Как определить когда наступило выравнивание. Выравнивание статистических рядов

Для измерения разности температур (ΔТ).служит метастатический термометр, известный под названием термометра Бекмана. Его особенностью является наличие в верхней части термометра дополнительного резервуара, в который при желании может быть переведена часть ртути из основного резервуара. Это дает возможность использовать один и тот же термометр для проведения измерений в разных интервалах температур. Шкала такого термометра охватывает интервал температур в 5-6º и разделена на деления, соответствующие 0,01º. Разумеется, при различных наполнениях ртутью основного резервуара термометра 1º шкалы его будет отвечать различным интервалам температуры. Таким образом, следует помнить, что шкала такого термометра имеет лишь условный характер, и для перевода разности температур, отмеченной по термометру, к действительному значению разности температур необходимо ввести поправку на так называемое «значение градуса». Эта поправка обычно дается в паспорте термометра для различных интервалов температур (т.е. для различных наполнений ртутью резервуара).

Настройка метастатического термометра, шкала которого охватывает 5º , на нужный диапазон температур производится следующим образом. Предположим, требуется применить термометр в интервале температур 20 - 25º, т.е. нуль шкалы термометра должен соответствовать 20º С. Держа термометр в руках в наклонном положении (главный резервуар должен быть выше дополнительного) и слегка постукивая по нему пальцем (для преодоления трения ртути о стенки капилляра), добиваются того, чтобы ртуть начала перетекать из главного резервуара в дополнительный. Затем, повернув термометр главным резервуаром вверх и слегка встряхивая его, заставляют ртуть, находившуюся ранее в дополнительном резервуаре, соединиться с ртутью, выступающей из капилляра; затем осторожно, не встряхивая термометра, переводят его в нормальное положение (главным резервуаром вниз) и переносят в ванну (стакан с водой, имеющий температуру на 6º выше заданной, т.е. в нашем случае 26º С). Эта операция должна быть проделана так осторожно, чтобы столбик ртути в дополнительном резервуаре не разрывался. Выждав некоторое время, необходимое для выравнивания температур термометра и ванны, резко встряхивают термометр и заставляют ртуть, находящуюся в дополнительном резервуаре, упасть на дно. После этого термометр вынимают из ванны и дают охладиться, - держа в вертикальном положении, чтобы избежать возможности соединения ртути, находящейся в главном резервуаре, с ртутью, оставленной в дополнительном резервуаре. Какой именно температуре соответствует теперь метка «0» термометра, определяется сравнением его с проверенным термометром. В нашей работе используется довольно точный (точность до 0,01º) электронный термометр на сопротивлении.

В ходе калориметрического опыта, проводимого в изотермическом калориметре, происходит теплообмен с окружающей средой, следствием чего являются тепловые потери в окружающую среду. Определить действительное значение ΔТ по данным, полученным в результате калориметрического опыта можно двумя способами: аналитическим и графическим.

В нашей работе принят графический метод определения ΔТ, как более простой, по надежности не уступающий аналитическому.

Температура калориметрической системы во время опыта изменяется как за счет теплоты процесса, так и вследствие теплообмена со средой (оболочкой) и нагревания при перемешивании. Таким образом, измеренное измерение температуры ΔT изм отличается от истинного Т; отвечающего теплоте изучаемого процесса.

Характер теплообмена определяют по временному ходу температуры в течение каждого опыта. Поправку на теплообмен вводят либо аналитически,

либо с помощью описываемого ниже графического метода Ланге-Мищенко. Если продолжительность опыта не превышает двадцати минут, то второй способ предпочтителен.

Весь опыт делят на 3 периода (рисунок 4) : предварительный, продолжающийся не менее 5 минут, главный с продолжительностью, зависящей от скорости реакции и скорости перемешивания, и заключительный, продолжающийся также не менее 5 минут.

Рисунок 4 Графическое определение  T

Для опытов следует пользоваться дистиллированной водой, отмеряя ее мерным цилиндром. Количество воды определяется размером калориметра. Воду вливают во внутренний стакан калориметра (необходимо, чтобы температура воды в калориметре отличалась от температуры комнаты не более, чем на 1,0°С. Затем, производят измерение температуры калориметра через равные промежутки времени (30 сек). Время отмечается по секундомеру.

Первые 11 отсчетов температуры составляют так называемый «начальный» период опыта. Его назначение - измерить «ход» температуры калориметра, т.е. изменение его температуры со временем до начала теплового процесса в калориметре. Этот «ход» должен быть постоянен, т.е. разность между последовательными отсчетами не должна различаться более, чем 0,001 - 0,002°. Предварительный период начинается с момента, когда изменение температуры становится постоянным и не превышает ±0,050 - 0,040 °С/мин (в противном случае следует изменить перепад температур оболочки и реактора). Измерения при постоянном ходе температуры производят десять раз, а через следующие 30 сек. проводят реакцию (например, смешивают жидкости) или включают нагреватель.

С этого момента начинается главный период, в котором, как и в начальном периоде, продолжают проводить отсчеты температуры калориметра через каждые 30 сек. Главный период обычно длится 3-4 мин. Главный период опыта следует считать законченным, когда изменение температуры со временем становится постоянным. После этого производят еще 10 - 20 отсчетов температуры, составляющих так называемый «конечный» период опыта.

Положим, что изучаемый процесс является экзотермическим: температура быстро повышается, а затем постепенно вновь устанавливается равномерный ход температуры. Переход к нему определяет начало заключительного периода. В заключительном периоде отсчеты температуры продолжают еще 5 мин. Если по окончании изучаемого процесса температура оболочки все еще выше температуры реактора, то в заключительном периоде температура продолжает повышаться (с меньшей скоростью, чем в предварительном). Если температура реактора превысит температуру оболочки, то в заключительном периоде температура падает.

График строят в масштабе: 1-2 мм соответствует 0,01°С (см. рисунок 4 ). По оси температур можно сделать разрыв. На рисунке 1 измерение начато в момент, отвечающий точке b. Если бы тепловой эффект в реакторе не возникал, то температура продолжала бы расти по направлению прямой ab.

В точке d начался заключительный период - температура падает линейно. Допускают, что в первой половине главного периода наклон прямой отвечает закону теплопередачи в предварительном периоде, а во второй половине - закону заключительного периода. Поэтому продолжают прямые ab и de до пересечения в точках с и с" с вертикалью, проведенной через середину главного периода. Тем самым к T прибавляют величину, потерянную за счёт охлаждения при теплообмене (точка с лежит выше точки d), и вычитают эту величину, приобретенную за счет нагревания при перемешивании и теплообмене (тоска с" выше точки b). Таким образом, находят T = cc".

Более совершенным приемом выявления основной тенденции развития в рядах динамики является аналитическое выравнивание . При изучении общей тенденции методом аналитического выравнивания исходят из того, что изменения уровней ряда динамики могут быть с той или иной степенью точности приближения выражены определенными математическими функциями. Вид уравнения определяется характером динамики развития конкретного явления. На практике по имеющемуся временному ряду задают вид и находят параметры функции y=f(t) , а затем анализируют поведение отклонений от тенденции . Чаще всего при выравнивании используются следующие зависимости: линейная, параболическая и экспоненциальная. Во многих случаях моделирование рядов динамики с помощью полиномов или экспоненциальной функции не дает удовлетворительных результатов, так как в рядах динамики содержатся заметные периодические колебания вокруг общей тенденции. В таких случаях следует использовать гармонический анализ (гармоники ряда Фурье). Применение, именно, этого метода предпочтительно, поскольку он определяет закон, по которому можно достаточно точно спрогнозировать значения уровней ряда.

Целью же аналитического выравнивания динамического ряда является определение аналитической или графической зависимости y=f(t) . Функцию y=f(t) выбирают таким образом, чтобы она давала содержательное объяснение изучаемого процесса. Это могут быть различные функции.

Системы уравнений вида y=f(t) для оценки параметров полиномов по МНК

(кликабельно)

Графическое представление полиномов n-порядка

1. Если изменение уровней ряда характеризуется равномерным увеличением (уменьшением) уровней , когда абсолютные цепные приросты близки по величине, тенденцию развития характеризует уравнение прямой линии .

2. Если в результате анализа типа тенденции динамики установлена криволинейная зависимость, примерно с постоянным ускорением , то форма тенденции выражается уравнением параболы второго порядка.

3. Если рост уровней ряда динамики происходит в геометрической прогрессии, т.е. цепные коэффициенты роста более или менее постоянны, выравнивание ряда динамики ведется по показательной функции.

После выбора вида уравнения необходимо определить параметры уравнения. Самый распространенный способ определения параметров уравнения — это метод наименьших квадратов , в котором в качестве решения принимается точка минимума суммы квадратов отклонений между теоретическими (выравненными по выбранному уравнению) и эмпирическими уровнями.

Выравнивание по прямой (определение линии тренда) имеет выражение: y t = a 0 + a 1 t

• t -условное обозначение времени;
• а 0 и a 1 -параметры искомой прямой.

Параметры прямой находятся из решения системы урав­нений:

Система уравнений упрощается, если значения t подоб­рать так, чтобы их сумма равнялась Σt = 0 , т. е. начало отсчета времени перенести в середину рассматриваемого периода. Если до переноса точки отсчета t = 1, 2, 3, 4…, то после переноса:

• если число уровней ряда нечетное t = -4 -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 +4
• если число уровней ряда четное t = -7 -5 -3 -1 +1 +3 +5 +7

Таким образом, ∑t в нечетной степени всегда будет равна нулю.

Аналогично находятся параметры параболы 2-го порядка из решения системы урав­нений:

Выравнивание по среднему абсолютному приросту или среднему коэффициенту роста:

• Δ- средний абсолютный прирост ;
• К- средний коэффициент роста;
• У 0 -начальный уровень ряда;
• У n -конечный уровень ряда;
• t-порядковый номер уровня, начиная с нуля.

Построив уравнение регрессии, проводят оценку его надежности. Значимость выбранного уравнения регрессии, параметров уравнения и коэффициента корреляции следует оценить, применив критические методы оценки:

F-критерий Фишера, t–критерий Стьюдента, при этом, расчетные значения критериев сравниваются с табличными (критическими) при заданном уровне значимости и числе степеней свободы. F факт > F теор - уравнение регрессии адекватно.

n — число наблюдений (уровней ряда), m — число параметров уравнения (модели) регрессии.

Проверка адекватности уравнения регрессии (качества модели в целом) осуществляется с помощью средней ошибки аппроксимации, величина которой не должна превышать 10-12% (рекомендовано).

Рассмотрим на примере аналитическое выравнивание ряда динамики по прямой с переносом точки отсчета в середину ряда:

Аналогично случаям полубесконечного тела и пластины определяется температурное поле в стержне (рис. 18). Используя (21), получим

При, используя подстановку u 2 = t - ф и интеграл

Видно, что в стержне без поверхностной теплоотдачи (при b = 0) температура перед источником падает по закону exp(-vx/a), а позади него постоянна и равна q/(acpv). Теплоотдача уменьшает температуру.

Структура формул для полубесконечного тела (24), пластины (25), плоского слоя (26), и стержня (28) одинакова: в первый сомножитель входит плотность мощности(q, q/s, q/F), далее в показатель входят безразмерная продольная координата (критерий Пекле Ре) vx/(2a), характеризующая асимметричность температурного поля, и функция, зависящая от безразмерного радиус-вектора vR/(2a), vr/(2a) или v|х|/(2а)). Влияние поверхностной теплоотдачи характеризуется безразмерным критерием. Однотипность структуры формул и определяет однотипность температурных полей в различных телах.

Периоды теплонасыщения и выравнивания температур

Период теплонасыщения. Наступление предельного состояния процесса проявляется в том, что связанное с источником тепла подвижное температурное поле не изменяется со временем и только перемещается вместе с источником. Такое предельное состояние процесса наступает не сразу. В момент зажигания тепло дуги вводится в холодный металл, начальная температура которого постоянна во всем объеме изделия. По мере горения дуги тепло постепенно прогревает металл изделия. При этом размеры (длина, ширина, глубина) прилегающей к источнику нагретой зоны увеличиваются. Когда размеры зоны, нагретой выше определенной температуры Т т, перестают увеличиваться, считают, что процесс распространения тепла в этой зоне практически достиг предельного установившегося состояния. В более удаленных от источника тепла зонах предельное состояние наступает позже, чем в зонах, близких к источнику.

При действии неподвижного источника постоянной мощности процесс распространения тепла стремится к предельному стационарному состоянию, при котором температуры во всем поле остаются постоянными. При действии источника постоянной мощности, перемещающегося прямолинейно с постоянной скоростью, процесс распространения тепла стремится к предельному квазистационарному состоянию, при котором температуры остаются постоянными в подвижной системе координат, связанной с источником тепла.

Пусть в начальный момент t=0 тело находится при постоянной температуре, принимаемой за ноль отсчета. В момент t=0 начинает действовать источник постоянной мощности q, неподвижный (v=0) или перемещающийся прямолинейно с постоянной скоростью v. Период процесса распространения тепла от момента t=0 начала действия источника до установления предельного состояния (стационарного или квазистационарного) называется периодом теплонасыщения. В этом периоде температура T(t) любой точки тела, отнесенной к координатной системе, связанной с источником тепла (т. е. подвижной или неподвижной, в зависимости от того, движется или неподвижен источник), возрастает от начальной температуры Т(0)=0 до температуры предельного состояния, наступающей теоретически при бесконечно длительном действии источника, .

Температуру Т(t) данной точки (x,y,z) в периоде теплонасыщения, т.е. при выражают в разобранных нами ранее случаях общие уравнения процесса распространения тепла: (23) -- при точечном источнике на поверхности полубесконечного тела; (25) -- при линейном источнике в пластине с теплоотдачей.

Для удобства расчета целесообразно представить температуру Т(t) в периоде теплонасыщения произведением температуры Т пр той же точки в предельном состоянии на коэффициент теплонасыщения для той же точки

Коэффициент теплонасыщения, очевидно, возрастает от нуля в начальный момент, до единицы в предельном состоянии, . Возрастание этого коэффициента со временем характеризует интенсивность процесса насыщения теплом данной точки тела.

Коэффициенты теплонасыщения для трех основных схем процесса распространения тепла при сварке представлены на рис. 19 в зависимости от безразмерных критериев ф пропорциональных времени t, и критериев с, пропорциональных расстоянию рассматриваемой точки от источника тепла.

Для пространственного процесса распространения тепла точечного источника постоянной мощности, перемещающегося со скоростью v по поверхности полубесконечного тела (рис. 13), коэффициент теплонасыщения представлен в зависимости от безразмерных критериев расстояния и времени (рис.19, а)

Для плоского процесса распространения тепла от линейного источника постоянной мощности, перемещающегося со скоростью v в пластине толщиной s с теплоотдачей, характеризующейся коэффициентом, коэфициент теплонасыщения представлен в зависимости от безразмерных Критериев расстояния и времени (рис.19, б)

Для линейного процесса распространения тепла от плоского источника постоянной мощности, перемещающегося со скоростью v в стержне с поперечным сечением F и периметром р с теплоотдачей, характеризующейся коэффициентом, коэффициент теплонасыщения представлен в зависимости от безразмерных критериев расстояния и времени (рис. 19, в)

С возрастанием продолжительности t действия сосредоточенного источника температура во всем объеме нагреваемого тела возрастает, стремясь к предельной температуре. Чем ближе расположена к источнику рассматриваемая точка нагреваемого тела, т. е. чем меньше ее расстояние R, r или x; от источника, тем раньше начинает возрастать температура, тем быстрее она возрастает и тем раньше приближается к предельной. Таким образом, в близкой к источнику области, нагреваемой до высоких температур, период теплонасыщения заканчивается раньше, чем в удаленной области низких температур. В пластине плоский поток тепла, распространяющегося от источника, более стеснен, чем пространственный поток в полубесконечном теле, а линейный поток в стержне - более, чем плоский поток в пластине. Чем более стеснен поток тепла, тем медленнее насыщается теплом область, находящаяся на данном расстоянии от источника тепла, т. е. тем ниже коэффициент ш при данных значениях и.

Период выравнивания температуры. По окончании действия сосредоточенного источника введенное. им тепло продолжает распространяться по металлу изделия вследствие теплопроводности. Неравномерное распределение температуры, поддерживавшееся сосредоточенным источником, по прекращении его действия выравнивается, и температура нагретой области стремится к средней температуре тела. Период процесса распространения тепла, начиная от момента t=t k прекращения действия источника, называется периодом выравнивания температуры.

Пусть сосредоточенный источник постоянной мощности q= const неподвижный или перемещающийся прямолинейно с постоянной скоростью v=const начинает действовать в момент t=0 и прекращает действие в момент t=t k (рис.20). Изменение температуры определенной точки нагреваемого тела в периоде теплонасыщения и предельного состояния, вычисленное по уравнению (29), представлено схематически кривыми (1), (2) (рис. 20).

Расчет процесса распространения тепла в периоде выравнивания температуры по окончании действия источника постоянной мощности приведем к уже известному расчету процесса теплонасыщения, применяя фиктивные источники и стоки тепла. Рассчитаем температуру в процессе выравнивания в некоторый момент времени t (рис.20). Пусть источник, в действительности отключенный в момент t k , продолжает фиктивно действовать и дальше. Для моделирования этой ситуации в продолжение к действительному источнику, существовавшему в течение времени t k , введем фиктивный источник той же мощности (рис. 20). Для того, чтобы не изменить теплового состояния тела, введем в момент t k фиктивный сток тепла мощностью (-q), приложенный к тем же участкам тела, что и фиктивный источник (+q) Очевидно, что действия равных по мощности источника и стока, приложенных одновременно к тем же участкам тела, взаимно уничтожаются. Таким образом, введение фиктивного источника и фиктивного стока не изменяет теплового состояния тела, которое в действительности по прекращении в момент t k действия источника более тепла не получает.

Температуру Т в (t) в периоде выравнивания после прекращения в момент t k действия источника постоянной мощности q можно рассматривать как алгебраическую сумму температуры Т (t) от продолжающего действовать источника q и температуры Т (t k --t) от начавшего действовать в момент t k стока тепла (-q) (рис. 20).

Заметим, что обе температуры в правой части уравнения (30), как температуры в периоде теплонасыщения при непрерывном действии источника q, можно выразить по уравнению (29) через температуру предельного состояния Т пр и соответствующие коэффициенты теплонасыщения

Таким образом, расчет температуры в момент t в периоде выравнивания сводится к расчету температур в периоде теплонасыщения.

Для трех основных схем процесса распространения тепла при сварке удобно вести расчет, пользуясь графиками рис. 19. При расчете процесса распространения тепла в периоде выравнивания после прекращения действия подвижного сосредоточенного источника следует иметь в виду, что фиктивные источник и сток движутся так же, как двигался бы и действительный источник, а с ними перемещается и начало подвижной системы координат.

Приборы для определения температуры воздуха и поверхностей ограждений . Для измерения температуры воздуха как в помещениях, так и вне их применяют ртутные, спиртовые и электрические термометры.

Ртутные термометры имеют широкое распространение. Они отличаются большой точностью и позволяют измерять температуру в широких пределах – от –35 до 375С. Спиртовые термометры менее точны, но дают возможность измерять низкие температуры до –70С, что нельзя определить ртутными термометрами (ртуть замерзает при –37,4С).

Термометры градуируются в градусах Цельсия. Градус Цельсия (С) равен одной сотой деления температурной шкалы между точками кипения (100С) и замерзания воды (0С). По значению градус Цельсия равняется градусу Кельвина (К) – современной единице измерения температуры. По системе СИ 0С равен 273,15 К и 100С – 373,15 К.

Максимальный термометр (рис. 1) имеет в капиллярной трубке иглу-указатель.

Ртуть, расширяясь при повышении температуры, продвигает указатель по капилляру. Когда же температура понижается и ртуть сжимается, уходя обратно по капилляру, указатель остается на месте, фиксируя максимальную температуру. При измерении температуры максимальный термометр должен находиться в горизонтальном положении.

Ртутные максимальные термометры в месте перехода резервуара в капилляр иногда имеют сужение. Расширяющаяся при повышении температуры ртуть легко преодолевает сопротивление в сужении и останавливается на определенном уровне, соответствующем наблюдаемой температуре.

При понижении температуры столбик ртути остается в капилляре, так как не может преодолеть сопротивления в суженном месте, и, таким образом, показывает максимальную температуру.

Для возвращения ртути в резервуар термометр перед употреблением сильно встряхивают.

Минимальный термометр бывает только спиртовым. В просвете капилляра термометра имеется указатель – стеклянный штифтик, который перед началом измерения температуры подводят к верхнему уровню спирта. Спирт, расширяясь при повышении температуры, свободно проходит мимо указателя, который остается на месте. При понижении же температуры спирт сжимается и увлекает за собой в силу поверхностного натяжения указатель. Поэтому верхний конец указателя всегда фиксирует минимальную температуру, наблюдавшуюся в период ее измерения.

Электротермометры. Электрические термометры (рис. 2) ос­нованы на полупровод­ни­ках. В этих приборах используют микротер­мисторы, которые изменяют свое электриче­ское сопротивление при незначительных колебаниях температуры. Электротермометры используются для измерения температуры воздуха в помещениях, ограждаю­щих конструкций (стен, потолков, полов), подстилки и т.п.

Термограф М-16 (рис. 3) применяют для непрерывной (по часам и дням) регистрации измерений температуры воздуха. Выпускают его двух типов: суточные с продолжительностью одного оборота барабана часового механизма 26 ч; недельные с продолжительностью одного оборота барабана часового механизма 176 ч.

Термограф состоит из датчика температуры, биметаллической пластинки, передаточного механизма, стрелки с пером, барабана с часовым механизмом и корпуса. Принцип работы его основан на свойстве биметаллической пластинки изменять кривизну в зависимости от температуры воздуха. Изменения изгиба биметаллической пластинки передаются стрелке с пером, которое, поднимаясь и опускаясь, чертит на вращающемся барабане, покрытом специальной диаграммной лентой, температурную кривую (термограмму).

Правила измерения температуры воздуха.

Температуру воздуха в помещениях измеряют в разное время суток в 2-3 точках по вертикали (на уровне лежания, стояния животных и на высоте роста обслуживающего персонала). Измерения по горизонтали берут следующие: середина помещения и два угла по диагонали на расстоянии 3 м от продольных стен и 0,8-1м от торцовых.

Термометр или термограф необходимо располагать так, чтобы на него не действовали прямые солнечные лучи, тепло от нагревательных установок и приборов, охлаждения от окон и вентиляционных каналов.

Продолжительность измерения температуры в каждой точке должна быть не менее 10 мин с момента установки термометра.

ОПРЕДЕЛНИЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ

Атмосферное давление измеряется высотой ртутного столба, уравновешивающего это давление. Нормальным давлением принято считать 760 мм рт. ст., или единицу бар. Один бар соответствует давлению 750,06 мм рт. ст. Бар разделяется на 1000 миллибар (мбар). Отсюда 1 мбар равен 0,75 мм рт. ст., а давление в 1 мм рт. ст. соответствует 1,33 мбар. В последнее время давление выражается в единицах Паскаля (Па). По этой системе нормальное давление равняется 1013 Па.

Приборы. Атмосферное давление измеряют ртутными барометрами и металлическими барометрами-анероидами. Ртутные барометры бывают сифонные и чашечные.

Ртутный сифонный барометр представляет собой вертикальную трубку из белого стекла, изогнутую на 180 и заполненную ртутью (рис. 4). Длинный конец трубки запаян, а короткий конец открыт. Давление атмосферы принимается открытым концом: при повышении его уровень ртути в коротком конце понижается, что соответственно, показывает повышение уровня ртути в запаянном колене.

Чашечный барометр состоит из чугунной чашки с ртутью, закрытая сверху, но сообщающаяся через отверстие с атмосферным воздухом. Стеклянную трубку барометра длиной около 80 см укрепляют нижним открытым концом в крышке чашки. Трубку наполняют ртутью и погружают нижним концом в чашку с ртутью. Трубка защищена латунной оправой, на верхней части которой нанесена шкала. В верхней части трубки под запаянным концом образуется торичеллиева пустота. Изменение атмосферного давления передается на поверхность ртути в чашке, что, в свою очередь, влияет на уровень ртути в трубке: при повышении атмосферного давления возрастает уровень ртути в трубке, и наоборот.

Барометр-анероид (рис.5). Его важнейшая часть – полая тонкостенная металлическая коробка с гофрированным дном и крышкой или тонкостенная плоская трубка, согнутая в виде подковы. Коробка или трубка заполнены разреженным воздухом (до 50-60 мм рт. ст.). В результате колебаний атмосферного давления сдавливаются или выпячиваются стенки коробки или же разгибаются и сгибаются концы трубки. Эти изменения через систему рычагов передаются стрелке, движущейся по циферблату.

Барограф (рис.6) применяют для длительных наблюдений за изменениями атмосферного давления и их записи. Главнейшая его часть, как и в барометрах-анероидах, - тонкостенная, металлическая коробка с разреженным воздухом, воспринимающая изменения давления воздуха. Через систему рычагов изменения объема коробки передаются на стрелку с писчиком. На разграфленной ленте барабана, так же как и у термографа, вычерчивается кривая колебаний атмосферного давления за сутки или за неделю.

Занятие 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ

ВОЗДУХА

Для суждения о влажности воздуха в помещениях и вне их определяют их абсолютную влажность, относительную влажность, дефицит насыщения и точку росы.

Абсолютная влажность – это количество водяных паров в 1м 3 воздуха при нормальных показателях температуры и атмосферного давления (Т=0С, В=760 мм рт.ст.). Обозначается буквой А , измеряется в мм рт.ст.

Максимальная влажность – количество водяных паров, насыщающих до предела 1м 3 воздуха при данной температуре и атмосферном давлении. Обозначается буквой Е , измеряется в мм рт.ст.

Относительная влажность – отношение абсолютной влажности к максимальной влажности, выраженное в %. Обозначается буквой R .

Дефицит насыщения – это разница между максимальной и абсолютной влажностью. Обозначается буквой D , измеряется в мм рт.ст.

Точка росы – это максимальная температура при которой водяные пары насыщаются до предела и переходят в воду. Обозначается – Тр .

Абсолютную влажность воздуха определяют психрометрами, а относительную – гигрометрами и гигрографами.

Наиболее часто в практике исследований пользуются статиче­скими (рис.7) или динамическими (аспирационными) психрометрами (рис.8).

Статический психрометр Августа состоит из двух одинако­вых термометров (ртутные, в новых моделях спиртовые), укрепленных в одном штативе на расстоянии 4-5 см друг от друга. Резервуар одного из термометров (влажного) обернут кусочком батиста; конец обертки свернут жгутом и погружен в стаканчик (в новых моделях – в расширен­ный конец изогнутой трубки-пробирки). Уровень воды в стаканчике должен находиться на расстоянии 2-3 см от нижнего конца резервуара. Стаканчик (трубку) наполняют дистиллированной водой. В силу капиллярности материал постоянно смачивается, и с шари­ка термометра непрерывно испаряется вода. Это вызывает потерю тепла пропорционально скорости испарения. В связи с этим и показания температуры на влажном термометре ниже, чем на рядом расположенном сухом. Разность показаний обоих термометров и берется за основу расчетов.

Аспирационный психрометр Ассмана дает весьма точные показания. Он состоит, так же как и статический психрометр, из двух одинаковых термометров. Резервуар каждого из них окружен двумя металлическими гильзами для защиты от тепловой радиации. Гильзы переходят в общую трубку с небольшим аспирационным вентилятором у верхнего конца.Вентилятор приводится в движение пружиной, которую заводят ключом.

Ход определения и вычисление результатов. При опреде­лении абсолютной влажности статическим психрометром прибор устанавливают в точке исследования, обертку влажного термометра погружают в стаканчик с водой. Оставляют в покое прибор на 10-15 мин, следя за тем, чтобы на прибор не влияли источники тепла (лампы, печи и пр.), а также случайные движения воздуха (ходьба, открывание дверей). После указанного срока записывают показания сухого и влажного термометров с точностью до 0,1°С. По разнице показаний термометров определяют относительную влажность в % по таблице, имеющейся на приборе, если ее нет, то по приложению № 1.

Р а с ч е т. Абсолютную влажность воздуха по показаниям сухого и влажного термометров вычисляют по формуле Реньо:

,

где А – абсолютная влажность, выражаемая напряжением паров, мм рт.ст.; Е – максимальная упругость водяных паров при температуре влаж­ного термометра (эту величину находят по таблице (Приложение № 2), мм рт.ст.; а – психрометрический коэффициент, зависящий от скорости движения воздуха (см. ниже); Т 1 – температура в момент отсчета, показываемая сухим термометром, ° С; Т 2 – температура, показываемая влажным термометром, ° С; В – барометрическое давление при наблюдении, мм рт.ст.

П р и м е р вычисления абсолютной влажности воздуха. Определение проводили статическим (стационарным) психрометром при следующих данных: показания сухого термометра 12,5°С, показания влажного термометра 11,2° С, барометрическое давление 755 мм рт. ст., психромет­рический коэффициент 0,0011, максимальная упругость пара при 11,2° С (по приложению № 2) 9,92 мм рт. ст.

Вводим в приведенную выше формулу эти величины:

А = 9,92 – 0,0011 (12,5 – 11,2) 755 = 8.84 мм рт. ст.

Зная эту величину, можно вычислить ее процентное отношение к максимальной влажности воздуха при данной температуре (температура сухого термометра), т. е. относительную влажность воздуха. Для этого пользуются формулой:

,

где R – относительная влажность воздуха, %; А – найденная абсолютная влажность воздуха, мм рт. ст.; Е – максимальная упругость водяных паров, мм рт. ст. при температуре сухого термометра (температура воздуха в момент наблюдений). Ее находят по таблице (Приложение № 2); в нашем примере она равна 10,8 мм рт. ст.

Подставляем найденные величины в формулу:

,

Правила работы с аспирационным психрометром. Для смачивания обертки влажного термометра этого психро­метра применяют резиновую грушу с пипеткой. Грушей поднимают воду в пипетке на 2/3 ее длины и задерживают на этом уровне при помощи зажима. Пипетку вводят полностью в гильзу влажного термометра и смачивают обертку резервуара.

Показания термометра отсчитывают летом через 4-5 мин, а зимой через 15 мин после начала работы вентилятора. В последнем случае пружинный завод вентилятора приходится заводить дважды.

Абсолютную влажность при пользовании этим психрометром вычис­ляют по формуле:

,

где А – абсолютная влажность, мм рт. ст.; Е – максимальное напряже­ние водяных паров при температуре влажного термометра; 0,5 – постоянная величина (психрометрический коэффициент); Т – температура сухого термометра; Т – температура влажного термометра; В – баро­метрическое давление в момент исследования; 755 – среднее барометрическое давление.

П р и м е р. Абсолютная влажность воздуха при Т=15 о С, Т1 =12,5° С. В =758 мм и Е (находят по приложению № 2) = 10,8

6 – диаграммная лента

Относительная влажность воздуха в нашем примере равна:

,

Приборы для определения относительной влажности воздуха. Для определения относительной влажности возду­ха применяют гигрометры – приборы, действие которых основано на способности обезжиренного в эфире челове­ческого волоса удлиняться при повышении относительной влажности воздуха и укорачиваться при ее понижении.

Гигрометр волосяной в круглой оправе М-68 (рис.9) представляет собой металлический корпус со шкалой с делениями в процентах относительной влажности воздуха. Внутри корпуса имеется датчик влажности и механизм для закрепления и перемещения стрелки по шкале. Установка стрелки на заданное деление производится регулировочным винтом. Диапазон измерения относительной влажности в пределах от30 до 100 %. Прибор можно использовать для работы при температуре от –30 до 45° С.

Гигрограф М-21 (метеорологиче­ский) применяют для непрерывной записи изменения относительной влажности воз­духа от 30 до 100 % при температуре от –30 до 45° С. Приборы выпускают двух ­ти­пов: суточные и недельные с продолжи­тельностью одного оборота барабана часо­вого механизма 26 и 176 ч.

Гигрограф (рис.10) состоит из дат­чика (1) и пучка обезжиренных человече­ских волос, закрепленных концами во втулках

металлического кронштейна и за­щищенных от повреждений ограждением; передаточного механизма (2), стрелки с пером (3), барабана с часовым механизмом (4) и корпуса (5). Перед работой укрепляют на барабане диаграммную ленту, заводят часовой механизм и заполняют перо специальными чернилами. На диаграммной ленте записывают дату и время начала и конца регистра­ции. Прибор для записи относительной влажности ставят на опреде­ленную высоту строго горизонтально.

Рис. 10. Гигрограф типа М-21.

1 – корпус, 2 – датчик-пучок обезжиренных волос,

3 – коррекционный винт, 4 – стрелка с пером,

5 – барабан с часовым механизмом,

6 – диаграммная лента

Занятие 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ВОЗДУХА

Приборы для определения скорости движения воздуха.

Скорость движения воздуха измеряют в животноводческих помещениях, при исследовании работы вентиляции и в открытой атмосфере. Выражают ее в метрах в секунду (м/с). Используют для измерения анемометры и кататермометры. Анемометрами изме­ряют большие скорости движения воздуха, а кататермометрами – скорости меньше 0,5 м/с.

Анемометры различают ди­намические и статические. Первы­ми определяют скорость движе­ния воздуха по числу оборотов, вторыми – по отклонению пла­стинки или шара.

Динамические анемометры бывают двух типов: крыльчатые типа АСО-3 и чашечные типа МС-13 (рис.11 и рис.12). Принцип дей­ствия обоих анемометров заключается в том, что воздух при движении давит на легкие подвижные крылья или чашечки прибора, которые приходят во вращательное движение. Это движение через систему зубчатых колес передается стрелке, движущейся по циферблату с делениями.

Пределы измерений скорости движения воздуха у крыльчатого анемометра от 0,3 до 5 м/с, а у чашечного анемометра – от 1 до 20 м/с. Перед работой анемометра включают с помощью арретира передаточный механизм и записывают начальное показание счетчика на шкалах. Прибор устанавливают в воздушном потоке ветроприемником навстречу потоку и через 10-15с включают одновременно механизм прибора и секундомер. Через 1-2 мин механизм анемометра и секундомер выключают, записы­вают показания счетчика и время его работы в секундах. По разности конечного и начального показаний счетчика, деленной на время в секундах, определяют скорость движения воздуха в м/с.

Статический анемометр с флюгером используют для определения движения воздуха в свободной атмосфере (силы ветра) по отклонению от вертикального положения пластинки прибора. Угол отклонения отсчитывают по дугообразной шкале и по соответствующим таблицам определяют скорость движения воздуха.

Ка т а т е р м о м е т р ы – приборы для определения ско­рости движения воздуха от 0,04 до 15 м/с. Кататермометры могут иметь цилиндрический или ша­ровой резервуар (рис.13). Поверхность резервуара запол­нена окрашенным спиртом. Шкала прибора разделена на градусы от 35 до 38. Величина потери тепла с 1 см 2 поверхности резервуара прибора за период охлаждения его от 38 до 35°С в милликалориях называетсяфактором кататермометра (F ). Он имеет индивидуальное значение для каждого прибора и отмечается на обратной стороне шкалы прибора.

Деление величины фактора на время охлаждения прибора от 38 до 35°С даст величину теплоотдачи с 1 см 2 /с в милликалориях. Эту величину называют индексом и обозначают буквойН .

Правила работы с анемометром и кататермометром. При работе с анемометром необходимо соблюдать следующие правила:

ось крыльчатого анемометра при измерении скорости должна совпадать с направлением движения воздуха, а чашечного – находиться в вертикальном положении;

перед измерением скорости движения воздуха в избранной точке записывают показания стрелок прибора, помещают прибор с заторможенной стрелкой на место и пускают анемометр на холостой ход на 1-2 мин, пока крылья или чашечки не начнут равномерно вращаться. После этого нажатием рычажка включают счетчик и одновременно отмечают время (в секундах). По истечении 100с выключают счетчик анемометра и записывают показания стрелок; разность между вторым и первым показаниями стрелок счетчика делят на число секунд (100) и находят скорость движения воздуха в м/с;

для измерения скорости движения воздуха, превышающей 1 м/с, в свободной атмосфере рекомендуется применять чашечный анемометр, а для измерения скорости движения воздуха в вентиляционных каналах – крыльчатый.

При работе с кататермометром необходимо соблюдать следующие правила:

перед исследованием погружают резервуар сухого кататермометра в воду, нагретую до 60-80°С, и ждут пока спирт не заполнит 1/3 верхнего цилиндрического расширения. После этого прибор вынимают из воды, насухо вытирают резервуар полотенцем и помещают неподвижно в точке исследования;

по секундомеру следят за временем охлаждения прибора, включая секундомер в момент, когда столбик спирта проходит через 38°С, и выключают, когда он достигает уровня 35°С.

полученную величину времени охлаждения записывают и повторяют измерения 5 раз. Данные первого измерения, как наименее точного, отбрасывают и из четырех измерений выводят среднеарифметическую величину времени охлаждения.

Вычисление результатов. Зная величинуН и температуру воздуха, определяют скорость движения воздуха в момент измерения, пользуясь следующими формулами:

если скорость движения меньше 1 м/с, то пользуются формулой:

.

где v – искомая скорость движения воздуха м/с; Н – величина охлаждения кататермометра (индекс); Q – средняя температура кататермометра 36,5°С минус температура воздуха помещения в момент наблюдения; 0,2 и 0,4 – эмпирические коэффициенты;

при скорости движения воздуха больше 1 м/с пользуются формулой:

.

Обозначения в формуле те же, что и в первой; 0,13 и 0,47 – эмпирические коэффициенты.

П р и м е р. Фактор кататермометра 454, время охлаждения 62с, температура воздуха в момент исследования 12°С. Индекс равняется 454 / 62=7,32, величина Н / Q = 0,298, или округленно 0,3.

Подставив эти величины в формулу для скоростей меньше 1 м/с, получаем:

м/с.

Для упрощения расчетов пользуются приложением 3, в котором по величине Н / Q находят скорость движения воздуха.

Занятие 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННОЙ И ИСКУССТВЕННОЙ ОСВЕЩЕННОСТИ.

Определение естественной и искусственной освещенности.

В проектной и строительной практике животноводческих и подсобных помещений применяют два вида нормирования естественной освещенности – геометрическое и светотехническое.

Геометрическое нормирование устанавливает отношение площади световых предметов (остекления) к площади пола освещаемого помещения, или световой коэффициент (СК).

П р и м е р. Площадь пола в помещении 1080 м 2 . Суммарная площадь стекол 90 м 2 . 1080:90=12. В данном случае световой коэффициент (СК) равен 1:12.

Этот способ нормирования и контроля освещенности весьма прост, но неточен. Геометрический способ нормирования освещенно­сти не учитывает многие важные моменты: световой климат местности, отраженный свет от потолка, ориентацию окон по сторонам света, затемняющее влияние противостоящих помещений и света, конструктивные особенности здания.

Под аналитическим выравниванием понимают определение основной проявляющейся во времени тенденции развития изучаемого развития. При этом развитие предстает как бы в зависимости только от течения времени. В итоге выравнивания временного ряда получают наиболее общий, суммарный, проявляющий во времени результат действия всех причинных факторов. Отклонение конкретных уровней ряда от уровней, соответствующих общей тенденции, объясняют действием факторов, проявляющихся случайно или циклически.

На практике по имеющемуся временному ряду задают вид и находят параметры функции f(t) , а затем анализируют поведение отклонений от тенденции.

Функцию f(t) выбирают таким образом, чтобы она давала содержательное объяснение изучаемого процесса.

Чаще всего при выравнивании используются следующие зависимости:

Для расчета параметров уравнения тренда обычно используют метод наименьших квадратов. Для каждого типа тренда МНК дает систему нормальных уравнений, решая которую вычисляют параметры тренда.

Для линейного тренда нормальные уравнения МНК имеют вид:

где y i - уровни исходного ряда динамики;

t i - номера периодов или моментов времени;

n - число уровней ряда.

Систему можно упростить , перенеся начало отсчета времени t i в середину ряда. Тогда ∑t i будет равна 0 и система приобретет вид:

откуда , .

Построив уравнение регрессии , проводят оценку его надежности. Это делается посредством F -критерия Фишера, методика расчета которого рассмотрена в п. 9.5. Если F факт > F теор , то уравнение регрессии значимо, т.е. построенная модель адекватна фактической временной тенденции.