Метрологічне забезпечення для проведення санітарно-гігієнічних досліджень мікроклімату виробничих приміщень

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

Метрологічного забезпечення для проведення санітарно-гігієнічних досліджень мікроклімату виробничих приміщень (атмосферний тиск).

Під мікрокліматом розуміють, передусім, клімат приміщень для людей, який визначають як сукупність фізичного стану середовища, його газового, мікробного і пилового забруднення з урахуванням стану приміщення, технологічного обладнання й ступеня заселеності приміщення людьми. До фізичних властивостей повітряного середовища відносяться: температура повітря, барометричний тиск, вологість (абсолютна та відносна), рух повітря. Під хімічними властивостями повітря розуміють: газовий склад його (аміак, вуглекислий газ, сірководень). Також: до мікроклімату відносяться механічна (пилова) та бактеріальна (мікробна) забрудненість повітря.



1. Характеристика та нормування параметрів мікроклімату повітряного середовища

Під мікрокліматом розуміють, передусім, клімат приміщень для людей, який визначають як сукупність фізичного стану середовища, його газового, мікробного і пилового забруднення з урахуванням стану приміщення, технологічного обладнання й ступеня заселеності приміщення людьми. До фізичних властивостей повітряного середовища відносяться: температура повітря, барометричний тиск, вологість (абсолютна та відносна), рух повітря. Під хімічними властивостями повітря розуміють: газовий склад його (аміак, вуглекислий газ, сірководень). Також: до мікроклімату відносяться механічна (пилова) та бактеріальна (мікробна) забрудненість повітря.

Температура.

Температура повітря -- параметр, який відображає теплове становище повітря середовища. Характеризується кінетичною енергією руху молекул газів повітря. Температура повітря вимірюється в °С. Надмірна теплота негативно впливає на сердечно-судинна систему, подих, водний і сольовий баланс, і тому організм людини регулює тепловий баланс в залежності від стану навколишнього середовища та зберігає температуру тіла на постійному рівні (36,б°С), тим самим виявляється природна його здібність -- терморегуляція. При температурах середовища вище 33…35°С віддача теплоти здійснюється в основному шляхом випарювання поту з поверхні шкіри. В цьому випадку організмом втрачаються волога і солі, які грають важливу роль в його життєдіяльності. В гарячих цехах (котельня та інші) у робочих повинна бути підсолена вода, краще газована. При зниженні температури до (-15 °С) організм може швидко переохолодитися.

Атмосферний тиск.

Атмосферний тиск характеризується інтенсивністю сили ваги стовпчику повітря на одиницю поверхні і виміряється у Па, мм. рт. ст.

Дія атмосферного тиску через серцево-судинну та центральну нервову систему впливає на весь організм, яке викликає в ньому відповідні хворобливі реакції. Нормальна життєдіяльність людини може проходить в широких границях тиску.

Небезпечним, навіть для здорової людини, є швидка зміна тиску на кілька міліметрів ртутного стовпчика по відношенню до нормальної величини (Рнорм.=760 мм. рт. ст., 101,3 кПа). В цьому випадку виникає розлад життєдіяльності окремих внутрішніх органів і загальний хворобливий стан.

Вологість.

Вологість повітря -- параметр, який відображає склад у повітрі водяної пари. Розрізняють абсолютну, максимальну та відносну вологість повітря.

Абсолютна вологість (А) -- кількість грамів водяної пари в 1 куб. м повітря (або пружність водяної пари в міліметрах ртутного стовпчика) при певній температурі і атмосферного тиску.

Максимальна вологість (Е) -- найбільша кількість водяної пари у грамах (або пружність водяної пари в міліметрах ртутного стовпчика або в гектопаскалях), що може вміститися в 1 куб. м повітря при певній температурі і атмосферного тиску.

Відносна вологість (К) -- процентне відношення абсолютної вологості до максимальної (К=А/Е 100%).

Дефіцит насичення (Дф) -- різниця між максимальною і абсолютною вологістю при певній температурі і атмосферного тиску.

Точка роси (Т) -- температура, при якій водяній пари, що знаходяться в повітрі, досягають насичення і переходять у рідкий стан (конденсація) при її зниженні.

Швидкість руху повітря.

Швидкість повітря в приміщення також: по-різному впливає на самопочуття людини. В жаркому приміщенні повітря, яке переміщується, сприяє збільшенню віддачі теплоти організмом і поліпшує його стан, але при низькій температурі переміщення повітря несприятливо впливає. Мінімальна швидкість повітря, яку відчуває людина, складає 0,2 м/с. В холодний час року швидкість повітря не повинна бути вище 0,05…0,1 м/с, влітку -- більш 0,3 м/с. В гарячих цехах при здушуванні повітрям допускається його швидкість до 2…З м/с. Швидкість повітря впливає на перерозподіл в приміщенні пилу та інших шкідливих речовин.

2. Санітарно-гігієнічні норми параметрів мікроклімату

Санітарно-гігієнічні норми температури, відносної вологи та швидкості руху повітря в робочій зоні виробничих приміщень в холодний і теплий періоди року відображені в таблиці 1.

Таблиця 1 - Оптимальні норми параметрів мікроклімату в повітрі робочої зони. (витяг із ГОСТ 12.1.005 - 76)

Період року	Категорія робіт	Температура повітря, єС	Відносна вологість повітря, %, але не більше	Швидкість руху повітря, м/с, Але не більше
Холодний і перехідний період	Легка І Середньої ІІа Тяжкості ІІб Тяжка ІІІ	20-23 18-20 17-19 16-18	60-40 60-40 60-40 60-40	0,2 0,2 0,3 0,3
Теплий період	Легка І Середньої ІІа Тяжкості ІІб Тяжка ІІІ	22-25 21-23 20-22 18-21	60-40 60-40 60-40 60-40	0,2 0,3 0,4 0,5

Теоретичні відомості.Класифікація приладів

Прилади для вимірювання тиску дуже різноманітні. Вони класифікуються по різних ознаках.

По характеру вимірюваної величини прилади поділяють на такі групи:

1) прилади для вимірювання атмосферного тиску - барометри;

2) прилади для вимірювання різниці абсолютного і атмосферного тисків, тобто надлишкового тиску і вакууму (прилади, що вимірюють надлишковий тиск, називають манометрами, прилади, які вимірюють вакуум, - вакуумметрами. Прилади, якими можна вимірювати надлишковий тиск і вакуум, називають мановакуумметрами);

3) прилади для вимірювання абсолютного тиску - манометри абсолютного тиску. Абсолютний тиск можна вимірювати також за допомогою барометра і манометра, якщо тиск, що вимірюється, більше атмосферного , а також барометра і вакуумметра, якщо тиск, що вимірюється, менше атмосферного .

Манометри абсолютного тиску використовують для вимірювання малих абсолютних тисків;

4) прилади для вимірювання різниці тисків - диференційні манометри;

5) прилади для вимірювання малого надлишкового тиску і вакууму - мікроманометри.

За принципом дії розрізняють рідинні, пружинні, поршневі, електричні і комбіновані прилади.

До рідинних відносяться прилади, основані на гідростатичному принципі дії, який полягає в тому, що тиск, який вимірюється, врівноважується тиском, що створюється вагою стовпа рідини, висота як огослужить мірою тиску.

Дія пружинних манометрів основана на застосуванні закону Гука. Сила тиску деформує пружний елемент приладу - пружину, що може являти собою порожню трубку, мембрану, сильфон і т.п. Деформація пружного елемента, викликана тиском, за законом Гука пропорційна тиску і служить його мірою.

Дія електричних приладів основана на використанні пропорційності між зміною деяких електричних властивостей матеріалів і зміною тиску. Наприклад, омний опір деяких сплавів пропорційний тиску навколишнього середовища (ця властивість використовується при вимірюванні високих тисків). Величина електричних зарядів, що з'являються на поверхні кристалічного діелектрика при стиску і розтяганнікристала, пропорційна діючому тиску (ця властивість використовується при вимірюванні швидкозмінних тисків).

Рідинні прилади

Ртутний барометр (рис. 1) складається з відкритої в атмосферу чашки 1, яка заповнена ртуттю, і скляної трубки 2, верхній кінець якої запаяний, а нижній - опущений під рівень ртуті. Повітря з трубки попередньо вилучено, в силу цього трубка заповнюється насиченою парою ртуті, тиск якої надзвичайно малий мм рт. ст. при . Атмосферний тиск , діючи на поверхню ртуті в чашці, піднімає ртуть у трубці на висоту , при якій сума тисків стовпа ртуті і парів ртуті врівноважується атмосферним тиском. Для відліку цієї висоти (показів приладу) служить лінійна шкала. При вертикальному розташуванні шкали барометра розрахункове співвідношення для визначення атмосферного тиску по показах приладу має вигляд

(1)

де - поправка на капілярність, приблизно рівна мм;

- поправка на опускання ртуті у чашці;

- висота підйому ртуті в трубці;

- діаметр чашки;

- діаметр трубки.

До систематичних похибок приладу відносяться:

1) основна похибка - через неточність градуювання шкали; поправка на цю похибку визначається по таблиці перевірочного посвідчення приладу;

2) додаткова похибка - через розбіжність температури при вимірюванні з температурою, при якій градуювалась шкала; поправка на температуру враховує зміну щільності ртуті і довжини шкали приладу і дорівнює

де - покази приладу;

- лінійний коефіцієнт розширення шкали;

- різниця температур при відліку показів приладу і при градуюванні шкали;

- коефіцієнт теплового розширення ртуті.

Для вимірювання температури барометри обладнуються термометрами;

3) додаткова похибка через розходження в географічному положенні місця вимірювання і місця градуювання шкали.

Додаткова похибка компенсується поправкою, що враховує зміну висоти стовпчика ртуті в результаті зміни прискорення вільного падіння при зміні географічної широти, яка дорівнює

де - прискорення вільного падіння в місці градуювання шкали і в місці вимірювання.

П'єзометр застосовується для вимірювання позитивних і негативних надлишків тиску над атмосферним і являє собою скляну трубку з відкритим в атмосферу верхнім кінцем. Нижній кінець п'єзометра з'єднується з місцем вимірювання тиску.

На рис. 2 наведений п'єзометр для вимірювання позитивного надлишкового тиску. Під дією тиску рідина в п'єзометрі піднімається до висоти , яка вимірюється по лінійній шкалі, що встановлена чітко вертикально.

Надлишковий тиск в довільно обраній точці рідини визначається за формулою

де - покази п'єзометра;

- глибина точки А під рівнем нульової поділки шкали приладу.

Тиск, який виражений через висоту стовпа рідини, - це п'єзометрична висота в точці

Величину називають поправкою на положення приладу. Знак поправки залежить від взаємного розташування або точки нуля приладу. Якщо точка нижче нуля, то поправка позитивна.

U-подібний манометр (рис. 3) являє собою U-подібну скляну трубку 1, що заповнена до деякого рівня робочою рідиною, яка повинна бути малов'язкою і мати малий коефіцієнт теплового розширення.

В якості робочої рідини використовують воду (=0,999 г/см3), спирт (=0,789 г/см3), ртуть (=13,6 г/см3), тетраброметан (=3,43 г/см3), бромистий етилен (=2,18 г/см3), бромистий етил (=1,43 г/см3) (приведені значення щільності відповідають температурі ).



Рис. 1 Ртутний барометр Рис. 2. П'єзометр і триходовий кран

Кінець однієї частини манометра з'єднується з місцем вимірювання, а іншої - відкритий в атмосферу. Для видалення з приладу повітря на з'єднувальній трубці встановлено триходовий кран 2 (див.п'єзометр).

Якщо тиск в лівій частині манометра на рівні робочої рідини більше атмосферного, то рідина в правій частині піднімається. Різниця висот рівнів рідини є показами приладу. Для відліку показів прилад обладнаний шкалою. Надлишковий тиск на рівні робочої рідини в лівій частині

де - щільність робочої рідини.

Надлишковий тиск в довільній точці рідини

де - щільність рідини, що заповнює праву і ліву частина приладу;

- різниця рівнів точки і робочої рідини в лівій частині. Знак при залежить від взаємного розташування точки і рівня робочої рідини в лівій частині манометра.

Рис. 3 U-подібний манометр

П'єзометрична висота в точці

При вимірюванні тиску води ртутним манометром можна з достатньою точністю користуватися виразом

При розбіжності температури досліду і температури градуювання шкали в покази приладу вносять температурну поправку. Поправка на капілярність для U-подібного манометра незначна, тому що сили поверхневого натягу протидіють одна одній, тому нею можна знехтувати.

Точність вимірювання залежить від точності визначення щільності, точності встановлення приладу, точності градуювання шкали і точності відліку показів.

Недоліком приладу є необхідність спостереження одночасно за двома рівнями рідини й обчислення в кожному досліді поправки .

Діапазон тисків, що вимірюються, залежить від типу робочої рідини і допустимої висоти. Звичайно максимальний тиск, що вимірюється, не перевищує 0,4 МПа (4 атм). Чутливість приладу залежить від щільності робочої рідини. Прилад має інерцію і застосовується для вимірювання постійних в часі тисків.

Чашковий манометр (рис. 4) являє собою модифікацію U-подібного манометра, одна з частин якого замінена чашкою. Прилад до деякого рівня заповнений робочою рідиною. Чашка 1 приладу з'єднаназ місцем вимірювання трубкою 3, яка обладнана триходовим краном 2, для підключення манометра і видалення повітря зі з'єднувальної трубки і приладу. Під дією тиску робоча рідина в скляній трубці 4 приладу піднімається на висоту . Нуль шкали приладу розміщений на рівні меніска робочої рідини в трубці при атмосферному тиску на поверхні робочої рідини в чашці. Такий спосіб встановлення нуля дає можливість відразу врахувати поправку на капілярність. Однак деяка похибка через капілярність може виникнути навіть при такому встановленні шкали внаслідок коливань температури, забруднення трубкичи зміні її діаметра.

Надлишковий тиск на рівні робочої рідини в чашці приладу визначається за формулою

де - покази приладу;

- поправка на положення рівня робочої рідини в чашці при підніманні рідини в трубці на висоту ;

- діаметр трубки приладу;

- діаметр чашки.

Надлишковий тиск в точці рідини для приведеного на рис. 13 випадку можна визначити за формулами

де - щільність рідини в з'єднувальній трубці;

- глибина точки Размещено на http://www.allbest.ru/

під нульовим рівнем рідини в чашці. Знак при залежить від взаємного розташування точки і рівня робочої рідини в чашці.

Рис. 4 Чашковий манометр.

Звичайно діаметр чашки настільки великий в порівнянні з діаметром трубки, що поправкою на положення рівня в чашці можна знехтувати. Іноді цю поправку враховують при градуюванні шкали. В цих випадках розрахункова формула має наступний вигляд

Перевага чашкового манометра перед U-подібним в тому, що перший має постійний нуль і для визначення тиску не вимагає вимірювання декількох висот.

U-подібний вакуумметр конструктивно такий же, як і U-подібний манометр (рис. 5). При вакуумі на поверхні робочої рідини в лівій частині поверхня в правій опускається так, що стовпчик робочої рідини між рівнями в частинах врівноважує різницю тиску на цих рівнях, тобто вакуум

Місце вимірювання з'єднується з вакуумметром горизонтальною трубкою 1 з повітряним баком 2 на кінці.

Рис. 5 U-подібний вакуумметр

При такій схемі з'єднання тиск, що вимірюється, передається на робочу рідину приладу. Наявність пухирців повітря в горизонтальній трубці не спотворює тиск, який передається по трубці

чи

Для заповнення баку повітрям і звільнення його від рідини служать патрубки 3 і 4 із кранами. Спостереження за рівнем рідини в баці здійснюється за допомогою рівномірного скла 5.

Аналогічно сконструйована з'єднувальна лінія чашкового вакуумметра, що має таку ж конструкцію, як і чашковий манометр. Ускладнення схеми під'єднання вакуумметрів в порівнянні зі схемами під'єднання манометрів обумовлено труднощами, що виникають при заповненні з'єднувальних трубок вакуумметрів рідиною без повітряних включень.

Диференційний манометр застосовується для вимірювання різниці тисків. Різницю тисків можна визначити вимірюванням кожного з тисків окремо. Однак таким способом не можна користуватись, якщо різниця тисків мала, а кожен з тисків великий, оскільки для одержання досить високої точність вимірювання малої різниці кожен з великих тисків повинен бути виміряний з практично недосяжною точністю. Тому для вимірювання різниці тисків застосовують спеціальні прилади.

На рис. 6,а наведена схема U-подібного диференційного манометра, що складається з U-подібної скляної трубки, яка приблизно до середини заповнена робочою рідиною. Частини трубки приєднуються з місцем вимірювання тиску. Під дією різниці тисків робоча рідина в частинах переміщається. Покази h манометра пов'язані з різницею тисків на рівнях робочої рідини співвідношенням



де - щільність робочої рідини.

Рис. 6 Диференційні манометри

Щоб визначити різницю тисків, потрібно виразити тиски і через тиски і :

де - щільність рідини, що заповнює з'єднувальні трубки приладу.

З попередніх співвідношень випливає, що

але оскільки

(де - різниця висот розташування точок вимірювання), то



Таким чином, покази приладу визначає різниця гідростатичних напорів в точках вимірювання. При

Різниця тисків у метрах стовпа рідини

Для ртутно-водяного приладу можна приймати, що

Поправки на капілярність для диференційного манометра малі і звичайно не враховується.

Продувка сполучних трубок для манометра, наведеного на рис. 15,б, здійснюється при закритих робочих вентилях 1 і відкритих продувочних вентилях 2.

Проливка сполучних трубок манометра, наведеного на рис. 15,б, здійснюється для кожної частини по черзі. Для продувки лівої частини закривається правий робочий вентиль 1 і відкриваютьсязрівняльний 3 і лівий продувочний 2 вентилі. Рідина по лівій сполучній трубці через лівий продувочний вентиль виходить в атмосферу. Після продувки лівої частини продувається права, для чого закривається лівий робочий вентиль 1 і відкривається правий продувочний вентиль 2.

Диференційний п'єзометр являє собою дві скляні трубки 1 і 2, приєднані нижніми кінцями до місць вимірювання тисків. Верхні кінці трубок закріплені в колодязі 3, що має канал 4, за допомогою якого трубки з'єднуються. Канал 4 через вентиль з'єднується з повітряною лінією, з якої в трубки підводиться повітря під тиском , меншим, ніж тиски і . Для підключення приладу і видалення повітря з рідини в трубках встановлені триходові крани 5 і 6. Під дією різних по величині тисків і рідина в трубках встановлюється на різних висотах і , так, що

,

де - покази приладу (різниця рівнів рідини в п'єзометрах);

- різниця висот рівнів точок вимірювання.

При

При цьому покази приладу не залежить від тиску повітря. Останній підводиться до приладу для того, щоб понизити рівні рідини в трубках до прийнятної висоти.

Переваги і недоліки рідинних приладів

Основними перевагами рідинних приладів є простота конструкції і висока точність вимірювання. Похибки вимірювання в цих приладах можуть викликатися неточностями шкал, помилками в величина щільностей і помилками при відліках висот стовпів рідини. Оскільки помилки шкал і помилки в щільностях звичайно незначні в порівнянні з помилками в відліках висот, то можна прийняти, що точність вимірювання тиску рідинними приладами практично не залежить від точності вимірювання висот.

Рис. 7 Диференційний п'єзометр

Наприклад, при відліку висоти від постійного нуля по міліметровій шкалі неозброєним оком абсолютна максимальна похибка спостерігача не перевищує ±0,5 мм. Якщо для вимірювання висоти необхідно знімати два відліки, то похибка збільшується до ±1 мм. Відносна похибка тим менше, чим більше вимірюваний тиск. Для збільшення точності відліків прилади обладнують спеціальними ноніусами чи оптичними пристосуваннями. Для збільшення точності при вимірюванні малих тисків у газах (до 500 мм вод. ст.) в приладах в якості робочої рідини застосовують легкі рідини (наприклад, спирт). З цією ж метою використовують чашкові мікроманометри з похилою трубкою і похилою шкалою (рис. 8). Показом такого приладу є величина зміщення рідини в трубці. Надлишковий тиск на поверхні рідини в чашці



де - щільність робочої рідини;

- кут нахилу трубки до горизонту.

Точність приладу зростає зі зменшенням кута нахилу трубки, тому що при цьому збільшуються покази приладу, які відповідають даному тиску . Прилади з похилою трубкою застосовують для вимірювання тисків, що рівні 25...150 мм вод. ст.

Рис. 8 Мікроманометр із похилою шкалою

Основним недоліком рідинних приладів є вузькість діапазону вимірюваних тисків, які не перевищують 0,4 МПа (4 атм) для ртутних манометрів. При великих тисках прилади стають занадто громіздкими. До недоліків рідинних приладів відносяться також крихкість скляних трубок і для збільшення діапазону вимірюваних тисків необхідно користуватися ртуттю й іншими рідинами, пари яких отруйні. Щоб запобігти викидання ртуті в атмосферу, ртутні прилади обладнують ртуте захоплювачами.

Завдяки простоті конструкції, стабільності показів і легко досяжної високої точності вимірювання рідинні прилади широко застосовуються в лабораторній практиці, а також в якості зразкових для градуювання шкал і перевірки інших приладів.

Правила користування рідинними приладами

Місце встановлення приладу повинно бути обране так, щоб спостереження за показами не було утруднене.

Прилад повинен бути встановлений вертикально і заповнений робочою рідиною до нуля шкали.

Отвір для приєднання приладу повинен бути малим (0,5...2 мм); вісь його повинна бути нормальна до стінки резервуара; краї отвору повинні бути ретельно оброблені і не повинні мати сколів чи тріщин.

Перед вимірюванням манометри і дифманометри необхідно продути (видалити повітря з рідини, що заповнює прилад і сполучні трубки). Для цього на сполучних трубках приладів передбачені триходові крани чи спеціальні вентилі. При вимірюванні вакууму сполучна лінія вакуумметра попередньо заповнюється повітрям.

В результат вимірювання вносять поправки на систематичні похибки через капілярність, зниження рівня в чашці, температурних змін і змін прискорення вільного падіння в залежності від географічної широти місцевості. мікроклімат п'єзометр прилад манометр

Похибка через капілярність може бути зменшена при використанні трубок великих діаметрів (10...15 мм для води і 6...9 мм - для ртуті). Похибку через опускання рівня в чашці можна зменшити, якщо використовувати чашки великих діаметрів.

Поправка на зміну прискорення вільного падіння при зміні географічної широти місця розташування приладу, а також поправка на зміну довжини шкали і щільності робочої рідини від температури навколишнього середовища вносять лише при значних змінах цих величин. При врахуванні впливу температури необхідно пам'ятати, що градуювання і перевірку приладів роблять при температурі .

Пружинні прилади

Манометр з одновитковою трубчастою пружиною. Основною деталлю приладу (рис. 9) є зігнута по дузі кола трубка, що має в перерізі овальну форму. Велика вісь овалу перпендикулярна площині осі трубки. Один з кінців трубки запаяний. Вимірюваний тиск передається всередину трубки через другий відкритий її кінець.

Рис. 9 Трубчаста пружина манометра Рис. 10. Пружинний манометр

Під дією тиску овальний переріз трубки деформується: велика вісь овалу зменшується, а мала збільшується. При такій деформації кожного перерізу довжина однієї частини волокон матеріалу трубки збільшується, а іншої - зменшується. Завдяки виникаючим напругам (на волокнах - розтягуючих, на волокнах - стискаючих) з'являється момент , що розгинає трубку. При цьому стрілка приладу, зв'язана з вільним кінцем трубки через передавальний механізм, повертається на деякий кут, що пропорційний виміряному тиску.

Конструкція манометра наведена на рис. 10. Відкритий кінець порожньої трубки 1 вставлений у тримач 6, що закріплений на корпусі 3 манометра. Штуцер 7 з різьбою для приєднання приладу до місця вимірювання виконаний як одне ціле з тримачем. Всередині штуцера і тримача є канал, що з'єднується з внутрішньою порожниною трубки 1. У верхній частині тримача 6 розміщені дві пластини, що служать для закріплення на них передавального механізму. Передавальний механізм складається з зубчатого сектора 2, що може повертатися разом зі своєю віссю в отворах пластин, як у підшипниках. З однієї сторони сектор 2 зв'язаний через повідок 5 з вільним кінцем порожньої трубки, а з іншого боку - він знаходиться в зачепленні з трубкою (маленькою шестернею), на осі якої закріплена стрілка 8. Трубка оснащена спіралеподібним волоском, що з'єднує її з будь-якою нерухомою деталлю механізму, найчастіше з тримачем. Силою пружності волоска трубка притиснута до сектора, що усуває вплив проміжків передавального механізму на точність показів приладу. При розгинанні трубки її вільний кінець переміщається, повідок 5 повертає сектор 2, разом з яким повертається трубка зі стрілкою і кінець стрілки при цьому ковзає по шкалі, що нанесена на циферблаті 9. Переміщення вільного кінця трубки в деяких межах зміни тиску пропорційне тиску, що діє на неї, тому шкали приладів рівномірні.

Вакуумметр із трубчастою пружиною конструктивно такий же, як і манометр. При впливі на внутрішню порожнину трубки тиску, який менший від атмосферного, трубка згинається.

Деякі трубчасті прилади вимірюють не тільки надлишковий тиск, але і вакуум. Такі прилади називаються мановакуумметрами.

В залежності від матеріалу, форми і розмірів трубки трубчасті прилади загального технічного призначення мають шкали з граничними значеннями від 0,5 до 10 000 атм (0,05…1000 МПа) і задовольняють вимоги 0,5…6-го класів точності.

Трубчасті пружини манометрів, які призначені для вимірювання тисків до 250 атм, виготовляють з мідних сплавів, а для вимірювання тисків більше 250 атм застосовують сталеві трубчасті пружини.

Широко поширені зразкові (класів точності 0,2; 0,4) пружинні манометри з трубчастою пружиною і секторним передавальним механізмом. Точність зразкових приладів збільшена завдяки високій якості матеріалу трубки (зменшена пружна післядія), ретельній підгонці передавального механізму, застосуванню умовних шкал і стрілок, вказівний кінець яких встановлений на ребро у вигляді леза. Число поділокна умовній шкалі велике (переважно 100) і ціна поділки мала; відлік показів приладу здійснюється з великою точністю, що зменшує похибку спостереження.

Прилади з мембранною пружиною. Пружним елементом мембранного приладу є мембрана 2 (рис. 11), що являє собою гофровану металеву пластинку, яка закріплена між фланцями нижньої і верхньої частин корпуса приладу.

На мембрану через канал штуцера 1 передається тиск, під дією якого мембрана прогинається. Через повідок 3, зубчатий сектор 4 і трибку прогин передається на стрілку приладу, що ковзає по шкалі. Мембранні прилади застосовують для вимірювання вакууму і надлишкового тиску, які не перевищують 2,5 МПа (25 атм).

Рис. 11 Мембранний манометр

Переваги і недоліки пружинних приладів

Портативність, універсальність, простота конструкції і застосування, величезний діапазон вимірюваних тисків є цінними якостями пружинних приладів, що обумовили їх широке застосування. Основним недоліком пружинних приладів є нестабільність їх показів, яка викликана рядом причин: пружною післядією деформуючого елемента, поступовою зміною пружних властивостей цього елемента, можливим виникненням залишкової деформації в ньому, зносом передавального механізму. Зазначені недоліки змушують періодично перевіряти пружинні прилади для того, щоб підтвердити клас точності чи визначити поправки, які компенсують систематичні похибки приладів.

Правила користування пружинними приладами

Місце встановлення приладу повинно бути вільне від вібрацій і струсів, та обране так, щоб доступ до приладу не був утруднений, і добре освітлений.

Місце відбору тиску повинно бути виконано у вигляді малого отвору з віссю, яка нормальна до стінки резервуара; краї отвору повинні бути чисто оброблені.

Під час вимірювання прилади повинні бути встановлені у робоче положення - вертикально і штуцером вниз.

Прилади повинні включатися і відключатися шляхом повільного відкривання і закривання крана чи вентиля, який встановлений на трубці, що з'єднує прилад з місцем вимірювання.

Перед відліком показів рідина в сполучній трубці повинна бути звільнена від повітряних пухирців (при вимірюванні надлишкового тиску) чи заповнена повітрям (при вимірюванні вакууму), для чого на трубках встановлюються триходові крани і повітряні баки.

Перед початком і після закінчення вимірювання повинно перевірятись встановлення стрілки на нуль.

При відліку око повинно встановлюватися в положення, при якому промінь зору спостерігача перпендикулярний до площини циферблата і проходить через кінець вказівної стрілки приладу.

В покази приладу вносять поправку на його положення, якщо сполучна трубка заповнена рідиною.

Електричні прилади

Дія електричних приладів для вимірювання тиску основана на властивості провідників змінювати електричний опір при деформації. Електричний провідниковий датчик тиску являє собою тонкий дріт 1(діаметром 0,026…0,03 мм), який виготовлений зі сплаву з високим електричним опором і вигнутий, як показано на рис. 12. Дріт розміщений між двома шарами ізоляційної плівки 2.



Рис. 12 Датчик тиску і вимірювальний міст

Для вимірювання тиску датчик наклеюють на пружний елемент, який деформується під дією тиску, що вимірюється, і включають в одне з пліч моста Уітстона (опір ). Три інші плеча мосту підбирають так, щоб при розвантаженому датчику міст був збалансований і опір плечей задовольняв умову:

.

Для балансування моста опір одного з плечей роблять регульованим. До вузлів і моста підводять напругу від джерела постійного чи змінного струму.

При збалансованих опорах плечей моста між вузлами і його вимірювальної діагоналі відсутня різниця потенціалів. Вона з'являється при розбалансуванні моста, коли під дією тиску дріт датчика подовжується чи коротшає, і його опір змінюється. Напруга розбалансування пропорційна тиску і фіксується показуючим чи реєструючим приладом. Коефіцієнт пропорційності залежить від властивостей пружного елемента і дроту датчика. Його значення встановлюється таруванням датчика.

Електричні датчики тиску широко використовують при вимірюванні тисків, що змінюються в часі. Добре відпрацьовані електричні схеми дозволяють вимірювати датчиками пульсуючі тиски з похибкою не більш 2%. Похибки обумовлені гістерезисом деформованих елементів, температурними впливами і похибками електричних схем.

Перевагами датчиків є малі розміри і маса, можливість вимірювати малі тиски, мала інерційність, доступність дистанційних вимірів.

Поршневі прилади

Вантажопоршневий манометр (рис. 13) складається з циліндра 3, який заповнений рідиною, і плунжера 2, що пришліфований до циліндра й нижнім кінцем опущений в рідину. Проміжок між циліндром і плунжером не перевищує декількох мікрометрів на сторону. Ущільнення між плунжером і циліндром відсутні. На верхньому кінці плунжера встановлена тарілка 1 для розміщення вантажів (вантажоприймальна тарілка).

Рис. 13 Вантажопоршневий манометр

Порожнина циліндра з'єднується з місцем вимірювання трубкою 4 із триходовим краном 5. При вимірюванні тиску кран 5 відкритий і на плунжер, крім його власної ваги , діє сила тиску рідини, рівна (де - вимірюваний тиск, - площа плунжера).

Вимірювання тиску зводиться до підбора вантажу , при якому вага рухливої частини приладу зрівноважить силу тиску, що вимірюється, і силу тертя між плунжером і рідиною, яка витікає через проміжок. При вимірюванні тиску поршень з вантажами приводиться в обертання (від руки чи за допомогою приводу), завдяки чому забезпечується концентричне розташування поршня всередині циліндра, що виключає контакт між їх поверхнями. Рідина, що просочується через проміжок, змащує поверхні поршня і циліндра. При рівновазі поршня

де

- радіус плунжера;

- ширина радіального проміжку між плунжером і циліндром;

тобто

- середній радіус проміжку;

- ефективна площа плунжера.

Величина встановлюється експериментально і приводиться в паспорті приладу. В деяких випадках в паспорті у виді таблиці даються співвідношення між і ; іноді такі співвідношення задаються маркуванням вантажів в одиницях тиску.

Вантажопоршневі прилади є приладами високої точності (класу від 0,005 до 0,2). Застосовуються вони як для вимірювання, так і для перевірки інших приладів.

В останні роки розроблені вантажопоршневі прилади, що придатні для вимірювання невеликих тисків і вакууму, а також для вимірювання різниці тисків і атмосферного тиску. В цих приладах власна вага поршнева зрівноважена вагою стовпа рідини (рис. 14), примусово підіймального поплавка 1 (рис. 15), вагою іншого поршня (рис. 16) чи пружиною 1 (рис. 17). На рис. 14 наведено манометр, що придатний для вимірювання тисків в діапазоні до 0,25 МПа (2,5 атм), на рис. 15 показаний вантажопоршневий вакуумметр, на рис. 16 і 17 - диференційні вантажопоршневі манометри.

Рис. 14 Вантажопоршневий манометр з врівноваженим поршнем

Рис. 15 Вантажопоршневий вакуумметр

- тиск, що вимірюється

Правила користування вантажопоршневими манометрами

Манометр повинен бути встановлений за рівнем так, щоб площина вантажоприймальної тарілки була горизонтальною. Перед вимірюванням повітря з внутрішніх порожнин приладу слід видалити.

Температура при вимірюванні повинна бути 15…30° С.

Рис. 16 Вантажопоршневий диференційний манометр

Рис. 17 Вантажопоршневий диференційний манометр із пружиною:

1 - пружина, що врівноважує поршень;

2 - вантаж для встановлення ненавантаженого поршня по покажчику

Щоб забезпечити проміжок між плунжером і стінкою циліндра, плунжер повинен приводитися в обертання. Частота обертання плунжера повинна складати 30…120 об/хв.

В результати вимірювання повинні бути внесені поправки на зміну проміжку (ефективної площі плунжера) внаслідок зміни тиску і температури.

Перевірка технічних і лабораторних пружинних манометрів

Мета перевірки визначається призначенням приладу. Якщо прилад технічний, то при перевірці встановлюють належність приладу до присвоєного йому класу точності. Клас точності засвідчується клеймом на циферблаті манометра. Якщо прилад лабораторний, то метою перевірки є визначення величин поправок , що компенсують основну систематичну похибку при різних показах приладу. В цьому випадку результат перевірки оформляють у вигляді графіка (тарувального) залежності

При перевірці будь-якого приладу порівнюють покази приладу, що перевіряється, з показами зразкового.

При виборі зразкового приладу для перевірки враховують наступні вимоги:

1) верхня межа зразкового приладу повинна перевищувати верхню межа приладу, що перевіряється;

2) максимальна абсолютна похибка зразкового приладу повинна бути, принаймні, в чотири рази менша максимальної абсолютної похибки приладу, що перевіряється.

Установка для перевірки пружинного манометра (рис. 18) складається з трубки 6, до якої через вентильні крани 5, 1 і 8 приєднані відповідно бак з маслом 4, грузопоршневий зразковий манометр 3 і манометр 7, що перевіряється. Трубка 6 заповнюється маслом, що надходить з бака 4 через кран 5. Для зміни тиску масла до трубки 6 приєднаний пресовий пристрій, який являє собою циліндр 9 з поршнем10, що переміщається в ньому. Переміщення поршня здійснюється обертанням його гвинтового штока 11 маховиком 12. Усі пристрої розміщені на підставці, ніжки якої виконані у вигляді мікрометричних гвинтів. Установка обладнана рівнем.

На рис. 19 наведена установка для перевірки пружинного манометра за показниками зразкового пружинного манометра.

При виконанні перевірки необхідно дотримуватись наступних вимог:

1) установка повинна розташовуватися в місці вільному від вібрацій;

2) температура в приміщенні не повинна виходити за межі 17…23° С;

3) перед перевіркою манометрів, які призначені для вимірювання тиску >0,16 МПа (1,6 атм), з рідини, що заповнює установку, необхідно видалити повітря; манометри для вимірювання тиску <0,16МПа (1,6 атм) необхідно перевіряти на установці, заповненій повітрям;

4) включати і виключати прилади необхідно шляхом повільного відкривання і закривання кранів;

5) відлік показів приладів повинен виконуватись після легкого постукування по приладу зігнутим пальцем;

6) при відліку напрямок зору спостерігача повинен бути перпендикулярним до циферблату приладу і проходити при цьому через вказівний кінець стрілки;

7) при перевірці лабораторних і зразкових манометрів покази приладу повинні відраховуватися з точністю до 0,1 поділки шкали.

Рис. 18 Установка для перевірки пружинних манометрів по зразковому вантажопоршневому манометру



Рис. 19 Установка для перевірки пружинних манометрів по зразковому пружинному манометру

Пружинний манометр перевіряють в такій послідовності:

1. Прилад, що перевіряється, приєднують до установки.

2.Перевіряємий і зразковий прилади відключають від пресового пристрою кранами 1 і 8.

3. Циліндр пресового пристрою заповнюють маслом, для чого відкривають кран 5 і обертанням маховика 12 поршень спочатку встановлюють у крайнє ліве положення, а тоді у крайнє праве положення. Після цього кран 5 закривають.

4. Мікрометричними гвинтами прилад встановлюють у горизонтальне положення. Горизонтальність контролюють за рівнем.

5. Призначають точки повірки шкали приладу. Останні повинні бути рівномірно розподілені по шкалі. Число точок, що перевіряються, залежить від класу точності приладу. Манометри класів 4…6 перевіряють у трьох точках, класів 1…2,5 - у п'ятьох, класів 0,5 і вище - в десятьох. Значення тиску у призначених для повірки точках записують в протокол.

6. Початкове положення вказівної стрілки приладу, що перевіряється, записують в протокол.

7. Під плунжером зразкового вантажопоршневого манометра створюють тиск , що рівний тиску в першій точці, яка призначена для повірки. Вантаж, що відповідає цьому тиску (вагу вантажувизначають по повірочному показу зразкового вантажопоршневого манометра), поміщають на грузоприймальну тарілку, відкривають кран 8 і поршень пресового пристрою вводять у циліндр до положення, при якому плунжер спливе і тарілка розташується на рівні покажчика (рис. 18). При цьому плунжер приводиться в обертання (з частотою до 120 об/хв), що перешкоджає відхиленню осі плунжера від вертикальногоположення і появі сил сухого тертя між плунжером та стінкою циліндра.

8. Включають манометр, що перевіряється, для цього відкривають кран 8. При цьому грузоприймальну тарілку зразкового приладу підтримують на рівні покажчика 2 (рис. 18). Після постукування покорпусі манометра, що перевіряється, в протокол записують його покази , а також зсув стрілки в результаті постукування.

9. Операції 7 і 8 повторюють для всього ряду послідовно зростаючих тисків, що відповідають наміченим для повірки точкам .

По досягненні максимального тиску зразковий і манометр, що перевіряється, витримують під тиском протягом 5 хв. Потім повірку роблять при тих же умовах, але послідовно знижують тиск . При цьому знімають покази манометра, що перевіряється, і зсув стрілки від постукування.

10. Повторюють дослід в тій же послідовності.

11. Записують до протоколу положення стрілки манометра, що перевіряється, після розвантажування.

Результати повірки обробляють у такій послідовності.

Обчислюють середнє арифметичне показів манометра, що повіряється, які отримані при даному тиску :

Оскільки операція усереднення практично виключає випадкові похибки вимірювань, то отримане значення відрізняється від істинного діючого тиску тільки на величину систематичної похибки. За істинний діючий тиск в досліді приймають покази зразкового манометра на тій підставі, що точність зразкового манометра вище точності манометра, який повіряється.

При кожному, призначеному для повірки, тиску обчислюють абсолютну систематичну похибку вимірювання і максимальну розбіжність показів приладу.

Результати повірки оформляють наступним чином:

1. Для приладу технічного призначення визначають максимально-допустиму класом точності похибку . Якщо перевищує отриману при повірці найбільшу абсолютну систематичну похибку, найбільшу розбіжність показів приладу, найбільше відхилення стрілки від нульового положення при розвантаженому приладі, а зсув стрілки від постукування менше половини цієї величини, то повірка підтверджує клас точності приладу і прилад допускається до експлуатації.

2. Для лабораторного приладу обчислюють поправки до показів у кожній точці, що перевіряється

По величинах і будують графік залежності

Для побудови графіка на координатній площині зображують точки з абсцисами і ординатами . Тоді отримані точки з'єднують відрізками прямих.

3. Норми якості атмосферного тиску і повітря

Вимоги щодо норм якості атмосферного повітря.

В Україні діють документи, якими визначаються системи вимірювання:

ГОСТ 17.2.2.01-84. Охорона природи. Атмосфера. Дизелі автомобільні. Димність відпрацьованих газів.

ГОСТ 17.2.2.03-87. Охорона природи. Атмосфера. Норми і методивимірювання окису вуглецю та вуглеводнів у відпрацьованих газах автомобілів з бензиновими двигунами;

ГОСТ 17.2.3.01-86. Охорона природи. Атмосфера. Правила контролю повітря населених пунктів;

ГОСТ 17.2.3.02-78. Охорона природи. Атмосфера. Правила встановлення допустимих викидів шкідливих речовин промисловими підприємствами;

ГОСТ 17.2.4.01-80. Охорона природи. Атмосфера.

Методи визначення величини каплеуноса після мокрих пило- газо-очисних апаратів;

ГОСТ 17.2.4.02-81. Охоронаприроди. Атмосфера. Загальні вимоги до визначення забруднюючих речовин;

ГОСТ 17.2.4.03-81. Охорона природи. Атмосфера. Індофенольний метод визначення аміаку;

ГОСТ 17.2.6.01-86. Охорона природи. Атмосфера. Прилади для відбору проб повітря населених пунктів. Загальні вимоги;

ГОСТ 17.2.6.02-85. Охорона природи. Атмосфера. Газоаналізатори автоматичні для контролю забруднення атмосфери;

Размещено на Allbest.ru

...