В.И. НОВИКОВ, О.В. КУЗЬМИН, В.Е. ГОРДИЕНКО,

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

В.И. НОВИКОВ, О.В. КУЗЬМИН, В.Е. ГОРДИЕНКО,

Е.Г. ГОРДИЕНКО, В.А.НОРИН

ЭКОЛОГИЯ СРЕДЫ

Лабораторный практикум

по дисциплине "Метрология, стандартизация и сертификация"

(Часть V. Лабораторные работы № 35–40)

Учебное пособие

Санкт-Петербург

2014

УДК 621. 753. 1/2: 389 (076)

Рецензенты: д-р техн. наук, проф. С.А. Евтюков (ФГБОУ ВПО СПбГАСУ)

д-р техн. наук, проф. И.А. Иванов (ФГБОУ ВПО ПГУПС)

Экология среды: лаб. практикум по дисциплине "Метрология, стандартизация и сертификация". (Часть V. Лабораторные работы № 35–40): учеб. пособие / В.И. Новиков, О.В. Кузьмин, В.Е. Гордиенко, Е.Г. Гордиенко, В.А. Норин,; СПбГАСУ. – СПб., 2014. – 79 с.

ISBN 978-5-9227-0192-1

В учебном пособии представлены краткие теоретические сведения о физических основах методов, заложенных в принцип работы приборов, используемых для измерения параметров, характеризующих экологичность среды обитания, таких как: влажность, освещенность, уровень шума, скорость движения воздуха, уровень загрязненности воздуха и пр.

Описаны устройство и принцип действия приборов контроля параметров микроклимата, приведены основные технические характеристики, санитарно-гигиенические нормы, а также методики настройки, регулировки и проведения измерений с использованием средств измерений, рассматриваемых в лабораторном практикуме.

Предусмотрено проведение серий прямых однократных и многократных измерений различных параметров с последующей обработкой полученных результатов наблюдений.

Приведено описание поэтапной обработки результатов измерений с нахождением грубых, переменных систематических погрешностей, с проверкой нормальности распределения результатов наблюдений, с определением оценки границ неисключенной систематической погрешности результатов измерений. Приведены примеры решения типовых задач.

Пособие предназначено для выполнения лабораторных работ по дисциплине "Метрология, стандартизация и сертификация".

Табл. 30. Ил. 20. Библиогр.: 5 назв.

Рекомендовано Редакционно-издательским Советом СПбГАСУ в качестве учебного пособия

ISBN978-5-9227-0192-1 © В.И.Новиков, О.В.Кузьмин, В. Е. Гордиенко, Е.Г.Гордиенко, В. А. Норин, 2014

архитектурно-строительный университет, 2014

Введение

Настоящее пособие призвано помочь студентам ознакомиться с приборами и средствами измерения, применяемыми в практике контроля экологии среды обитания, и приобрести необходимые навыки работы с ними. В результате выполнения всего комплекса лабораторных работ студент должен знать принципиальное устройство и назначение приборов и средств измерений, имеющихся в лаборатории, и уметь с их помощью выполнять измерения и производить обработку полученных результатов измерений.

Лабораторная работа № 35

Измерение уровня влажности прибором TESTO 606-2

И определение грубых погрешностей

Цель лабораторной работы – изучение методик проведения измерений с применением прибора testo 606-2 и обнаружения грубых погрешностей с применением критериев Романовского, Шарлье и Диксона.

При выполнении лабораторной работы необходимо:

1) изучить сущность понятия «влажность» и ее нормирование;

2) ознакомиться с устройством и принципом работы прибора;

3) изучить порядок работы с прибором;

4) освоить методику проведения измерений;

5) провести измерение уровня влажности прибором testo 606-2;

6) обработать полученные результаты исследований.

Оснащение участка лабораторной работы:

Оборудование – прибор для измерения влажности материалов, влажности и температуры воздуха testo 606-2

Объект измерений – образцы из сосны, кирпича, бетона и т.д.

Справочная литература – паспорт прибора, выписка из инструкции по устройству и эксплуатации, ГОСТы, СНиПы, СанПиНы, плакаты, нормативно-техническая документация.

Физические основы метода

Влажность – показатель содержания воды в физических телах или средах, является одним из показателей качества материалов и регламентируется ГОСТами.

Влажность обычно характеризуется количеством воды в веществе, выраженным в процентах (%) от первоначальной массы влажного вещества (массовая влажность) или ее объема (объемная влажность). Влажность можно характеризовать также влагосодержанием, или абсолютной влажностью – количеством воды, отнесенным к единице массы сухой части материала. Такое определение влажности широко используется для оценки качества древесины. Вода, проникающая в капилляры, оказывает разрушающее действие на кремниевые строительные материалы. Снижение прочности строительных материалов под воздействием влаги, обусловлено адсорбированным облегчением деформаций, одновременно, расклинивающее действие водных пленок приводит к снижению однородности структуры. При циклическом замораживании и оттаивании, резко падает прочность пористых строительных материалов. Кроме того, вода, при миграции в капиллярах, переносит растворы солей, которые, при кристаллизации, приводят к снижению прочности. Под действием влаги, тепла, света образуются микроорганизмы, которые ускоряют процесс разрушения строительных конструкций.

Водопоглощение различных строительных материалов колеблется в очень широких пределах. Водопоглощение — это способность материала впитывать в себя воду и удерживать ее. Величина водопоглощения определяется разностью веса образца, насыщенного водой, и веса сухого образца.

Различают объемное водопоглощение В_об, когда указанная разность весов отнесена к объему образца, и весовое водопоглощение В_вес, когда эта разность отнесена к весу сухого образца.
Если вес сухого образца обозначить G₁ вес насыщенного водой образца G₂, а объем образца V, то можно написать формулу для вычисления:

Так, весовое водопоглощение глиняного обыкновенного кирпича составляет от 8 до 20, керамических плиток – не выше 2, бетона – около 3, гранита – 0,5-0,7 и гидроизоляционного материала (гидроизола) – 2%. Установление степени влажности многих продуктов, материалов и т.п. имеет важное значение, т.к. только при определенной влажности многие тела (цемент и др.) являются пригодными для той цели, для которой они предназначены. Измерение влажности входит в комплекс работ выполняемых во время проведения строительной экспертизы и технического надзора.

Влажность воздуха – это величина, характеризующая содержание водяных паров в атмосфере Земли – одна из наиболее существенных характеристик погоды и климата. Абсолютная влажность воздуха (f) – это количество водяного пара, фактически содержащегося в 1 м³ воздуха. Определяется как отношение массы содержащегося в воздухе водяного пара к объему влажного воздуха. Обычно используемая единица абсолютной влажности – грамм на метр кубический, г/м³. Относительная влажность воздуха (φ) – это отношение его текущей абсолютной влажности к максимальной абсолютной влажности при данной температуре. Она также определяется как отношение парциального давления водяного пара в газе к равновесному давлению насыщенного пара. Относительная влажность обычно выражается в процентах.

Одним из необходимых условий высокой производительности труда, нормальной жизнедеятельности человека является обеспечение оптимальных микроклиматических условий на рабочем месте. Микроклимат зависит от теплофизических особенностей технологического процесса, климата, сезона года, условий отопления, вентиляции и характеризуется температурой, относительной влажностью, скоростью движения воздуха и атмосферным давлением. Одной из важных характеристик организма человека является средняя температура тела (внутренних органов), которая зависит от степени нарушения теплового баланса, и уровня энергозатрат при выполнении физической работы. Гигиенические нормативы учитывают сезоны года: холодный и теплый. Холодный период характеризуется среднесуточной температурой наружного воздуха +10°С и ниже, теплый выше +10°С.

Нормативы рассматривают два уровня критериев:

– оптимальные условия микроклимата;

– допустимые условия микроклимата.

Показатели нормативов для влажности воздуха в рабочих помещениях см. в работе № 39 «Измерение скорости движения воздуха прибором ТКА-ПКМ 50 и обработка полученных результатов однократных измерений».

Результаты измерений

4. По окончании измерений выключить прибор (нажать и удерживать, пока не погаснет дисплей.).

5. Провести обработку полученных экспериментальных данных с определением грубых погрешностей с привлечением методик их исключения, описанных ниже в п. 5 "Грубые погрешности и методы их исключения".

6. Составить отчет о работе.

7. Сделать вывод о наличии грубых погрешностей.

Критерий Романовского

Критерий Романовского применяется, если число измерений n<20. При этом вычисляется отношение:

, (1)

где – проверяемое значение, – среднее арифметическое значение измеряемой величины, S_x – среднее квадратическое отклонение.

Далее расчетное значение b сравнивается с критерием b_т, выбранным по табл. 3. Если b³b_т, то результат x_i считается промахом и отбрасывается.

Таблица 3

Значения критерия Романовского b = f ( n )

Пример решения

При шестикратном измерении получены следующие результаты: 25.155; 25,150; 25.165; 25.165; 25.160; 25.180 м. Последний результат вызывает сомнения. Производится проверка по критерию Романовского, не является ли он промахом.

Находится среднее арифметическое значение:

(2)

Определяется среднее квадратическое отклонение. Для удобства вычислений составляется табл. 4.

Оценка СКО – (3)

Вычисляется b для сомнительного результата

(4)

Таблица 4

Критерий Шарлье

Критерий Шарлье используется, если число измерений велико (n > 20). Пользуясь данным критерием, отбрасывается результат, для значения которого выполняется неравенство:

(5)

Пример решения

При проведении измерений были получены следующие результаты (табл. 5).

Таблица 5

Значения критерия Шарлье

т. е. . Таким образом, проверяемое значение 23,66 не является промахом и не отбрасывается.

Критерий Диксона

При использовании данного критерия полученные результаты измерений записываются в вариационный возрастающий ряд x ₁ < x ₂ < … < x_n .. Расчетное значение критерия определяется как

. (7)

В случае, если расчетное значение критерия будет больше критического значения Z_q, то проверяемое значение считается промахом и отбрасывается. Критические значения критерия приведены в табл. 7.

Пример решения

Было произведено шесть измерений. Получены следующие результаты: 25,1; 25,2; 24,9; 25,6; 25,1; 25,2 м. Результат 25,6 м существенно отличается от остальных. Производится проверка, не является ли он промахом.

Таблица 7

Значения критерия Диксона

Составляется вариационный возрастающий ряд из результатов измерений: 24,9; 25,1; 25,1; 25,2; 25,2; 25,6 м. Для крайнего члена этого ряда 26,6 м расчетный критерий Диксона

Как следует из табл. 6, по этому критерию результат 25,6 м может быть отброшен как промах при уровне значимости q=0,05.

Содержание отчета

1. Цель и задачи работы.

2. Краткая характеристика влажности, как параметра качества.

3. Краткая характеристика прибора TESTO 606-2.

4. Методика измерения уровня влажности.

5. Обнаружение грубых погрешностей с использованием критериев Романовского, Шарлье и Диксона.

6. Выводы по работе.

Лабораторная работа № 36

Физические основы метода

Важнейшим источником информации, поступающей в мозг человека из внешней среды, является зрение. Качество информации, получаемое посредством зрения, во многом зависит от освещения. Освещение, удовлетворяющее гигиеническим и экологическим требованиям, называется рациональным. Рациональное освещение производственных помещений оказывает положительное психофизиологическое воздействие на работающих. Способствует повышению производительности труда, обеспечению его безопасности, сохранению высокой работоспособности человека в процессе труда. При недостаточной освещенности и плохом качестве освещения состояние зрительных функций находится на низком исходном уровне, повышается утомление зрения в процессе выполнения работы, возрастает опасность травм. С другой стороны, существует опасность отрицательного влияния на органы зрения слишком большой яркости (блескости) источников света. Следствием этого может явиться временное нарушение зрительных функций глаза (явление слепимости). Кроме того, следует учитывать, что основная обработка изображения происходит в мозге, поэтому при нерациональной освещенности зрительный аппарат, центральная нервная система и мозг функционируют в перенапряженном режиме, что сказывается на самочувствии человека.

Свет (видимое излучение) – представляет собой излучение, которое, воздействуя на рецепторы сетчатки (палочки и колбочки), вызывает зрительное ощущение.

По своей природе это электромагнитные волны длиной от 380 до 760 нм (1 нм =10^{-9 м). Наибольшая чувствительность зрения – к излучению длиной волны 555 нм (желто-зеленый цвет), которая уменьшается к границам видимого спектра.}

Свет характеризуется количественными и качественными показателями. К количественным показателям относятся: световой поток, сила света, освещенность, яркость и некоторые другие.

Сила света I – пространственная плотность светового потока в заданном направлении. Она равна отношению светового потока к величине телесного угла (стерадиана), в котором он излучается. Единицей силы света является кандела (кд).

Световой поток Ф – поток лучистой энергии через произвольную площадь в единицу времени. Единица светового потока люмен (лм) – это световой поток, излучаемый точечным источником с телесным углом в 1 стерадиан при силе света равной 1 канделе.

Освещенность Е – поверхностная плотность светового потока. Единица освещенности люкс (лк) – освещенность поверхности площадью 1 кв.м при световом потоке падающего на него излучения равном 1 люмену.

Производственное освещение бывает естественным, искусственным и совмещенным.

Естественное освещение обусловлено прямыми солнечными лучами и рассеянным светом небосвода и меняется в зависимости от географической широты, времени суток, времени года, степени облачности, прозрачности атмосферы. Основной характеристикой естественной освещенности является коэффициент естественной освещенности (КЕО), определяемый соотношением:

(8)

где Е_внут – освещенность в данной точке помещения; Е_внеш – освещенность на горизонтальной поверхности под открытым небосводом.

Искусственное освещение применяется при недостаточности естественного освещения или отсутствии его (в темное время суток). По функциональному назначению искусственное освещение разделяется на: рабочее, аварийное, эвакуационное, охранное и дежурное. Искусственное освещение создается искусственными источниками света: лампами накаливания или газоразрядными лампами

Совмещенное освещение представляет собой дополнение естественного освещения искусственным в светлое время суток при недостаточном по нормам естественном освещении.

Искусственное освещение может быть общим и местным. При общем освещении светильники размещают в верхней зоне равномерно (равномерное освещение) или применительно к расположению оборудования (локализованное освещение).

При местном освещении световой поток от светильников концентрируется непосредственно на рабочих местах. При дополнении общего освещения местным оно называется комбинированным освещением.

Для искусственного освещения помещений рекомендуется применение газоразрядных ламп (люминесцентных, дуговых ртутных, металлогалогенных и др.).

Как правило, на рабочих местах должно использоваться естественное и искусственное освещение. Одно местное освещение в производственных условиях не применяется, так как резкий контраст между ярко освещенными и неосвещенными участками утомляет глаз, замедляет процесс работы и может послужить причиной несчастных случаев и аварий. Минимальная величина освещенности, создаваемая общим освещением в системе комбинированного освещения, должна быть не менее 10% от нормированной величины.

Нормирование освещенности рабочего места производится в зависимости от точности зрительной работы, характеризуемой размерами объекта различения. На условия зрительной работы, ее разряд кроме размеров объекта различения (деталь предмета с минимальными размерами) влияют также контраст с фоном, яркость фона и система освещения. Значения нормативных данных освещенности рабочего места определяются по СНиП 23–05–95 (2003) Строительные нормы и правила «Естественное и искусственное освещение»; СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 «Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий» и другими, в том числе ведомственными нормативными документами.

Для естественного освещения регламентирован коэффициент естественной освещенности (КЕО) %; для искусственного – наименьшая освещенность на рабочих поверхностях в производственных помещениях, лк.

Согласно СНиП зрительные работы делятся на 8 разрядов в зависимости от размера различаемой детали; разбиваются на подразряды (а, б, в, г) в зависимости от контраста детали различения с фоном и от коэффициента отражения фона. Для каждого подразряда установлены определенные наименьшие значения освещенности, понижающиеся по мере увеличения размера деталей, увеличения контраста с фоном, увеличения коэффициента отражения и др.

По СНиП определяются нормы освещенности для отдельных разрядов работ при соответствующей системе освещения, а также КЕО, что необходимо для проектирования зданий и сооружений. Горизонтальная освещенность в лабораториях высших учебных заведений – 400 лк (из СанПиН 2.2.1/2.1.1. 1278-03).

Результаты измерений

Рис. 3. Поддиапазоны измерения освещенности

8. Провести обработку полученных экспериментальных данных по методике, описанной ниже в разделе «Обнаружение переменных систематических погрешностей».

9. Составить отчет о работе.

10. Сделать вывод об уровне освещенности рабочих мест в лабораторном помещении.

Пример решения

Используя способ последовательных разностей, определить, присутствует ли переменная систематическая погрешность в ряду измерений, приведенных в табл. 10.

Таблица 10

Значения критерия Фишера

Здесь к₁=s –1, k₂= N –s.

Пример

Было произведено 20 измерений четырьмя различными инструментами. Каждым из них проводилось по пять измерений. Определить, присутствует ли в результатах измерения, приведенных в табл. 12, переменная систематическая погрешность.

Таблица 12

Результаты измерений

Пример решения

Внутрисерийная дисперсия:

(17)

Межсерийная дисперсия:

(18)

Здесь

(19)

Определяется расчетное значение критерия Фишера:

(20)

Критическое значение F_q=3,24 (см. табл. 10). Таким образом F < F_q, т.е. в результатах измерения отсутствует переменная систематическая погрешность.

Содержание отчета

1. Цель и задачи работы.

2. Краткая теоретическая часть.

3. Краткая характеристика прибора ТКА-ЛЮКС.

4. методика измерения уровня освещенности.

5. Обнаружение переменных систематических погрешностей.

6. Выводы по работе.

Лабораторная работа № 37

Физические основы метода

Шум и классификация

Шум – совокупность апериодических звуков различной интенсивности и частоты. С физиологической точки зрения шум – это всякий неблагоприятный воспринимаемый звук.

Шумы подразделяются по следующим признакам классификации:

а).по спектру:

– стационарные;

– нестационарные.

б) по характеру спектра:

– широкополосный шум с непрерывным спектром шириной более 1 октавы;

– тональный шум, в спектре которого имеются выраженные тона. Выраженным тон считается, если одна из третьоктавных полос частот превышает остальные не менее, чем на 10 дБ.

в) по частотной характеристике:

– низкочастотный (<400 Гц);

– среднечастотный (400÷1000 Гц);

– высокочастотный (>1000 Гц).

г) по временным характеристикам:

– постоянный;

– непостоянный, который в свою очередь делится на колеблющийся, прерывистый и импульсный.

д) по природе возникновения:

– механический;

– аэродинамический;

– гидравлический;

- электромагнитный.

Шум звукового диапазона замедляет реакцию человека на поступающие от технических устройств сигналы, это приводит к снижению внимания и увеличению ошибок при выполнении различных видов работ. Шум угнетает центральную нервную систему (ЦНС), вызывает изменения скорости дыхания и пульса, способствует нарушению обмена веществ, возникновению сердечно-сосудистых заболеваний, язвы желудка, гипертонической болезни.

При воздействии шума высоких уровней (более 140 дБ) возможен разрыв барабанных перепонок, контузия, а при еще более высоких (более 160 дБ) – и смерть.

Измерение шумов

Для количественной оценки шума используют усредненные параметры, определяемыми на основании статистических законов. Для измерения характеристик шума применяются шумомеры, частотные анализаторы, коррелометры и др. Уровень шума чаще всего измеряют в децибелах.

Ниже приведены значения сила звука в децибелах для типичных условий:

- разговор: 40÷45 дБ;

- офис: 50÷60 дБ;

- улица: 70÷80 дБ;

- фабрика (тяжелая промышленность): 70÷110 дБ;

- старт реактивного самолета: 120 дБ.

Средства измерения шума

Шумомер – прибор для объективного измерения уровня звука. В Российской Федерации действует стандарт ГОСТ 17187-81 «Шумомеры. Общие технические требования и методы испытаний», устанавливающий требования к этим приборам.

Таблица 13

Принцип работы шумомеров

Фактически шумомер представляет собой микрофон, к которому подключен вольтметр, отградуированный в децибелах. Поскольку электрический сигнал на выходе с микрофона пропорционален исходному звуковому сигналу, прирост уровня звукового давления, воздействующего на мембрану микрофона вызывает соответствующий прирост напряжения электрического тока на входе в вольтметр, что и отображается посредством индикаторного устройства, отградуированного в децибелах. Для измерения уровней звукового давления в контролируемых полосах частот, например 31,5; 63; 125 Гц и т. п., а также для измерения уровней звука (дБА), корректированных по шкале А с учетом особенностей восприятия человеческим ухом звуков разных частот, сигнал после выхода с микрофона, но до входа в вольтметр пропускают через соответствующие электрические фильтры.

Общая схема шумомера выбирается так, чтобы его свойства приближались к свойствам человеческого уха. Поскольку чувствительность уха зависит как от частоты звука, так и от его интенсивности, в шумомере используются несколько комплектов фильтров, отвечающих разной интенсивности шума. Данные фильтры позволяют имитировать амплитудно-частотную характеристику уха при заданной мощности звука. Эти фильтры называются А, B, C, D. Их амплитудно-частотные характеристики приведены в стандарте ГОСТ 17187-81 (соответствует отмененному МЭК 651).

Фильтр А примерно соответствует амплитудно-частотной характеристике «усредненного уха» при слабых уровнях шума, фильтр B – при сильных уровнях шума. Фильтр D был разработан для оценки авиационного шума.

В настоящее время для нормирования шума применяются только фильтры А и С (последний – для оценки пиковых уровней шума). Последние версии стандартов на шумомеры не устанавливают требований к фильтрам B и D.

Помимо требований к амплитудно-частотной характеристике, стандарты на шумомеры устанавливают требования к параметрам временного усреднения. В шумомерах применяется экспоненциальное усреднение F (fast) – быстро, S (slow) – медленно, I (Impulse) – импульс. Временная константа характеристики F – 1/8 с, S – 1 c. Интегрирующие шумомеры имеют также линейное усреднение и измеряют эквивалентные уровни звука, уровни звуковой экспозиции, различные виды дозы шума и пр.

Временные характеристики

Характеристику FAST (быстро) используют при относительно стабильном уровне шума.

Характеристику SLOW (медленно) используют при уровне шума, подверженном медленным вариациям.

Временную характеристику IMP (импульс) используют при уровне шума, отличающегося быстрыми вариациями и импульсными помехами.

Частотные характеристики

Частотные характеристики используют для обозначения восприятия измеряемого шума человеческим ухом.

Характеристику A выбирают при измерениях уровней шума в12диапазоне с равномерным распределением частот.

Характеристику C выбирают при измерениях уровней шума в высокочастотном диапазоне.

Включение / выключение прибора, выполнение замеров.

– Прибор включают путем кратковременного нажатия кнопки ВКЛ/ВЫКЛ. В процессе инициализации на дисплее прибора отображается версия встроенного программного обеспечения, а также серийный номер.

– Калибровку прибора выполняют до и после проведения измерений с помощью акустического калибратора с выходным сигналом 14 дБ (или 94 дБ) и диапазоне измерений прибора 60÷130 дБ. Для калибровки микрофон вставляют в гнездо акустического калибратора до упора. Прибор автоматически распознает тональный сигнал (на частоте 1 кГц) калибратора и переходит в Режим калибровки.

– Устанавливают ветрозащитный экран на микрофон перед началом измерений.

– После окончания процесса включения прибор автоматически переходит в режим отображения на дисплее главного меню – Меню измерений (внешний вид дисплея будет соответствовать представленному на рис. 5). На дисплее отображается гистограмма (Рис. 6 – а) или временная диаграмма (Рис. 6 – б). На дисплее прибора отображены текущий и максимальный уровни звука, а также соответствующие временные и частотные характеристики.

– После проведения необходимых замеров прибор автоматически отключаетося при нажатии и удержании кнопки ВКЛ/ВЫКЛ в течение 3-х секунд.

Результаты измерений

4.6. После окончания текущего измерения выключить прибор.

4.7. Повторить процесс измерения необходимое количество раз.

4.8. Провести обработку полученных экспериментальных данных по методике, описанной ниже в разделе «Предварительная оценка вида распределения результатов наблюдений».

4.9. Составить отчет о работе.

Предварительная оценка вида распределения

Результатов наблюдений

Для предварительной оценки вида распределения по полученным данным строим гистограмму распределений или полигон распределения. В начале производим группирование – разделение данных от наименьшего x_min до наибольшего x_max на r интервалов. Для количества измерений от 30 до 100 рекомендуемое число интервалов – от 7 до 9. Ширину интервала выбираем постоянной для всего ряда данных, при этом следует иметь в виду, что ширина интервала должна быть больше погрешности округления при записи данных. Ширину интервала вычисляем по формуле

(21)

Вычисленное значение h обычно округляют. Например, при h=0,0187 это значение округляют до h=0,02. Установив границы интервалов, подсчитываем число результатов измерений, попавших в каждый интервал. При построении гистограммы или полигона распределения масштаб этих графиков рекомендуется выбирать так, чтобы высота графика относилась к его основанию примерно как 3 к 5.

Пример

Построить гистограмму и полигон распределения по полученным экспериментальным данным, приведенным в табл. 16.

Пример решения

Определяют ширину интервала:

(22)

Необходимо построить гистограмму распределений (рис.7), подсчитав число экспериментальных данных, попавших в каждый интервал.

Таблица 16

Результаты измерений

Рис.7. Гистограмма распределений результатов наблюдений

Далее, строят полигон распределения (рис.8), который представляет собой кусочно-линейную аппроксимацию искомой функции плотности распределения результатов наблюдений.

Рис. 8. Полигон распределения результатов измерения

Содержание отчета

1. Цель и задачи работы.

2. Краткие теоретические сведения.

3. Краткое описание прибора testo 816-1.

4. Методика измерения уровня шума.

5. Обработка результатов измерений.

6. Выводы по работе.

Лабораторная работа № 38

Физические основы метода

Понятие температуры

Температура – это величина, характеризующая тепловое состояние тела. Согласно кинетической теории температуру определяют как меру кинетической энергии поступательного движения молекул. Отсюда температурой называют уловную статистическую величину, прямо пропорциональную средней кинетической энергии молекул тела.

Результаты измерений

6. После окончания измерений выключить прибор, не нажимая никаких клавиш дождавшись, когда экран погаснет.

7. Провести обработку полученных экспериментальных данных значений температуры по методике, описанной ниже в разделе «Проверка гипотезы о нормальности распределения полученных результатов наблюдений».

8. Составить отчет о работе.

Пример

В табл. 23 приведены результаты измерения угла одним оператором, одним и тем же теодолитом, в одних и тех же условиях. Проверить, можно ли считать, что приведенные в табл. 23 данные принадлежат совокупности, распределенной нормально.

Таблица 22

Значения доверительной вероятности Р

Таблица 23

Результаты исследований

Оценка измеряемой величины равна:

(28)

(29)

Средние квадратические отклонения S и S ^* находим по формулам:

(30)

(31)

Оценка параметра d составляют

(32)

Уровень значимости критерия 1 принимают q=2%. Из табл. 21 находят d_1%=0,92 и d_99%=0,68. При определении d_1% и d_99% используют линейную интерполяцию ввиду того, что значение n=14 в таблице отсутствует. Критерий 1 выполняют, так как В нашем случае это – 0,68<0,88<0,92.

Проверяют критерий 2. Выбрав уровень значимости q=0,05 для n=14 из табл. 22, находят Р=0,97. Из табл. 24 определяют z_p _/2=2,17.

Тогда

S ∙ z_p _/2=3,245∙2,17=7,042. (33)

Таблица 24

Значения Р-процентных точек нормированной функции Лапласа

Согласно критерию 2, не более одной разности может превзойти 7,042. Из данных табл. 23 следует, что ни одно отклонение не превосходит 7,042.

Следовательно, гипотеза о нормальности распределения данных подтверждается. Уровень значимости составного критерия: q£0,02+0,05=0,07, т.е. гипотеза о нормальности распределения результатов измерения подтверждается при уровне значимости не более 0,07.

Содержание отчета

1. Цель и задачи работы

2. Краткие теоретические сведения

3. Краткая характеристика пирометра Кельвин-компакт 1200

4. Методика измерения температуры поверхности объекта

5. Обработка результатов измерений

8. Выводы по работе

Лабораторная работа № 39

Измерений

Цель лабораторной работы – обработка результатов прямых однократных измерений при определении одного из параметров микроклимата в лабораторных помещениях.

При выполнении лабораторной работы необходимо:

1) изучить показатели микроклимата и их нормирование;

2) ознакомиться с устройством и принципом работы прибора ТКА-ПКМ 50;

3) изучить порядок работы с анемометром ТКА-ПКМ 50;

4) освоить методику проведения измерений;

5) провести однократное измерение скорости движения воздуха прибором анемометр ТКА-ПКМ 50;

6) обработать полученные результаты исследований.

Оснащение участка лабораторной работы:

Оборудование – анемометр ТКА-ПКМ 50.

Объект измерения – у раскрытого окна в помещении лаборатории.

Физические основы метода

С изменением параметров микроклимата или условий труда нарушаются условия для теплового баланса. Одним из основных параметров микроклимата является скорость движения воздуха (подвижность воздуха). Человек начинает ощущать движение воздуха при его скорости примерно 0,1 м/с. Легкое движение воздуха при обычных температурах способствует хорошему самочувствию, сдувая обволакивающий человека насыщенный водяными парами и перегретый слой воздуха. В то же время большая скорость движения воздуха, особенно в условиях низких температур, вызывает увеличение теплопотерь конвекцией и испарением и ведет к сильному охлаждению организма. Особенно неблагоприятно действует сильное движение воздуха при работах на открытом воздухе в зимних условиях.

Нормирование показателей микроклимата производится с учетом интенсивности энергозатрат работающих, времени выполнения работы и периодов года.

Нормативы рассматривают два уровня критериев:

– оптимальные условия микроклимата;

– допустимые условия микроклимата.

Оптимальные микроклиматические условия установлены по критериям оптимального теплового и функционального состояния человека. Они обеспечивают общее и локальное ощущение теплового комфорта в течение 8-часовой рабочей смены при минимальном напряжении механизмов терморегуляции, не вызывают отклонений в состоянии здоровья. Оптимальные величины показателей микроклимата необходимо соблюдать на рабочих местах производственных помещений, на которых выполняются работы операторского типа, связанные с нервно-эмоциональным напряжением (в кабинах, на пультах и постах управления технологическими процессами, в залах вычислительной техники и др.) и в других случаях.

Оптимальные параметры микроклимата на рабочих местах должны соответствовать величинам, приведенным в табл. 25, применительно к выполнению работ различных категорий в холодный и теплый периоды года.

Допустимые микроклиматические условия установлены по критериям допустимого теплового и функционального состояния человека на период 8-часовой рабочей смены. Они не вызывают повреждений или нарушений состояния здоровья, но могут приводить к возникновению общих и локальных ощущений теплового дискомфорта, напряжению механизмов терморегуляции, ухудшению самочувствия и понижению работоспособности.

Допустимые величины показателей микроклимата устанавливаются в случаях, когда по технологическим требованиям, техническим и экономически обоснованным причинам не могут быть обеспечены оптимальные величины.

Таблица 25

Результаты измерений

Пример

При однократном измерении физической величины получено показание средства измерения x=10. Определить, чему равно значение измеряемой величины, если экспериментатор обладает следующей априорной информацией о средстве измерений и условиях выполнения измерений: класс точности средства измерений 2; пределы измерений 0…50; значение аддитивной поправки q_а=–0,5, СКО S_x=0,1.

Пример решения

1.1 Анализ имеющейся априорной информации: имеется класс точности средства измерения, аддитивная поправка, СКО.

1.2 При измерении получено значение: x=10.

1.3 За пределы неисключенной систематической погрешности принять пределы допускаемой абсолютной погрешности прибора, которые находят как:

(37)

где x_N – нормирующее значение, в данном случае равное диапазону измерения средства измерения x_N =50; g – нормируемый предел допускаемой приведенной погрешности, который определяют из класса точности средства измерения g=2,0 %.

(38)

Таким образом, θ = ±1.

1.4. Находят границы случайной составляющей погрешности измерения:

(39)

1.5. Определяют суммарную погрешность результата измерения.

Так как θ>8S_x, то за границы суммарной погрешности принимают границы неисключенной систематической погрешности Δ_p= 1

1.7. В результат измерения вносят поправку:

X=x+θ_a=10+0,5=10,5 (40)

1.8. Записывают результаты измерений: 10,5±1,0; P_Д=0,95.

Содержание отчета

1. Цель и задачи работы.

2. Краткая характеристика основных параметров микроклимата помещений.

3. Краткая характеристика прибора ТКА-ПКМ 50

4. Методика измерения подвижности воздуха.

5. Обработка результатов прямых однократных измерений.

6. Выводы по работе.

Лабораторная работа № 40

Физические основы метода

Газоанализатор – измерительный прибор для определения качественного и количественного состава смесей газов. Различают газоанализаторы ручного действия и автоматические. Среди первых наиболее распространены абсорбционные газоанализаторы, в которых компоненты газовой смеси последовательно поглощаются различными реагентами. Автоматические газоанализаторы непрерывно измеряют какую-либо физическую или физико-химическую характеристику газовой смеси или ее отдельных компонентов.

По принципу действия автоматические газоанализаторы могут быть разделены на три группы:

1 Группа. Приборы, основанные на физических методах анализа, включающих вспомогательные химические реакции. При помощи таких газоанализаторов, называемых объемно-манометрическими или химическими, определяют изменение объема или давления газовой смеси в результате химических реакций ее отдельных компонентов.

2 Группа. Приборы, основанные на физических методах анализа, включающих вспомогательные физико-химические процессы (термохимические, электрохимические, фотоколориметрические, хроматографические и др.). Термохимические, основанные на измерении теплового эффекта реакции каталитического окисления (горения) газа, применяют главным образом для определения концентраций горючих газов (например, опасных концентраций окиси углерода в воздухе). Электрохимические позволяют определять концентрацию газа в смеси по значению электрической проводимости раствора, поглотившего этот газ. Фотоколориметрические, основанные на изменении цвета определенных веществ при их реакции с анализируемым компонентом газовой смеси, применяют главным образом для измерения микроконцентраций токсичных примесей в газовых смесях – сероводорода, окислов азота и др. Хроматографические наиболее широко используют для анализа смесей газообразных углеводородов.

3 Группа. Приборы, основанные на чисто физических методах анализа (термокондуктометрические, денсиметрические, магнитные, оптические и др.). Термокондуктометрические, основанные на измерении теплопроводности газов, позволяют анализировать двухкомпонентные смеси (или многокомпонентные при условии изменения концентрации только одного компонента). При помощи денсиметрических газоанализаторов, основанных на измерении плотности газовой смеси, определяют главным образом содержание углекислого газа, плотность которого в 1,5 раза превышает плотность чистого воздуха. Магнитные газоанализаторы применяют главным образом для определения концентрации кислорода, обладающего большой магнитной восприимчивостью. Оптические газоанализаторы основаны на измерении оптической плотности, спектров поглощения или спектров испускания газовой смеси. При помощи ультрафиолетовых газоанализаторов определяют содержание в газовых смесях галогенов, паров ртути, некоторых органических соединений.

Газоанализаторы различных групп применяются в следующих сферах народно-технического хозяйства:

- Экология и охрана окружающей среды: определение концентрации вредных веществ в воздухе;

- В системах управления двигателями внутреннего сгорания (например, лямбда-зонд) и регулирования горения котлов теплоэлектростанций;

- На химически опасных производствах;

- При определении утечек в холодильном оборудовании (фреоновые течеискатели);

- При определении негерметичности газового и вакуумного оборудования (обычно используются гелиевые течеискатели);

- На взрывоопасных и пожароопасных производствах для определения содержания горючих газов в процентах от НКПР;

- В дайвинге для определения состава газовой смеси в баллонах для погружений;

- В подвалах, колодцах, приямках перед проведением огневых работ.

Результаты измерений

Результатов измерений

На этом этапе определяется среднее арифметическое значение измеряемой величины, СКО результата измерений S_x .

В соответствии с критериями, исключаются грубые погрешности, после чего проводится повторный расчет оценок среднего арифметического значения и его СКО.

5.2.Определение закона распределения результатов

Пример

Произвести обработку результатов измерений, данные которых представлены в табл. 30.

Пример решения

Результатов измерений

Определяют среднее арифметическое значение результатов измерений:

(42)

Среднее квадратическое отклонение результатов измерения:

(43)

Производят проверку наличия грубых погрешностей в результатах измерения по критерию Диксона.

Таблица 30

Результаты измерений

Составляют вариационный возрастающий ряд из результатов измерений: 36,007; 36,008; 36,009; 36,010; 36,011; 36,012.

Находят расчетное значение критерия для значения 36,012

(44)

Как следует из табл. 7, по этому критерию результат 36,012 не является промахом при всех уровнях значимости.

Предварительная оценка вида распределения результатов

Запись результата измерения

Результат измерения – при доверительной вероятности Р=0,95.

Содержание отчета

1. Цель и задачи работы.

2. Краткие теоретические сведения.

3. Краткая характеристика прибора TESTO 327-1.

4. Методика измерения концентрации вредных веществ.

5. Обработка результатов измерений.

6. Выводы по работе.

Рекомендуемая литература:

1. Сергеев А.Г. Метрология. Учебное пособие для вузов. [Текст] / А.Г. Сергеев, В.В. Крохин – М.: Логос, 2000.– 408 с.

2. Бронштейн И.Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов. [Текст] / И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. – М.: Наука, 1986.- 544 с.

3. Радкевич Я. М. Метрология, стандартизация и сертификация. [Текст] / Я. М. Радкевич, Ф. Г. Схиртладзе. – М.: Высшая школа, 2004. – 767 с.

4. Шишкин И.Ф. Метрология, стандартизация и управление качеством. [Текст] / И.Ф. Шишкин – М.: Изд-во стандартов, 1990.

5. Селиванов М.Н. Качество измерений [Текст] / М.Н.Селиванов, А.Э. Фридман, Ж.Ф. Кудряшова. – Л.: Лениздат, 1987. – 295 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Введение………………………..………………………..............3

2. Лабораторный практикум………………………………............3

Лабораторная работа № 35. Измерение уровня

влажности прибором TESTO 606-2 и определение

грубых погрешностей ….………………………………….....3

Лабораторная работа № 36. Измерение уровня

освещенности прибором ТКА-ЛЮКС и определение

переменных систематических погрешностей……………..15

Лабораторная работа № 37. Измерение уровня шума

прибором TESTO 816-1 и предварительная оценка вида

распределения полученных результатов наблюдений…….28

Лабораторная работа № 38. Измерение температуры

поверхности объекта пирометром Кельвин-компакт 1200

и проверка выполнения закона нормального

распределения полученных результатов наблюдений …....41

Лабораторная работа № 39. Измерение скорости

движения воздуха прибором ТКА-ПКМ 50 и обработка

полученных результатов однократных измерений………...55

Лабораторная работа № 40. Измерение концентрации

вредных веществ в воздухе прибором TESTO 327-1 и

обработка полученных результатов прямых

многократных измерений……………………………………66

Рекомендуемая литература………………………………….81

Учебное издание

Новиков Виталий Иванович

Кузьмин Олег Владимирович

Гордиенко Валерий Евгеньевич

Гордиенко Евгений Григорьевич

Норин Вениамин Александрович

ЭКОЛОГИЯ СРЕДЫ

Лабораторный практикум

по дисциплине "Метрология, стандартизация и сертификация"

(Часть V. Лабораторные работы № 35–40)

Учебное пособие

Редактор О. Д. Камнева

Корректоры М. А. Котова, К. И. Бойкова

Компьютерная верстка И. А. Яблоковой

Подписано к печати . Формат 60´84 1/16. Бум. офсетная.

Усл. печ. л. . Тираж 300 экз. Заказ. «С»

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет.

190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4

Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 5

В.И. НОВИКОВ, О.В. КУЗЬМИН, В.Е. ГОРДИЕНКО,

Е.Г. ГОРДИЕНКО, В.А.НОРИН

ЭКОЛОГИЯ СРЕДЫ

Лабораторный практикум

по дисциплине "Метрология, стандартизация и сертификация"

(Часть V. Лабораторные работы № 35–40)

Учебное пособие

Санкт-Петербург

2014

УДК 621. 753. 1/2: 389 (076)

Рецензенты: д-р техн. наук, проф. С.А. Евтюков (ФГБОУ ВПО СПбГАСУ)

д-р техн. наук, проф. И.А. Иванов (ФГБОУ ВПО ПГУПС)

ISBN 978-5-9227-0192-1

Табл. 30. Ил. 20. Библиогр.: 5 назв.

Рекомендовано Редакционно-издательским Советом СПбГАСУ в качестве учебного пособия

архитектурно-строительный университет, 2014

Введение

Лабораторная работа № 35

Дата: 2019-03-05, просмотров: 291.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒