Пределы переносимости человеком тепловой радиации

↑

⇐ ПредыдущаяСтр 57 из 102Следующая ⇒

Пределы переносимости человеком тепловой радиации

Интенсивность потока лучистой энергии,

Определение интенсивности

Пределы переносимости

0,4-0,8

Слабая

Переносится длительно

0,8-1,5

Умеренная

3-5 мин

1,6-2,3

Средняя

40-60 с

2,3-3,0

Повышенная

20-30 с

3,0-4,0

Сильная

12-24 с

4,0-5,0

Весьма сильная

7-10 с

Свыше 5,0

Очень сильная

2-5 с

Опытный исследователь с помощью данной таблицы может по субъективным ощущениям приблизительно дать оценку интенсивности тепловой радиации не только по ее определению, но и в кал/см²´мин.

В системе СИ интенсивность тепловой энергии измеряется в вт/м². Однако, большинство имеющихся приборов градуированы в традиционных единицах. Кроме того, многие литературные источники, в том числе учебные, также приводят данные в кал/см²´мин. Поэтому в настоящем методическом руководстве данные приводятся в традиционных единицах измерения.

8.2. Приборы для измерения и методы оценки лучистой энергии

Совокупность измерения лучистой энергии получило название актинометрии (греч. aktis, aktinos – луч и metreö – измеряю). В основу методов измерения лучистой энергии положен принцип превращения одного вида энергии в другой. При поглощении лучистой энергии солнца зачерненной поверхностью какого-либо приемника происходит переход лучистой энергии в тепловую. Регистрируя выделяющееся при этом количество тепла или повышение температуры приемной поверхности прибора, можно измерить величину потока солнечной радиации или радиации от искусственного источника лучистой энергии, падающего на прямую поверхность. Подобного рода принципы измерения лучистой энергии положены в основу калориметрического метода. Явление фотоэффекта и фотохимические воздействия использованы в фотоэлектрических и фотографических методах измерения.

Величину лучистой энергии выражают в малых калориях, поглощаемых за 1 мин поверхностью в 1 см², расположенной перпендикулярно к направлению лучей источника радиации (кал/см²´мин).

При актинометрии применяются приборы, в которых поток лучистой энергии определяется разностью температур приемной поверхности и окружающей среды, которая измеряется величиной тока, возникающего в цепи последовательно соединенных термопар. Такого рода приборы являются относительными и нуждаются в градуировке путем сравнения их показаний с показаниями абсолютных приборов.

Все приборы, применяемые для измерения лучистой энергии, получили обобщенное названием актинометров, среди которых условно различают;

· пиргелиометры- приборы для измерения интенсивности прямой солнечной радиации;

· пиранометры– устройства для измерения рассеянной солнечной радиации;

· пиргеометры – устройства для измерения земного (ночного) излучения;

· альбедометры – устройства для измерения от земной поверхности солнечной радиации;

Устройства для измерения радиации искусственных источников (могут использоваться и для измерения солнечной радиации) называют актинометрами, то есть идентично обобщенному названию всей группы приборов для измерения лучистой энергии.

Приборы, применяемые при актинометрии разделяют на устройства для относительных и абсолютных измерений, которые конструктивно отличаются друг от друга. Абсолютные измерения позволяет осуществлять пиргелиометр (пиргелиометр Онгстрема) (рисунок 23).

Рис. 23. Пиргелиометр Онгстрема

1 – крышка трубы с щелевидными отверстиями; 2 – крючок щитка; 3 и 5 – целик и мушка; 4 – труба прибора; 6 – головка прибора; 7 – переключатель; 8, 9 и 10 – клеммы для подключения прибора к гальванометру и к цепи нагрева; 11 и 12 – винты для ориентировки прибора на Солнце

Рис. 24.Пиранометр Янишевского

1 – съемная плитка; 2 – стеклянная полусфера; 3 – колпак, используемый при определении места нуля; 4 – винт для направления пиранометра к солнцу; 5 – установочный винт; 6 – клемма для подключения стрелочного гальванометра; 7 – уровень; 8 – экран

Прибор состоит из двух трубок, одна из которых зачернена и открыта для прямой солнечной радиации, а другая закрыта. Обе трубки омываются водой. Для уравнивания температуры воды, вытекающей из двух камер, закрытая трубка обогревается током тем большей силы, чем сильнее нагрелась вода, проходящая через открытую для солнечной радиации трубку. Зная количество тепла, выделившегося в первой камере, и площадь приемного отверстия, рассчитывают интенсивность солнечной радиации в абсолютных величинах.

Пиранометр Янишевского. С помощью данного прибора можно измерить интенсивность суммарной и рассеянной солнечной радиации, а по их разности рассчитать интенсивность прямой солнечной радиации. Пиранометр Янишевского (рисунок 24) состоит из корпуса, представляющего цилиндр, на поверхности которого установлена термобатарея; треножной подставки, на которой укреплен корпус; из теневого экрана, служащего для защиты батареи от прямых солнечных лучей при определении рассеянной радиации, и полусферического стеклянного колпака, защищающего батарею от дождя, снега, ветра и т.д.

Действие прибора основано на измерении термоэлектрической электродвижущей силы, возникающей от разности нагрева термоэлементов, состоящих из двух зигзагообразно соединенных полосок манганина и константана. Периферийные спаи прикреплены к медному затененному от прямых солнечных лучей к кольцу, а центральные спаи прикреплены к центральному серебряному диску, зачерненному, подвергающемуся воздействию прямой солнечной радиации. Возникающий в результате разности нагрева термопары ток пропорционален разности температур центральных и периферических спаев, которая пропорциональна потоку радиации. Перед измерением солнечной радиации прибор должен принять температуру окружающего воздуха, для чего его помещают на место исследования за 10–15 минут до измерений. Затем при закрытом пиранометре устанавливают стрелку микрогальванометра с помощью корректирующего винта в нулевое положение.

Для измерения рассеянной радиации теневой экран с помощью шарнира укрепляют так, чтобы полностью закрыть тенью от экрана термобатарею. После экспозиции 15 с снимают показания по микрогальванометру. Определения повторяют еще два раза. Интенсивность рассеянной радиации рассчитывают по формуле:

 где                                                          (11)

I_расс – интенсивность рассеянной радиации, кал/см²´мин;

К – переводной коэффициент (цена одного деления в кал/см²´мин);

n₁, n₂, n₃ – отсчеты, полученные на микрогальванометре (деления).

Затем экран убирают и определяют суммарную солнечную радиацию аналогичным образом. Величину суммарной радиации вычисляют по формуле:

 где                                                        (12)

I_сумм – интенсивность суммарной солнечной радиации, кал/см²´мин;

К – переводной коэффициент (цена одного деления в кал/см²´мин);

n₄, n₅, n₆ – отсчеты, полученные на микрогальванометре при определении суммарной радиации (деления).

Величину прямой солнечной радиации вычисляют по формуле:

 где                                                            (13)

I_прям – интенсивность прямой солнечной радиации.

Альбедометр Янишевского-Былова (походный альбедометр) (рисунок 25). Данный прибор создан для исследований в полевых и экспедиционных условиях и функционирует по принципу, описанному для пиранометра Янишевского. Возможности прибора достаточно широки. С его помощью за счет возможности направления термобатареи в нужную сторону можно измерять указанные выше виды радиации.

Рис. 25.Альбедометр Янишевского-Былова (походный альбедометр)

1 – головка с термобатареей; 2 – кардановый подвес; 3 – рукоятка; 4 – трубка

Рис. 26.Актинометр Михельсона

Актинометр Михельсона (рисунок 26). Воспринимающей частью прибора является биметаллическая пластинка, изготовленная из железа и инвара. Поскольку зачерненная железная сторона биметаллической пластинки нагревается и удлиняется, а инвар практически не нагревается и, следовательно, не происходит его удлинения, вся биметаллическая пластинка изгибается, выпячиваясь зачерненной стороной, причем радиус изгиба пропорционален температуре. Перемещение кварцевой нити, размещенной на краю пластинки, служит мерой интенсивности прямой солнечной радиации или радиации от искусственных источников. В настоящее время используется редко, только в специальных исследованиях.

Актинометр ЛИОТ–Н (рисунок 27). Данный прибор используется для измерения лучистой энергии в перегреваемых помещениях от нагревающих поверхностей. Принцип работы прибора идентичен таковому у пиранометра Янишевского. В качестве воспринимающего тепловую энергию устройства используют попеременно зачерченные и блестящие полоски алюминиевой фольги (термобатарея), к которым прикреплены спаи из полосок меди и константана, соединенных последовательно. Вследствие различной лучепоглощающей способности черных и блестящих спаев образуется термоэлектрический ток, регистрируемый с помощью гальванометра.

Рис. 27. Актинометр ЛИОТ-Н

Слева – общий вид, справа – воспринимающее устройство (термобатарея)

Прибор представляет собой плоский цилиндр (реже выпускается прибор прямоугольной формы), закрепленный на ручке. На одной стороне цилиндра укреплен приемник с крышкой из нержавеющей стали, на другой – гальванометр. Шкала гальванометра разбита на деления от 0 до 20 кал/см²´мин, каждое деление соответствует 0,5 кал/см²´мин.

Перед измерением тепловой радиации стрелку гальванометра устанавливают с помощью корректора в нулевое положение. При этом крышка приемника должна быть закрыта. Для измерения интенсивности теплового излучения открывают крышку приемника и находящийся в вертикальном положении приемник направляют в сторону источника излучения. Показания прибора отсчитывают через 3 с.

Следует иметь в виду, что крышка термобатареи служит не только для ее защиты, когда прибор не находится в работе, но и при измерении защищает кисти рук исследователя. Расстояние установки приемника от источника теплового излучения зависит от конкретных условий и задач исследования. Как правило, это расстояние имитирует расположение работающих в процессе выполнения трудовых операций от источника радиации.

Черный шаровой термометр (шар Вернона) (рисунок 28). Данный прибор представляет собой медный шар диаметром 15 см, имеющий черную матовую поверхность (покрыт пенополиуретом, имитирующим по свойствам кожу человека). В него вставляют обычный термометр, у которого ртутный резервуар предварительно покрывают сажей. Прибор закрепляют на штативе. Поскольку при указанных условиях на показания термометра не будет действовать конвекционное тепло, скорость движения воздуха, а черная поверхность шара обусловливает поглощение лучистого тепла, то по показаниям данного прибора в сравнении с таковыми по обычному термометру, можно судить об интенсивности тепловой радиации и ее направленности, если температура шара выше конвекционной, то говорят о положительной тепловой радиации, если ниже – отрицательной. То есть, по показаниям черного шара (шаровой температуре) можно, в какой-то степени, судить о возможности теплоотдачи организмом человека путем радиации. В комплект прибора входит регулируемый по высоте штатив с удлинительными стержнями, что позволяет производить исследования на разной высоте.

Следует учитывать, что прибор имеет значительную инерцию (до 15 мин), следовательно, показания термометра снимаются не ранее этого срока.

Комплекс ТКА-ТВ + Черный шар (рисунок 29).На отдельном рисунке 30 представлен прибор ТКА- ТВ.Применяется для определения тепловой нагрузки среды (ТНС-индекса), температурного индекса WBGT и средней радиационной температуры. Шар надевается на зонд с датчиком температуры таким образом, чтобы датчик располагался приблизительно в центре сферы. Для зонда термогигрометра ТКА-ТВ шар снабжён встроенным ограничителем-втулкой. Производить измерения температуры внутри чёрного шара следует не ранее, чем через 15 минут после установки шара на измерительный зонд, т. е. по достижении теплового равновесия. Прибор предназначен также для измерения в помещениях параметров окружающей среды: освещенности в видимом диапазоне спектра, яркости ТВ-кинескопов, дисплейных экранов и самосветящихся протяженных объектов, температуры воздуха, относительной влажности воздуха.

Рис. 28.Шаровой термометр Вернона-Йокла

Познавательные статьи:



Алгоритмические операторы Matlab

Конструирование и порядок расчёта дорожной одежды

Исследования учёных: почему помогают молитвы?

Почему терпят неудачу многие предприниматели?