Технические характеристики

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

____________________________________________

Кафедра «Физика-2»

А.В. Пауткина

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

по дисциплинам

«Физика» и

«Источники загрязнения окружающей среды и

физико-химические процессы в техносфере»

Работы № 24, 25, 26

МОСКВА - 2006

УДК 57:53

П-21

Пауткина А.В. Методические указания к лабораторным работам по дисциплинам «Физика» и «Физико-химические процессы в техносфере». - М.: МИИТ, 2006. - 76 с.

Методические указания к лабораторным работам № 24, 25, 26 соответствуют программе и учебным планам по курсу общей физики, дисциплине «Физико-химические процессы в техносфере» и предназначены для всех специальностей институтов ИУИТ, ИСУТЭ, ИЭФ, ИТТиОП, Вечерний факультет.

Работа 24

СЧЁТЧИК АЭРОИОНОВ

Цель работы

Целью выполнения данной работы является знакомство с работой счётчика аэроионов; измерение концентрации лёгких аэроионов в воздухе; практика паспортного включения и проверки работоспособности прибора; получение практических навыков самостоятельного оформления результатов измерений.

Введение

Ионами называются электрически заряженные частицы, образующиеся при отрыве или присоединении одного или нескольких электронов (реже других заряженных частиц) к атому или молекуле. В газах при обычных условиях образующиеся ионы недолговечны, однако при высоких температурах и давлениях степень ионизации газа растёт при увеличении обоих параметров и при очень высоких давлении и температуре газ переходит в плазму.

Верхняя часть атмосферы Земли, расположенная выше 50 км, называется ионосферой. Верхней границей ионосферы является внешняя часть магнитосферы Земли. Ионосфера представляет собой природное образование разреженной слабоионизованной плазмы, находящейся в магнитном поле Земли и подвергающейся воздействию ионизующего излучения Солнца. Только благодаря ионосфере возможно распространение радиоволн на дальние расстояния.

Эволюция живых организмов на Земле происходила в ионизированном воздухе, и он является одним из существенных условий нормального развития и поддержания жизни. В 1918 году А.Л. Чижевский (1897-1964) первым открыл биологическое действие электрических зарядов воздуха на организм. По его выражению, воздух, лишенный ионов, подобен пище без витаминов или воде без минеральных солей. Аэроионы образуются под влиянием радиоактивного излучения почвы, космических лучей, электрических разрядов грозы и т.п. Молекулы кислорода захватывают электроны и приобретают отрицательный заряд. Именно отрицательные аэроионы кислорода и обладают повышенной биологической активностью. В 1931 году А.Л. Чижевский выдвинул проблему аэроионификации - электротехническую задачу искусственного создания внутри помещений такого электрического режима, который имеет воздух лучших местностей, славящихся благотворным действием на человека.

В настоящее время наблюдается оживление интереса к аэроионизации и аэроионотерапии. Широкое применение аэроионов связано с осознанием их важной роли в естественной среде обитания человека, с все большим обращением современной профилактической и лечебной медицины к естественным регуляторам жизнедеятельности человеческого организма. Аэроионы привлекают внимание специалистов разного профиля.

Атмосферные ионы по размерам подразделяются на легкие ( см в диаметре), промежуточные ( см), тяжелые (ионы Ланжевена, см) и ультратяжелые ( см). В нижних слоях атмосферы основными ионизаторами являются радиоактивные вещества, в верхних - солнечные и космические лучи (за их счет на высоте 4 км образуется в 7 раз больше, а на высоте 15 км в 150 раз больше ионов, чем у поверхности Земли). Естественная концентрация аэроионов возле земной поверхности составляет примерно 1000 ионов в 1 см³ воздуха. Ионообразующее значение длинноволнового ультрафиолетового излучения (коротковолновый весь поглощается на высоте 20-40 км) незначительно.

----Существуют и временные, местные ионизаторы - такие как грозы, пылевые и снежные бури, водопады, горные реки, прибой. В результате всех этих процессов, а также явлений биологической жизни и производственной деятельности человека в окружающей нас среде устанавливается та или иная концентрация аэроионов, представленных, главным образом, отрицательно заряженными молекулами кислорода (О₂^- ) и положительно заряженными молекулами углекислого газа (СО₂⁺ ) с их водяными оболочками.

----При исследовании внутренних процессов в организмах, подвергающихся аэроионным воздействиям, выявлены разнообразные изменения физиологических и биохимических показателей функционального состояния различных систем. Из многообразных влияний аэроионов на организм наиболее тщательно исследованы реакции со стороны следующих систем: сердечно-сосудистой и дыхательной, нервной, крови. Местное воздействие аэроионами, или аэроионный массаж, рекомендуется при вяло заживающих ранах и трофических язвах, дерматозах, заболеваниях периферической нервной системы (невралгии, радикулит).

Нормальная концентрация отрицательных ионов превышает 2000 шт. в одном кубическом сантиметре. В чистых лесных районах, на берегу моря, вблизи больших водопадов достигает 40-50 тыс. шт. в одном кубическом сантиметре. Вследствие урбанизации, развития техники и индустрии в городских условиях количество отрицательных ионов уменьшилось до крайне недостаточной величины -100-200 шт. в одном кубическом сантиметре, в закрытых помещениях - ниже 50, а перед экранами компьютеров или телевизоров их количество ещё меньше.

Состояние «ионного голода» возможно частично исправить с помощью специальных приборов – ионизаторов. С конца прошлого века во многих научно-исследовательских институтах идут работы по разработке новых типов ионизаторов воздуха на основе работ профессора А.Л.Чижевского – т.н. люстры Чижевского.

Дополнительным преимуществом ионизаторов является эффект очищения от самой мелкой пыли. Микрочастицы бытовой, технической и радиоактивной пыли медленно накапливаются в легких и разрушают организм. Из-за микроскопических размеров этих частиц они не могут улавливаться фильтрами и кондиционерами. Работающий ионизатор уменьшает концентрацию мелкой пыли в 10-25 раз, а обычной домашней пыли в среднем в 4-10 раз.

В данной работе вы можете познакомиться с прибором, который измеряет концентрацию аэроинов в воздухе.

Назначение прибора

Малогабаритный аэроионный счётчик МАС-01 предназначен для измерения концентраций лёгких аэроионов обеих полярностей в воздухе помещений в условиях как природной, так и искусственной аэроионизации в соответствии с требованиями Санитарных правил и норм (СанПиН 2.2.4.1294-03) «Гигиенические требования к аэроионному составу воздуха производственных помещений» и СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы».

Счётчик аэроионов применяется при проведении санитарно-гигиенического обследования помещений и рабочих мест, а также при мониторинге окружающей среды. Счётчик целесообразно использовать для аттестации рабочих мест в помещениях с видеодисплейными терминалами и персональными электронно-вычислительными машинами, в помещениях с системами кондиционирования, там, где применяются групповые или индивидуальные ионизаторы воздуха, устройства автоматического регулирования ионного режима воздушной среды.

Принцип работы

Счётчик аэроионов в своём составе имеет встроенный микропроцессор, позволяющий варьировать режимы измерений в указанных в разделе «Технические характеристики» диапазонах.

Аэроионный счётчик выполнен в виде малогабаритного прибора с автономным питанием. Конструктивно счётчик размещён в корпусе из алюминиевых сплавов. Основным элементом счётчика является аспирационная камера, размещённая в корпусе, сочленённая с вентилятором с предусилителем. Объёмный расход воздуха поддерживается постоянным путём стабилизации скорости вращения микроэлектродвигателя с закреплённой на оси крыльчаткой. В корпусе счётчика расположен блок управления и индикации, размещённый на отдельной плате. Защитная насадка крепится на верхней торцевой стенке корпуса счётчика и предохраняет аспирационную камеру от попадания ворсинок, пуха, а также экранирует от паразитных сигналов вход предусилителя.

Воздух с аэроионами втягивается в аспирационную камеру сверху и выбрасывается через отверстие, расположенное в нижней части задней панели корпуса счётчика. Воздух отсасывается с помощью центробежного вентилятора, обороты которого стабилизированы с помощью электронного регулятора скорости. В рабочем объёме камеры на ионы действует электростатическое поле, создаваемое источниками питания камеры. В режимах измерения, с помощью коммутатора, производится поочерёдное подключение источников питания различной полярности. Под действием электростатического поля ионы отклоняются в сторону собирающего электрода, расположенного внутри камеры, и оседают на нём. Электрический заряд поступает во входную цепь предусилителя, в основу которого положен высокоомный (~10¹⁰ Ом) дифференцированный усилитель с динамическим диапазоном усиления 10⁶. Собирающий электрод установлен в камере на двух изоляторах из фторопласта. Обратная связь, предусмотренная в предусилителе, поддерживает нулевой потенциал на собирающем электроде.

С выхода предусилителя сигнал поступает на вход амплитудно-цифрового преобразователя (АЦП), и далее обрабатывается микропроцессором. По выбору пользователя могут быть установлены режимы работы непрерывного измерения концентрации как положительных, так и отрицательных аэроионов. Кроме того, предусмотрены режимы, позволяющие контролировать напряжение на аккумуляторной батарее и микроэлектродвигателе вентилятора, отслеживать работу амплитудно-цифрового преобразователя и измерительного канала счётчика аэроионов.

Режим работы блока управления и индикации устанавливается кнопками посредством меню организованного интерфейса. На лицевой панели установлены:

Жидкокристаллический матричный индикатор;

Гибкая плёночная клавиатура с кнопкой «Сброс» и набором цифр от 0 до 9.

На задней стенке счётчика установлен тумблер включения и выключения напряжения ПИТАНИЯ.

На нижней торцевой стенке корпуса установлены:

Гнездо ЗЕМЛЯ (измерительное заземление) с резьбовым отверстием под установку штатива;

Разъём для подключения сетевого блока зарядки аккумулятора.

На верхней торцевой стенке корпуса установлена съёмная защитная насадка.

Питание всех узлов измерителя осуществляется от автономного источника (6) аккумулятора типа GP 85 AAK, расположенных в отсеке, крышка которого размещена со стороны обратной лицевой панели счётчика.

Принадлежности:

Блок питания БП-ЕИ 220/12 предназначен для зарядки аккумуляторной батареи от сети переменного тока частотой 50 Гц и номинальным напряжением 220 В.

Провод со штекером и зажимом для заземления счётчика.

Перед началом измерений необходимо заземлять счётчик, соединяя гнездо ЗЕМЛЯ с шиной заземления или с любым заведомо заземлённым проводящим предметом. Заземление является условием корректных измерений.

На рисунках 2 и 3 изображены схема внешней панели прибора и функциональная схема прибора.

Результаты измерений величин концентраций аэроионов выводятся на мониторе в единицах .

Технические характеристики

Таблица 1

Номинальные и фактические значения основных технических данных счётчика аэроионов

Наименование	Значение величины
	Номинальное
1. Пределы допускаемой основной погрешности измерения концентрации аэроионов: – в поддиапазоне 100-700 см^-3, % - в диапазоне 700-10⁶ см^-3,%	50 40
2. Диапазон измерений концентрации лёгких аэроионов (с подвижностью менее 0,4 см²В^-1с^-1) обеих полярностей, см^-3
3. Напряжение на высоковольтных обкладках аспирационной камеры, В	35,0 3,5
4. Собственный фон счётчика аэроионов, см^-3, не более
5. Объёмный расход воздуха через аспирационную камеру, см³с^-1	(2,0 0,2) 10³
6. Максимальная мощность, потребляемая счётчиком от аккумуляторной батареи, Вт	0,95
7. Время установления рабочего режима, мин, не более

Подготовка к работе

1. Включение и контроль питания счётчика

Включить питание счётчика переключателем ПИТАНИЕ, поставив его в положение «1» (край переключателя с цифрой «1» утоплен). При этом на матричном жидкокристаллическом дисплее (мониторе) появится надпись:

МАС-01 00:00:00 Ready

В правом верхнем углу экрана показан отсчёт времени работы прибора. Появление надписи сопровождается кратковременными звуковыми сигналами. Далее счётчик автоматически входит в рабочий режим и ожидает команду от пользователя.

2. Выбор режима работы счётчика

Выбор режима осуществляется нажатием одной из кнопок 0 – 9 на лицевой панели (рис.1, 4).

Остановка соответствующего режима работы происходит при вторичном нажатии данной кнопки.

Последовательно нажимая одну из кнопок 0 – 9, можно выбрать любой из режимов измерения счётчика:

0 – контроль измерительного канала счётчика;

1 – режим непрерывных измерений отрицательных аэроионов;

2 – режим непрерывных измерений концентрации положительных аэроионов;

3 – проверка работы амплитудно-цифрового преобразователя блока управления и индикации;

4 – контроль напряжения на аккумуляторной батарее;

5 – режим однократных измерений концентрации отрицательных и положительных аэроионов, определение коэффициента униполярности;

6 – контроль напряжения на микроэлектродвигателе;

7 – не подключена;

8 – измерение уровня собственного фона счётчика;

9 – дополнительные режимы измерения.

В случае сбоев в системе её перезапуск осуществляется нажатием кнопки СБРОС. При этом операционная система переходит в исходный режим.