10069
.pdf2.6. Приборы для анализа составов газов
Газоанализаторы – это средства измерений, применяемые в различных отраслях промышленности (включая тепловую энергетику) для анализа соста-
вов газов (в том числе воздуха).
2.6.1. Объемные химические газоанализаторы
Объемные химические газоанализаторы предназначены для измерения концентрации в смеси газов диоксида углерода, сероводорода, диоксида серы,
кислорода, оксида углерода, водорода, непредельных и предельных углеводо-
родов и азота. О содержании измеряемого компонента судят по изменению объема газовой смеси по результатам избирательного поглощения, каталитиче-
ского окисления или сжигания определенного компонента. Для поглощения во-
дорода и оксида углерода используется щелочной раствор полухлористой меди.
Кислород поглощается щелочным раствором пирогаллола.
Принципиальная схема объемного химического газоанализатора предна-
значенного для измерения двух компонентов газовой смеси: СО2 и О2 (рис. 2.14а). Прибор состоит из измерительной бюретки 1, соединенной с гребенкой
2, к которой подключаются два поглотительных сосуда 3, 4. Сосуд 3 заполнен раствором едкого калия и используется для поглощения СО2, сосуд 4 содержит щелочной раствор пирогаллола для поглощения О2. Так как, второй раствор по-
глощает СО2, в процессе проведения замеров в первую очередь определяют именно содержание СО2 и только потом кислорода. Внутри мерной бюретки находится сообщающаяся с атмосферой трубка 5, которая используется для контроля давления пробы газа после поглощения определяемого компонента.
Отбор пробы при открытом кране 9 и прокачивание газа через прибор осущест-
вляется резиновой грушей 6. Напорный сосуд 7 с запирающей жидкостью опу-
щен, газ через трубку 5 выталкивается в атмосферу. При подъеме напорного со-
суда 7 запирающая жидкость при достижении конца трубки 5 отсекает от атмо-
сферы пробу газа необходимого объема. В двух других положениях крана 8
61
проба газа в мерной бюретке 1 сообщается с сосудами 3, 4. Фильтр 10 служит для очистки газа. В качестве запирающей используется жидкость, не погло-
щающая компоненты анализируемой газовой смеси. Для этого применяются насыщенные растворы поваренной соли или хлористого кальция.
Преимуществами данной методики измерения является возможность из-
мерения широкого круга компонентов газовых смесей, анализа многокомпо-
нентных газовых смесей и простота их устройства. К недостаткам метода отно-
сятся: низкая точность анализа; периодичность действия; необходимость час-
той замены реактивов; сложность применения принципа для создания автома-
тических приборов.
2.6.2. Термокондуктометрические газоанализаторы
Термокондуктометрические газоанализаторы – это приборы для анализа состава газовых смесей, основанные на измерении их теплопроводности. Тер-
мокондуктометрические газоанализаторы относятся к группе тепловых газо-
анализаторов, к которым также относятся термохимические. Для измерения те-
плопроводности газовой смеси используется нагреваемый током проводник,
помещенный в камеру, заполненную анализируемой смесью. Если теплоотдача от проводника к стенкам камеры в основном осуществляется в результате теп-
лопроводности, то имеет место следующая зависимость:
Q |
2 l tп tс |
, |
(2.30) |
||
|
|||||
|
|
D |
|
||
|
ln |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
d |
|
где Q – количество теплоты, отдаваемое проводником, Вт; l, d – длина и диа-
метр проводника, м; D – диаметр камеры, м; λ – теплопроводность смеси газов,
Вт/м·°C; tп, tc – температуры проводника и стенок камеры соответственно.
При постоянных и известных значениях отдаваемой проводником тепло-
ты Q и температуры стенок камеры tc, зависящей от температуры окружающей среды, теплопроводность газовой смеси будет однозначно определять темпера-
туру проводника и как результат его сопротивление. В качестве проводника ис62
пользуют проволоку из металла, обладающего высоким температурным коэф-
фициентом электрического сопротивления и химической стойкостью (платина,
вольфрам, никель, тантал и др.). Схема наиболее распространенных типов чув-
ствительного элемента представлена на рисунке 2.14б: с открытой платиновой спиралью – 5; с остеклованной платиновой спиралью – 6. В стеклянном корпусе
1 к платиновым токоподводам 2 подпаяна платиновая спираль 3 открытая или остеклованная 4. Чувствительный элемент второго типа защищен от агрессив-
ных воздействий среды, однако имеет большую инерцию.
2.6.3. Магнитные газоанализаторы
Магнитные газоанализаторы – это приборы для анализа состава газов, в
которых концентрация определяемого компонента измеряется по изменению магнитных свойств смеси, её магнитной восприимчивости.
Данные газоанализаторы применяют для определения содержания кисло-
рода в объеме газовых смесей, т.к. он обладает наибольшей магнитной воспри-
имчивостью, т.е. относится к парамагнитным газам. Магнитная восприимчи-
вость кислорода зависит от давления и снижается с ростом температуры. Изме-
нение объемной магнитной восприимчивости газовой смеси позволяет опреде-
лить концентрацию кислорода при постоянной температуре и давлении.
Наиболее распространенным методом измерения магнитной восприимчи-
вости смеси газов является метод, основанный на термомагнитной конвекции.
На рисунке 2.14в показана схема чувствительного элемента кислородомера и его размещение между полюсами магнита в преобразователе с внешней маг-
нитной конвекцией [3]. Чувствительный элемент представляет собой платино-
вую проволоку 1, намотанную на стеклянный капилляр 2, покрытую остеклени-
ем 3. Концы спирали подпаяны к токовводам 4. Кислородосодержащий газ,
протекающий по трубке, втягивается в магнитное поле, при этом он нагревается от резистора R1 и его магнитная восприимчивость снижается. Холодный газ вы-
талкивает нагретый, создавая поток магнитной конвекции, охлаждающий рези-
63
стор R1. Для обеспечения одинаковых условий теплоотдачи резистор R2 разме-
щен внутри немагнитного медного блока 6.
2.6.4. Оптические газоанализаторы
Оптические газоанализаторы – это измерительные приборы в которых концентрация определяемого компонента находится путем измерения оптиче-
ских свойств газовой смеси, к основным из которых относятся показатели пре-
ломления, спектрального поглощения и излучения, спектральная плотность и пр.
Оптические газоанализаторы по принципу действия классифицируются на: инфракрасного и ультрафиолетового поглощения; фотоколориметрические;
люминесцентные; ослабления видимого излучения.
Более подробно рассмотрим метод инфракрасного поглощения, который основан на зависимости ослабления монохроматического излучения при про-
хождении через камеру, заполненную анализируемым газом от его концентра-
цией. Для применения данного метода необходимо, чтобы определяемый ком-
понент имел спектр поглощения, отличающийся от спектров поглощения дру-
гих компонентов исследуемой газовой смеси.
Принципиальная схема оптико-акустического приемника инфракрасного излучения представлена на рис. 2.14г [3]. Источником 1 создается постоянное излучение, которое с помощью вращающегося диска с отверстиями 2 и свето-
фильтром 3 преобразуется в пульсирующее монохроматическое излучение.
Анализируемый компонент, находящийся в камере 4, поглощает излучение, при этом в камере возникают пульсации температуры, как следствие и давления.
Пульсации давления воспринимаются микрофонным чувствительным элемен-
том 5, являющимся конденсатором, образованным подвижной мембраной и не-
подвижной пластиной. Под действием давления мембрана перемещается, вы-
зывая из-за колебаний зазора δ, мм, изменение емкости конденсатора C. Дан-
ные об изменении емкости передаются на вторичный преобразователь, на кото-
ром отображается концентрация компонента смеси.
64
Рис. 2.14. Приборы для анализа состава газов. Химический (а): 1 – измерительная бюретка; 2 – гребенка; 3, 4 – поглотительные сосуды; 5 – трубка; 6 – резиновая груша; 7 – напорный сосуд; 8, 9 – краны; 10 – фильтры. Термокондуктометрический, чувствительный элемент (б): 1 – стеклянный корпус; 2 – платиновый токоподвод; 3, 4 – открытая и платиновая спирали; 5 – элемент с открытой платиновой спиралью; 6 – элемент с остеклованной платиновой спиралью. Магнитный (в): 1 – платиновая проводка; 2 – стеклянный капилляр; 3 – стеклянное покрытие; 4 – токоввод; 5 – постоянный магнит; 6 – немагнитный медный блок; 7 – труба. Оптический, оптико-акустический лучеприемник (г): 1 – источник; 2 – диск с отверстиями; 3 – светофильтр; 4 – камера; 5 – чувствительный элемент
65
2.7.Контрольные вопросы и задания для самостоятельной работы
1)Опишите принцип работы биметаллического термометра.
2)Самостоятельно изучите ГОСТ-ы [10, 11]. Проанализируйте указанные
вних основные нормативные параметры, характеризующие термопреобразова-
тели сопротивления и термопары.
3)Что такое коэффициент преобразования термопары?
4)Изложите принцип работы дилатометрического термографа.
5)Самостоятельно изучите конструкцию и принцип работы психромет-
ров Крелля и Августа. Чем их конструкция отличается от аспирационного пси-
хрометра Ассмана?
6) Изучите в ходе самостоятельной работы конструкцию и принцип рабо-
ты современных электролитических, керамических, сорбционных и оптиче-
ских, емкостных и резистивных гигрометров.
7) Дайте классификацию и опишите конструкцию динамических, стати-
ческих анемометров. Дополнительно изучите конструкцию и принцип работы современных электроанемометров.
8) Исследуйте принцип работы узлов учета тепловой энергии индивиду-
альных тепловых пунктов, с применением ультразвуковых расходомеров.
9)Опишите конструкцию и принцип работы микроманометра ММН.
10)Самостоятельно изучите конструкцию и принцип работы сильфонных
имембранных манометров, а также барометров Види и Бурдона.
11)Дайте принципиальную схему поплавкового уровнемера и принцип его работы? Для чего необходим уравновешивающий груз в его конструкции.
12)Что такое нониус? Какова его конструкция и назначение?
13)Самостоятельно рассмотрите принцип действия и конструкцию фо-
токолориметрических, электрических и хроматографических газоанализаторов.
66
Глава 3. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА
ВПОМЕЩЕНИЯХ ЖИЛЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ
Вданной главе рассмотрены общие сведения о требованиях к параметрам микроклимата в обслуживаемой зоне помещений жилых и общественных зда-
ний, согласно действующим требованиям и методикам указанным в ГОСТ [16].
3.1. Требования к параметрам микроклимата
Допустимые параметры микроклимата – это сочетание значений показа-
телей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать общее и локальное ощущение дискомфорта, ухуд-
шение самочувствия и понижение работоспособности при усиленном напряже-
нии механизмов терморегуляции и не вызывают повреждений или ухудшения состояния здоровья.
Оптимальные параметры микроклимата – это сочетание значений показа-
телей микроклимата, которое при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают нормальное тепловое состояние организма при ми-
нимальном напряжении механизмов терморегуляции и ощущение комфорта не менее чем у 80 % людей, находящихся в помещении.
К обязательным для поддержания параметрам микроклимата в помеще-
ниях жилых и общественных зданий относятся:
1)температура внутреннего воздуха, tв, °C;
2)скорость движения внутреннего воздуха, vв, м/с;
3)относительная влажность внутреннего воздуха, φв, %;
4)результирующая температура помещения, tsu, °C;
5)локальная асимметрия результирующей температуры, tasu, °C.
Локальная асимметрия результирующей температуры должна быть не бо-
лее tasu = 2,5 °C для оптимальных и tasu = 3,5 °C для допустимых показателей.
В различных точках обслуживаемой зоны жилых и общественных зданий допускается (рис. 3.1): перепад температуры воздуха tв ≤ 2 °C для оптималь-
ных и tв ≤ 3 °C для допустимых параметров; перепад результирующей темпе67
ратуры помещения по высоте обслуживаемой зоны tsu ≤ 2 °C; изменение ско-
рости движения воздуха vв ≤ 0,07 м/с для оптимальных и vв ≤ 0,1 для допус-
тимых параметров; изменение относительной влажности воздуха Δφв ≤ 7 % для оптимальных и Δφв ≤ 15 % для допустимых параметров.
Значения оптимальных и допустимых параметров микроклимата в поме-
щениях жилых и общественных зданиях представлены в таблице 3.1.
Рис. 3.1. Схема нормирования допустимых перепадов параметров микроклимата в обслуживаемой зоне помещений жилых и общественных зданий: 1 – шаровой термометр; 2 – отопительный прибор
Таблица 3.1 Оптимальные и допустимые параметры микроклимата в помещениях жилых, общественных
и административных зданий
Период |
Наименование или |
tв, °C |
tsu, °C |
φв, °C |
vв, °C |
||||
года |
категория помещения5 |
Опт.1 |
Доп.2 |
Опт. |
Доп. |
Опт. |
Доп. |
Опт. |
Доп. |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
1. Жилые дома, общежития, дома для престарелых и инвалидов3 |
|
|
||||||
Холодный |
Жилая комната |
20-22 |
18-24 |
19-20 |
17-23 |
45-30 |
60 |
0,15 |
0,2 |
|
|
(20-24) |
|
(19-23) |
|
|
|
|
|
Жилая комната, в |
21-23 |
20-24 |
20-22 |
19-23 |
45-30 |
60 |
0,15 |
0,2 |
|
районах с tнх.п ≥ –31°C |
(22-24) |
(21-23) |
|||||||
Кухня |
19-21 |
18-26 |
18-20 |
17-25 |
-4 |
- |
0,15 |
0,2 |
Окончание таблицы 3.1
68
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
7 |
8 |
9 |
10 |
|
Туалет |
19-21 |
18-26 |
18-20 |
17-25 |
|
- |
- |
0,15 |
0,2 |
|
Ванная, совмещенный |
24-26 |
18-26 |
23-27 |
17-26 |
|
- |
- |
0,15 |
0,2 |
|
санузел |
|
||||||||
Холодный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Помещения для отдыха |
20-22 |
18-24 |
19-21 |
17-23 |
|
30-45 |
60 |
0,15 |
0,2 |
|
и учебных занятий |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Межквартирный |
18-20 |
16-22 |
17-19 |
15-21 |
|
30-45 |
60 |
- |
- |
|
коридор |
|
|||||||||
|
Вестибюль, лестничная |
16-18 |
14-20 |
15-17 |
13-19 |
|
- |
- |
- |
- |
|
клетка |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кладовые |
16-18 |
12-22 |
15-17 |
11-21 |
|
- |
- |
- |
- |
Теплый |
Жилые комнаты |
22-25 |
20-28 |
22-24 |
18-27 |
|
30-60 |
65 |
0,2 |
0,3 |
|
2. Детские и дошкольные учреждения |
|
|
|
|
|||||
|
Групповая, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
раздевальная и туалет: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- для ясельных и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
младших групп; |
21-23 |
20-24 |
20-22 |
19-23 |
|
30-45 |
60 |
0,1 |
0,15 |
Холодный |
- для средних и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дошкольных групп |
19-21 |
18-25 |
18-20 |
17-24 |
|
30-45 |
60 |
0,1 |
0,15 |
|
Спальня: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- для ясельных и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
младших групп; |
20-22 |
19-23 |
19-21 |
18-22 |
|
30-45 |
60 |
0,1 |
0,15 |
|
|
|
|||||||||
|
- для средних и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дошкольных групп |
19-21 |
18-23 |
18-22 |
17-22 |
|
30-45 |
60 |
0,1 |
0,15 |
|
Вестибюль, |
18-20 |
16-22 |
17-19 |
15-21 |
|
- |
- |
- |
- |
|
лестничная клетка |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Теплый |
Групповая спальни |
23-25 |
18-28 |
22-24 |
19-27 |
|
30-60 |
65 |
0,15 |
0,25 |
|
3. Общественные и административные здания |
|
|
|
|
|||||
|
1 |
20-22 |
18-24 |
19-20 |
17-23 |
|
30-45 |
60 |
0,2 |
0,3 |
|
2 |
19-21 |
18-23 |
18-20 |
17-22 |
|
30-45 |
60 |
0,2 |
0,3 |
Холодный |
3а |
20-21 |
19-23 |
19-20 |
19-22 |
|
30-45 |
60 |
0,2 |
0,3 |
3б |
14-16 |
12-17 |
13-15 |
13-16 |
|
30-45 |
60 |
0,3 |
0,5 |
|
3в |
18-20 |
16-22 |
17-20 |
15-21 |
|
30-45 |
60 |
0,2 |
0,3 |
|
4 |
17-19 |
15-21 |
16-18 |
14-20 |
|
30-45 |
60 |
0,2 |
0,3 |
|
5 |
20-22 |
20-24 |
19-21 |
19-23 |
|
30-45 |
60 |
0,15 |
0,2 |
|
|
|
|||||||||
|
6 |
16-18 |
14-20 |
15-17 |
13-19 |
|
- |
- |
- |
- |
|
Ванные, душевые |
24-26 |
18-28 |
23-25 |
17-27 |
|
- |
- |
0,15 |
0,2 |
|
Помещения с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Теплый |
постоянным |
23-25 |
18-28 |
22-24 |
19-27 |
|
30-60 |
65 |
0,15 |
0,25 |
|
пребыванием людей |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание:
1 – оптимальные параметры микроклимата;
2 – допустимые параметры микроклимата;
3 – значения указанные в скобках;
4 – величина не нормируется; 5 – для общественных и административных зданий указана категория помещений согласно ГОСТ
[16].
3.2. Методы контроля параметров микроклимата
69
Измерение параметров микроклимата в холодный период года требуется выполнять при температуре наружного воздуха не выше tн = –5 °C. В теплый период года измерение показателей микроклимата следует выполнять при тем-
пературе наружного воздуха не ниже tн = 15 °C. Не допускается поводить изме-
рения при безоблачном небе в светлое время суток.
Измерение температуры, влажности и скорости движения воздуха следу-
ет проводить в обслуживаемой зоне на высоте: 0,1, 0,4 и 1,7 м от поверхности пола для детских дошкольных учреждений; 0,1, 0,6 и 1,7 м от поверхности пола
– при пребывании людей в помещении преимущественно в сидячем положении; 0,1, 1,1, 1,7 м от поверхности пола – в помещениях, где люди преимущественно стоят или ходят; в центре обслуживаемой зоны и на расстоянии 0,5 м от внут-
ренней поверхности наружных стен и стационарных отопительных приборов –
впомещениях указанных в таблице 3.2.
Впомещениях площадью более 100 м2 измерение температуры, влажно-
сти и скорости движения воздуха следует проводить на равновеликих участках,
площадь которых не должна превышать 100 м2.
Температуру внутренних поверхностей стен, перегородок, пола и потолка измеряют в центре их оси симметрии. При наличии в конструкции ограждений световых проемов или наличии рядом с ними отопительных приборов темпера-
туру на внутренней поверхности измеряют в центре участков, образованных линиями, продолжающими грани откосов светового проема, а также в центре остекления и отопительного прибора.
Результирующую температуру помещения tsu определяют либо расчет-
ным путем, либо по результатам измерений шаровым термометром с диамет-
ром сферы dсф = 150 мм, при подвижности наружного воздуха vв < 0,2 м/с. При определении tsu расчетным путем измерение температуры воздуха проводят в центре помещения на высоте 0,6 м от поверхности пола для помещений с пре-
быванием людей в положении сидя и на высоте 1,1 м в помещениях с пребыва-
нием людей в положении стоя.
70