиц и интенсивностью рассеянного света существует количественная зависимость. Анализатор запыленности предназначен для измерения концентрации частиц пыли от 1 до 300 000 в 1 л воздуха с фиксированием их размеров от 0,4 до 1 мкм через 0,1 мкм. Прибор имеет каналы дозированного измерения концентрации от 1 до 250 ча­стиц пыли в 1 л воздуха за 50 с и непрерывного измерения концентрации от 250 до 300 000 частиц пыли в 1 л.

Анализатор запыленности:

1, 5 - диафрагма, 2, 4, 6 - объективы, 3 - сопло, 7 - источник света, 8, 10 - призмы, 9 - трубка вывода аэрозоля, 11 - модуля­тор светового потока

Анализируемый воздух засасывается через сопло 3 в измерительную камеру датчика с постоянным расходом и выходит через трубку 9. Перпендикулярно измерительной плоскости проходит сфокусированный пучок света, создаваемый источником 7 при прохождении через объек­тивы 4, 6 и диафрагму 5. Часть этого пучка света, отразившись от частиц пыли в потоке воздуха под прямым углом, направлена к фотоэлектри­ческому усилителю (ФЭУ) через объектив 2 и диафрагму 1. Призмы 8 и 10 имодулятор светового потока 11 образуют устройство, служащее для контроля и калибровки размеров частиц пыли.

При попадании частиц пыли в измерительную камеру образуется рассеянный пучок света, вызывающий появление на выходе ФЭУ элек­трического сигнала, длительность которого равна времени пролета через камеру частицы пыли, а амплитуда характеризуется ее размером. Количество частиц пыли отсчитывается электромеханическим счетчиком или определяется по отклонению стрелки показывающего прибора. Если в воздухе, просасываемом через измерительную камеру, пыли нет, элек­трический сигнал ФЭУ отсутствует, а счетчик (или прибор) показывает нуль.

Температура. Для измерения температуры воздуха обычно использу­ют жидкостные стеклянные термометры, принцип действия которых основан на тепловом расширении термометрической жидкости, заклю­ченной в стеклянную трубку. В зависимости от области применения тер­мометра в качестве термометрической жидкости используют ртуть, толуол, этиловый спирт, керосин. Ртуть используют в термометрах для измерения температуры от — -35 до 750 °С, этиловый спирт — от -80 до 70 °С, а керосин от -60 до 300 °С.

Наибольшее распространение получили ртутные термометры, так как ртуть не смачивает стекло и при нормальном атмосферном давлении остается жидкой в широком интервале температур. Недостатками ртути являются токсичность ее паров и сравнительно малый коэффициент температурного расширения (КТР ртути равен 18 • 10^-4 К^-1, а этилового спирта - 1,05 • 10^-3 К^-1).

При измерении температуры пользуются двумя шкалами: Цельсия и Кельвина. В СИ единицей температуры является кельвин. По шкале Кельвина температура абсолютного нуля соответствует -273,16 °С. Между температурами по шкалам Кельвина (Т К) и Цельсия (t °C) су­ществует следующая зависимость: Т К = t °С + 273,16 °С.

Кроме рассмотренных жидкостных стеклянных термометров рас­ширения применяют и другие, например дилатометрические и биметал­лические, действие которых основано на свойстве твердого тела изме­нять свои линейные размеры при изменении температуры. Эти термомет­ры очень редко используют для измерения температуры. Обычно они служат чувствительными элементами в системах автоматического регу­лирования температуры. Биметаллические термометры применяют также в качестве термодатчиков в термографах — приборах, предназначенных для непрерывной автоматической регистрации температуры воздуха в производственных помещениях.

Для контроля параметров микроклимата создан автоматический прибор ЭОЛ-2, предназначенный для постоянной регистрации температу­ры (от 10 до 35 °С), влажности (диапазон измерения точки росы от -10 до +35 °С) и запыленности (диапазон размеров аэрозолей от 0,5 до 10 мкм) в рабочих помещениях и объемах технологического обору­дования. Прибор имеет по три канала подключения при измерении тем­пературы и влажности и шесть каналов подключения при контроле запыленности. Информация, поступающая от всех датчиков, обрабатывается и представляется на экране дисплея в виде комментариев и значений параметров микроклимата, а при отклонениях от заданных норм отража­ется на пульте управления.