Як визначити коли настало вирівнювання. Вирівнювання статистичних рядів

Для вимірювання різниці температур (ΔТ) служить метастатичний термометр, відомий під назвою термометра Бекмана. Його особливістю є наявність у верхній частині термометра додаткового резервуара, який при бажанні може бути переведена частина ртуті з основного резервуара. Це дає можливість використовувати один і той самий термометр для проведення вимірювань у різних інтервалах температур. Шкала такого термометра охоплює інтервал температур 5-6º і розділена на поділки, що відповідають 0,01º. Зрозуміло, при різних наповненнях ртуттю основного резервуара термометра 1 шкали його відповідатиме різним інтервалам температури. Отже, слід пам'ятати, що шкала такого термометра має лише умовний характер, й у перекладу різниці температур, зазначеної по термометру, до дійсного значення різниці температур необхідно запровадити поправку так зване «значення градуса». Ця поправка зазвичай дається в паспорт термометра для різних інтервалів температур (тобто для різних наповнень ртуттю резервуара).

Налаштування метастатичного термометра, шкала якого охоплює 5º, на потрібний діапазон температур проводиться наступним чином. Припустимо, потрібно застосувати термометр інтервалі температур 20 - 25º, тобто. нуль шкали термометра повинен відповідати 20 º С. Тримаючи термометр в руках у похилому положенні (головний резервуар повинен бути вище додаткового) і злегка постукуючи по ньому пальцем (для подолання тертя ртуті об стінки капіляра), домагаються того, щоб ртуть почала перетікати з головного резервуара додатковий. Потім, повернувши термометр головним резервуаром вгору і злегка струшуючи його, змушують ртуть, що раніше була в додатковому резервуарі, з'єднатися з ртуттю, що виступає з капіляра; потім обережно, не струшуючи термометра, переводять його в нормальне положення (головним резервуаром вниз) і переносять у ванну (склянку з водою, що має температуру на 6º вище заданої, тобто в нашому випадку 26º С). Ця операція повинна бути зроблена так обережно, щоб стовпчик ртуті в додатковому резервуарі не розривався. Зачекавши деякий час, необхідний для вирівнювання температур термометра і ванни, різко струшують термометр і змушують ртуть, що знаходиться в додатковому резервуарі, впасти на дно. Після цього термометр виймають з ванни і дають охолонути - тримаючи у вертикальному положенні, щоб уникнути можливості з'єднання ртуті, що знаходиться в головному резервуарі, з ртуттю, залишеної в додатковому резервуарі. Якій саме температурі тепер відповідає мітка «0» термометра, визначається порівнянням його з перевіреним термометром. У роботі використовується досить точний (точність до 0,01º) електронний термометр на опорі.

У ході калориметричного досвіду, що проводиться в ізотермічному калориметрі, відбувається теплообмін довкіллям, наслідком чого є теплові втрати у навколишнє середовище Визначити дійсне значення ΔТ за даними, отриманими в результаті калориметричного досвіду, можна двома способами: аналітичним та графічним.

У нашій роботі прийнятий графічний метод визначення ΔТ, як більш простий, що за надійністю не поступається аналітичному.

Температура калориметричної системи під час досвіду змінюється як за рахунок теплоти процесу, так і внаслідок теплообміну із середовищем (оболонкою) та нагрівання при перемішуванні. Таким чином, виміряний вимір температури ΔT ізм відрізняється від істинного Т; відповідального теплоті досліджуваного процесу.

Характер теплообміну визначають за тимчасовим перебігом температури протягом кожного досвіду. Виправлення на теплообмін вводять або аналітично,

або за допомогою графічного методу Ланге-Міщенка, що описується нижче. Якщо тривалість досвіду вбирається у двадцяти хвилин, то другий спосіб кращий.

Весь досвід ділять на 3 періоди (Малюнок 4): попередній, що триває не менше 5 хвилин, головний з тривалістю, яка залежить від швидкості реакції і швидкості перемішування, і заключний, що триває також не менше 5 хвилин.

Малюнок 4 Графічне визначення T

Для дослідів слід користуватися дистильованою водою, відміряючи її мірним циліндром. Кількість води визначається розміром калориметра. Воду вливають у внутрішню склянку калориметра (необхідно, щоб температура води в калориметрі відрізнялася від температури кімнати не більше, ніж на 1,0 ° С. Потім проводять вимірювання температури калориметра через рівні проміжки часу (30 сек). Час відзначається по секундоміру.

Перші 11 відліків температури становлять так званий початковий період досвіду. Його призначення – виміряти «хід» температури калориметра, тобто. зміна температури з часом до початку теплового процесу в калориметрі. Цей «хід» може бути постійний, тобто. різниця між послідовними відліками повинна відрізнятися більше, ніж 0,001 - 0,002°. Попередній період починається з моменту, коли зміна температури стає постійною і не перевищує ±0,050 - 0,040 °С/хв (інакше слід змінити перепад температур оболонки та реактора). Вимірювання при постійному ході температури роблять десять разів, а через наступні 30 сек. проводять реакцію (наприклад, змішують рідини) або включають нагрівач.

З цього моменту починається головний період, у якому, як і початковому періоді, продовжують проводити відліки температури калориметра через кожні 30 сек. Головний період зазвичай триває 3-4 хв. Головний період досвіду слід вважати закінченим, коли зміна температури згодом стає постійною. Після цього виробляють ще 10 – 20 відліків температури, що становлять так званий «кінцевий» період досвіду.

Припустимо, що процес, що вивчається, є екзотермічним. : температура швидко підвищується, а потім поступово знову встановлюється рівномірний перебіг температури. Перехід щодо нього визначає початок заключного періоду. У заключному періоді відліки температури продовжують ще 5 хв. Якщо після закінчення досліджуваного процесу температура оболонки все ще вище за температуру реактора, то в заключному періоді температура продовжує підвищуватися (з меншою швидкістю, ніж у попередньому). Якщо температура реактора перевищить температуру оболонки, то завершальному періоді температура падає.

Графік будують у масштабі: 1-2 мм відповідає 0,01 ° С (див. малюнок 4). По осі температур можна зробити розрив. На малюнку 1 вимір розпочато в момент, що відповідає точці b. Якби тепловий ефект у реакторі не виникав, то температура продовжувала б зростати у напрямі прямої ab.

У точці d розпочався заключний період – температура падає лінійно. Припускають, що у першій половині головного періоду нахил прямої відповідає закону теплопередачі попередньому періоді, тоді як у другій половині - закону заключного періоду. Тому продовжують прямі ab і de до перетину в точках с і с з вертикаллю, проведеної через середину головного періоду. Тим самим до T додають величину, втрачену за рахунок охолодження при теплообміні (точка з лежить вище точки d), і віднімають цю величину , придбану за рахунок нагрівання при перемішуванні та теплообміні (туга з "вище точки b). Отже, знаходять T = cc".

Більш досконалим прийомом виявлення Основний тенденції розвиткув рядах динаміки є аналітичне вирівнювання. При вивченні загальної тенденціїметодом аналітичного вирівнювання виходять з того, що зміни рівнів ряду динаміки можуть бути з тим чи іншим ступенем точності наближення виражені певними математичними функціями. Вигляд рівняння визначається характером динаміки розвитку конкретного явища. На практиці за наявним тимчасовим рядом задають вигляд і знаходять параметри функції y=f(t), а потім аналізують поведінку відхилень від тенденції. Найчастіше при вирівнюванні використовуються такі залежності: лінійна, параболічна та експоненційна. У багатьох випадках моделювання рядів динаміки за допомогою поліномів або експоненційної функціїне дає задовільних результатів, тому що в рядах динаміки містяться помітні періодичні коливаннядовкола загальної тенденції. У разі слід використовувати гармонійний аналіз (гармоніки низки Фур'є). Застосування саме цього методу переважно, оскільки він визначає закон, за яким можна досить точно спрогнозувати значення рівнів ряду.

Метою ж аналітичного вирівнювання динамічного ряду є визначення аналітичної або графічної залежності y=f(t). функцію y=f(t)вибирають таким чином, щоб вона давала змістовне пояснення досліджуваного процесу. Це можуть бути різні функції.

Системи рівнянь виду y=f(t)для оцінки параметрів поліномів за МНК

(клікабельно)

Графічне подання поліномів n-порядку

1. Якщо зміна рівнів ряду характеризуєтьсярівномірним збільшенням(зменшенням) рівнів , коли абсолютні ланцюгові прирости близькі за величиною, тенденцію розвитку характеризуєрівняння прямий лінії .

2. Якщо в результаті аналізу типу тенденції динаміки встановлено криволінійну залежність , приблизно з постійним прискоренням , то форма тенденції виражається рівнянням параболидругого порядку.

3. Якщо зростання рівнів ряду динаміки відбувається в геометричній прогресії, тобто. ланцюгові коефіцієнти зростання більш менш постійні, вирівнювання ряду динаміки ведеться по показовоюфункції.

Після вибору виду рівняння необхідно визначити параметри рівняння. Найпоширеніший спосіб визначення параметрів рівняння - це метод найменших квадратів, В якому як рішення приймається точка мінімуму суми квадратів відхилень між теоретичними (вирівняними за обраним рівнянням) та емпіричними рівнями.

Вирівнювання по прямій(Визначення лінії тренда) має вираз: y t = a 0 + a 1 t

• t-Умовне позначення часу;
• а 0 і a 1 -Параметри шуканої прямої.

Параметри прямої перебувають із розв'язання системи рівнянь:

Система рівнянь спрощується, якщо значення t підібрати так, щоб їхня сума дорівнювалаΣt = 0 , тобто. початок відліку часуперенести у середину аналізованого періоду. Якщо до перенесення точки відліку t = 1, 2, 3, 4, то після перенесення:

• якщо кількість рівнів ряду непарне t = -4 -3 -2 -1 0+1+2+3+4
• якщо кількість рівнів ряду парне t = -7 -5 -3 -1 +1 +3 +5 +7

Таким чином, ∑t у непарній мірі завжди дорівнюватиме нулю.

Аналогічно перебувають параметри параболи 2-го порядкуз розв'язання системи рівнянь:

Вирівнювання по середньому абсолютному приростуабо середньому коефіцієнту зростання:

• Δ- середній абсолютний приріст;
• К- середній коефіцієнт зростання;
• У 0 -початковий рівеньряду;
• У n -Кінцевий рівень ряду;
• t-порядковий номер рівня, починаючи з нуля.

Побудувавши рівняння регресії, проводять оцінку його надійності. Значимість обраного рівняння регресії, параметрів рівняння та коефіцієнта кореляції слід оцінити, застосувавши критичні методиоцінки:

F-критерій Фішера, t-критерій Стьюдента, при цьому розрахункові значення критеріїв порівнюються з табличними (критичними) при заданому рівні значущості і числі ступенів свободи. F факт > F теор- Рівняння регресії адекватно.

n – число спостережень (рівнів ряду), m – число параметрів рівняння (моделі) регресії.

Перевірка адекватності рівняння регресії (якості моделі загалом) здійснюється з допомогою середньої помилки апроксимації, величина якої має перевищувати 10-12% (рекомендовано).

Розглянемо на прикладі аналітичне вирівнювання ряду динаміки по прямій з перенесенням точки відліку до середини ряду:

Аналогічно випадкам напівнескінченного тіла та пластини визначається температурне поле у ​​стрижні (рис. 18). Використовуючи (21), отримаємо

При використанні підстановки u 2 = t - ф і інтеграл

Видно, що у стрижні без поверхневої тепловіддачі (при b = 0) температура перед джерелом падає за законом exp(-vx/a), а позаду нього стала й дорівнює q/(acpv). Тепловіддача зменшує температуру.

Структура формул для напівнескінченного тіла (24), пластини (25), плоского шару (26) і стрижня (28) однакова: в перший співмножник входить щільність потужності (q, q/s, q/F), далі в показник входять безрозмірна поздовжня координата (критерій Пекле Ре) vx/(2a), що характеризує асиметричність температурного поля, та функція, яка залежить від безрозмірного радіус-вектора vR/(2a), vr/(2a) або v|х|/(2а)). Вплив поверхневої тепловіддачі характеризується безрозмірним критерієм. Однотипність структури формул і визначає однотипність температурних полів у різних тілах.

Періоди теплонасичення та вирівнювання температур

Період теплонасичення. Наступ граничного стану процесу проявляється в тому, що пов'язане з джерелом тепла рухоме температурне поле не змінюється з часом і тільки переміщається разом із джерелом. Такий граничний стан процесу настає не відразу. У момент запалення тепло дуги вводиться в холодний метал, початкова температура якого є постійною у всьому обсязі виробу. У міру горіння дуги тепло поступово прогріває металу виробу. При цьому розміри (довжина, ширина, глибина) прилеглої до джерела нагрітої зони збільшуються. Коли розміри зони, нагрітої вище певної температури Т т, перестають збільшуватися, вважають, що процес поширення тепла в цій зоні практично досяг граничного стану. У віддалених від джерела тепла зонах граничний стан настає пізніше, ніж у зонах, близьких до джерела.

При дії нерухомого джерела постійної потужності процес розповсюдження тепла прагне граничного стаціонарного стану, при якому температури у всьому полі залишаються постійними. При дії джерела постійної потужності, що переміщується прямолінійно зпостійною швидкістю, процес поширення тепла прагне граничного квазистаціонарного стану, при якому температури залишаються постійними в рухомій системі координат, пов'язаної з джерелом тепла.

Нехай у початковий момент t=0 тіло знаходиться при постійній температурі, що приймається за нуль відліку. У момент t=0 починає діяти джерело постійної потужності q, нерухоме (v=0) або переміщується прямолінійно з постійною швидкістю v. Період процесу поширення тепла від моменту t=0 початку дії джерела до встановлення граничного стану (стаціонарного або квазістаціонарного) називається періодом теплонасичення. У цьому періоді температура T(t) будь-якої точки тіла, віднесеної до координатної системипов'язаної зджерелом тепла (тобто рухомий чи нерухомий, залежно від цього, рухається чи нерухоме джерело), ​​зростає від початкової температури Т(0)=0 до температури граничного стану, що настає теоретично при нескінченно тривалому дії джерела, .

Температуру Т(t) цієї точки (x,y,z) під час теплонасичення, тобто. при виражають у розібраних нами раніше випадках загальні рівнянняпроцесу поширення тепла: (23) - при точковому джерелі на поверхні напівнескінченного тіла; (25) - при лінійному джерелі у пластині з тепловіддачею.

Для зручності розрахунку доцільно подати температуру Т(t) у періоді теплонасичення добутком температури Т пр тієї ж точки в граничному стані на коефіцієнт теплонасичення для тієї ж точки

Коефіцієнт теплонасичення, очевидно, зростає від нуля в початковий момент до одиниці в граничному стані, . Зростання цього коефіцієнта з часом характеризує інтенсивність процесу насичення теплом цієї точки тіла.

Коефіцієнти теплонасичення три основних схем процесу поширення тепла при зварюванні представлені на рис. 19 залежно від безрозмірних критеріїв ф пропорційних часу t, та критеріїв с, пропорційних відстані розглянутої точки від джерела тепла.

Для просторового процесу поширення тепла точкового джерела постійної потужності, що переміщується зі швидкістю v поверхнею напівнескінченного тіла (рис. 13), коефіцієнт теплонасичення представлений залежно від безрозмірних критеріїв відстані та часу (рис.19, а)

Для плоского процесу поширення тепла від лінійного джерела постійної потужності, що переміщується зі швидкістю v пластині товщиною s з тепловіддачею, що характеризується коефіцієнтом, коефіцієнт теплонасичення представлений залежно від безрозмірних Критеріїв відстані та часу (рис.19, б)

Для лінійного процесупоширення тепла від плоского джерела постійної потужності, що переміщається зі швидкістю v у стрижні з поперечним перерізом F і периметром р з тепловіддачею, що характеризується коефіцієнтом, коефіцієнт теплонасичення представлений залежно від безрозмірних критеріїв відстані та часу (рис. 19, в)

Ззростанням тривалості t дії зосередженого джерела температура у всьому обсязі тіла, що нагрівається зростає, прагнучи до граничної температури. Чим ближче розташована до джерела розглянута точка тіла, що нагрівається, тобто чим менше її відстань R, r або x; від джерела, тим раніше починає зростати температура, то швидше вона зростає і тим раніше наближається до граничної. Таким чином, у близькій до джерела області, що нагрівається до високих температур, період теплонасичення закінчується раніше, ніж у віддаленій області низьких температур. У пластині плоский потік тепла, що поширюється від джерела, більш стиснутий, ніж просторовий потік у напівнескінченному тілі, а лінійний потік у стрижні - більш ніж плоский потік у пластині. Чим більш стиснутий потік тепла, тим повільніше насичується теплом область, що знаходиться на даній відстані від джерела тепла, тобто тим нижче коефіцієнт ш при даних значеннях і.

Період вирівнювання температури. Після закінчення дії зосередженого джерела введене. їм тепло продовжує поширюватись по металу виробу внаслідок теплопровідності. Нерівномірний розподіл температури, що підтримувалося зосередженим джерелом, після припинення його дії вирівнюється, і температура нагрітої області прагне середньої температури тіла. Період процесу поширення тепла, починаючи з моменту t=t k припинення дії джерела, називається періодом вирівнювання температури.

Нехай зосереджений джерело постійної потужності q= const нерухоме або переміщається прямолінійно з постійною швидкістю v=const починає діяти в момент t=0 і припиняє дію в момент t=t k (рис.20). Зміна температури певної точки тіла, що нагрівається в періоді теплонасичення і граничного стану, обчислене за рівнянням (29), представлено схематично кривими (1), (2) (рис. 20).

Розрахунок процесу поширення тепла в періоді вирівнювання температури після закінчення дії джерела постійної потужності приведемо до вже відомого розрахунку процесу теплонасичення, застосовуючи фіктивні джерела та стоки тепла. Розрахуємо температуру у процесі вирівнювання у певний час t (рис.20). Нехай джерело, насправді відключене на момент t k , продовжує фіктивно діяти й надалі. Для моделювання цієї ситуації протягом до дійсного джерела, що існував протягом часу t k , введемо фіктивне джерело тієї ж потужності (рис. 20). Для того, щоб не змінити тепловий стан тіла, введемо в момент t k фіктивний стік тепла потужністю (-q), прикладений до тих же ділянок тіла, що і фіктивне джерело (+q) Очевидно, що дії рівних за потужністю джерела та стоку, прикладених одночасно до тих же ділянок тіла, що взаємно знищуються. Таким чином, введення фіктивного джерела та фіктивного стоку не змінює теплового стану тіла, яке насправді після припинення в момент t k дії джерела тепла не отримує.

Температуру Т (t) в періоді вирівнювання після припинення в момент t k дії джерела постійної потужності q можна розглядати як алгебраїчну сумутемператури Т (t) від джерела q, що продовжує діяти, і температури Т (t k --t) від початого діяти в момент t k стоку тепла (-q) (рис. 20).

Зауважимо, що обидві температури у правій частині рівняння (30), як температури в періоді теплонасичення при безперервній дії джерела q, можна виразити за рівнянням (29) через температуру граничного стану Т при відповідні коефіцієнти теплонасичення

Таким чином, розрахунок температури у момент t у періоді вирівнювання зводиться до розрахунку температур у періоді теплонасичення.

Для трьох основних схем процесу розповсюдження тепла при зварюванні зручно вести розрахунок, користуючись графіками рис. 19. При розрахунку процесу розповсюдження тепла в періоді вирівнювання після припинення дії рухомого зосередженого джерела слід мати на увазі, що фіктивні джерело і стік рухаються так само, як рухалося б і дійсне джерело, а з ними переміщається і початок рухомої системи координат.

Прилади для визначення температури повітря та поверхонь огорож. Для вимірювання температури повітря як у приміщеннях, так і поза ними застосовують ртутні, спиртові та електричні термометри.

Ртутні термометри мають широке розповсюдження. Вони відрізняються великою точністюі дозволяють вимірювати температуру в широких межах – від –35 до 375°С. Спиртові термометри менш точні, але дають змогу вимірювати низькі температури до –70С, що не можна визначити ртутними термометрами (ртуть замерзає при –37,4С).

Термометри градує у градусах Цельсія. Градус Цельсія (С) дорівнює одній сотій поділу температурної шкали між точками кипіння (100С) та замерзання води (0С). За значенням градус Цельсія дорівнює градусу Кельвіна (К) – сучасної одиниці виміру температури. За системою СІ 0С дорівнює 273,15 К та 100С – 373,15 До.

Максимальний термометр(рис. 1) має в капілярній трубці голку-покажчик.

Ртуть, розширюючись у разі підвищення температури, просуває покажчик по капіляру. Коли температура знижується і ртуть стискається, йдучи назад по капіляру, покажчик залишається дома, фіксуючи максимальну температуру. При вимірі температури максимальний термометр повинен знаходитись у горизонтальному положенні.

Ртутні максимальні термометри у місці переходу резервуара капіляр іноді мають звуження. Розширювана при підвищенні температури ртуть легко долає опір у звуженні і зупиняється на певному рівні, що відповідає температурі, що спостерігається.

П ри зниження температури стовпчик ртуті залишається в капілярі, так як не може подолати опору в звуженому місці, і, таким чином, показує максимальну температуру.

Для повернення ртуті в резервуар термометр перед вживанням сильно струшують.

Мінімальний термометрбуває лише спиртовим. У просвіті капіляра термометра є покажчик – скляний штифтик, який перед початком вимірювання температури підводять до верхнього рівня спирту. Спирт, розширюючись при підвищенні температури, вільно проходить повз покажчик, який залишається на місці. При зниженні температури спирт стискається і захоплює за собою в силу поверхневого натягу покажчик. Тому верхній кінець покажчика завжди фіксує мінімальну температуру, що спостерігалася під час її вимірювання.

Електротермометри. Електричні термометри (рис. 2) ґрунтуються на напівпровідниках. У цих приладах використовують мікротермістори, які змінюють свій електричний опір за незначних коливань температури. Електротермометри використовуються для вимірювання температури повітря в приміщеннях, що захищають конструкцій (стін, стель, підлог), підстилки тощо.

Термограф М-16(Мал. 3) застосовують для безперервної (по годинах і днях) реєстрації вимірювань температури повітря. Випускають його двох типів: добові із тривалістю одного обороту барабана годинникового механізму 26 год; тижневі із тривалістю одного обороту барабана годинникового механізму 176 год.

Т ермограф складається з датчика температури, біметалічної пластинки, передавального механізму, стрілки з пером, барабана з годинниковим механізмом та корпусу. Принцип роботи його заснований на властивості біметалічної платівки змінювати кривизну в залежності від температури повітря. Зміни вигину біметалічної пластинки передаються стрілці з пером, яке, піднімаючись і опускаючись, креслить на барабані, що обертається, покритому спеціальною діаграмною стрічкою, температурну криву (термограму).

Правила виміру температури повітря.

Температуру повітря в приміщеннях вимірюють у різний час доби у 2-3 точках по вертикалі (на рівні лежання, стояння тварин та на висоті зростання обслуговуючого персоналу). Вимірювання по горизонталі беруть такі: середина приміщення та два кути по діагоналі на відстані 3 м від поздовжніх стін та 0,8-1м від торцевих.

Термометр або термограф необхідно розташовувати так, щоб на нього не діяли прямі сонячні промені, тепло від нагрівальних установок та приладів, охолодження від вікон та вентиляційних каналів.

Тривалість вимірювання температури в кожній точці повинна бути не менше ніж 10 хв з моменту встановлення термометра.

ВИЗНАЧЕННЯ АТМОСФЕРНОГО ТИСКУ

Атмосферний тиск вимірюється висотою ртутного стовпа, що врівноважує цей тиск. Нормальнимтиском прийнято вважати 760 мм рт. ст., чи одиницю бар. Один бар відповідає тиску 750,06 мм рт. ст. Бар поділяється на 1000 мілібар (мбар). Звідси 1 мбар дорівнює 0,75 мм рт. ст., а тиск 1 мм рт. ст. відповідає 1,33 мбар. Останнім часом тиск виявляється у одиницях Паскаля (Па). За цією системою нормальний тиск дорівнює 1013 Па.

Прилади. Атмосферний тиск вимірюють ртутними барометрами та металевими барометрами-анероїдами. Ртутні барометри бувають сифонні та чашкові.

Ртутний сифонний барометрє вертикальною трубкою з білого скла, вигнутою на 180 і заповненою ртуттю (рис. 4). Довгий кінець трубки запаяний, а короткий кінець відкритий. Тиск атмосфери приймається відкритим кінцем: у разі підвищення його рівень ртуті на короткому кінці знижується, що, показує підвищення рівня ртуті в запаяному коліні.

Чашковий барометрскладається з чавунної чашки з ртуттю, закрита зверху, але повідомляє через отвір з атмосферним повітрям. Скляну трубку барометра завдовжки близько 80 см зміцнюють нижнім відкритим кінцем у кришці чашки. Трубку наповнюють ртуттю і занурюють нижнім кінцем чашку з ртуттю. Трубка захищена латунною оправою, на верхній частині якої нанесена шкала. У верхній частині трубки під запаяним кінцем утворюється торічелієва порожнеча. Зміна атмосферного тиску передається на поверхню ртуті в чашці, що, своєю чергою, впливає рівень ртуті в трубці: при підвищенні атмосферного тиску зростає рівень ртуті в трубці, і навпаки.

Барометр-анероїд(Рис.5). Його найважливіша частина - порожниста металева коробка з гофрованим дном і кришкою або тонкостінна плоска трубка, зігнута у вигляді підкови. Коробка чи трубка заповнені розрідженим повітрям (до 50-60 мм рт. ст.). В результаті коливань атмосферного тиску з тиснуться або випинаються стінки коробки або розгинаються і згинаються кінці трубки. Ці зміни через систему важелів передаються стрілці, що рухається циферблатом.

Барограф(Рис.6) застосовують для тривалих спостережень за змінами атмосферного тиску та їх запису. Найголовніша його частина, як і в барометрах-анероїдах, - тонкостінна, металева коробка з розрідженим повітрям, що сприймає зміни тиску повітря. Через систему важелів зміни обсягу коробки передаються на стрілку з писачем. На розграфленій стрічці барабана, як і в термографа, викреслюється крива коливань атмосферного тиску протягом доби чи тиждень.

Заняття 2.ВИЗНАЧЕННЯ ВОЛОГИ

ПОВІТРЯ

Для судження про вологість повітря в приміщеннях і поза ними визначають їхню абсолютну вологість, відносну вологість, дефіцит насичення і точку роси.

Абсолютна вологість – це кількість водяної пари в 1м 3 повітря за нормальних показників температури та атмосферного тиску (Т=0С, В=760 мм рт.ст.). Позначається буквою А, Вимірюється в мм рт.ст.

Максимальна вологість – кількість водяної пари, що насичує до межі 1м 3 повітря при даній температурі та атмосферному тиску. Позначається буквою Е, Вимірюється в мм рт.ст.

Відносна вологість - Відношення абсолютної вологості до максимальної вологості, виражене в %. Позначається буквою R .

Дефіцит насичення – це різниця між максимальною та абсолютною вологістю. Позначається буквою D, Вимірюється в мм рт.ст.

Точка роси – це максимальна температура, при якій водяні пари насичуються до краю і переходять у воду. Позначається – Тр.

Абсолютну вологість повітря визначають психрометрами, а відносну – гігрометрами та гігрографами.

Н Найчастіше у практиці досліджень користуються статичними (рис.7) чи динамічними (аспіраційними) психрометрами (рис.8).

Статичний психрометр серпняскладається з двох однакових термометрів (ртутні, в нових спиртових моделях), укріплених в одному штативі на відстані 4-5 см один від одного. Резервуар одного з термометрів (вологого) обгорнутий шматочком батиста; кінець обгортки згорнутий джгутом і занурений у склянку (у нових моделях – у розширений кінець вигнутої трубки-пробірки). Рівень води в стаканчику повинен знаходитись на відстані 2-3 см від нижнього кінця резервуара. Склянку (трубку) наповнюють дистильованою водою. Через капілярність матеріал постійно змочується, і з кульки термометра безперервно випаровується вода. Це спричиняє втрату тепла пропорційно швидкості випаровування. У зв'язку з цим і показання температури на вологому термометрі нижче, ніж на розташованому сухому. Різниця показань обох термометрів береться за основу розрахунків.

Аспіраційний психрометр Ассманадає дуже точні свідчення. Він складається, як і статичний психрометр, з двох однакових термометрів. Резервуар кожного з них оточений двома металевими гільзами захисту від теплової радіації. Гільзи переходять у загальну трубку з невеликим аспіраційним вентилятором у верхнього кінця.

Хід визначення та обчислення результатів.При визначенні абсолютної вологості статичним психрометром прилад встановлюють у точці дослідження, обгортку вологого термометра занурюють у склянку з водою. Дають спокій прилад на 10-15 хв, стежачи за тим, щоб на прилад не впливали джерела тепла (лампи, печі та ін.), а також випадкові рухи повітря (ходьба, відчинення дверей). Після зазначеного терміну записують показання сухого та вологого термометрів із точністю до 0,1°С. За різницею показань термометрів визначають відносну вологість у % за таблицею, що є на приладі, якщо її немає, то за додатком №1.

Розрахунки. Абсолютну вологість повітря за показаннями сухого і вологого термометрів обчислюють за формулою Реньо:

,

де А –абсолютна вологість, що виражається напругою парів, мм рт.ст.; Е –максимальна пружність водяної пари при температурі вологого термометра (цю величину знаходять за таблицею (Додаток № 2), мм рт.ст.; а –психрометричний коефіцієнт, що залежить від швидкості руху повітря(див. нижче); Т 1 – температура в момент відліку, що показується сухим термометром, °С; Т 2 – температура, що показується вологим термометром, °С; В –барометричний тиск під час спостереження, мм рт.ст.

П р і м е р обчислення абсолютної вологості повітря. Визначення проводили статичним (стаціонарним) психрометром за таких даних: показання сухого термометра 12,5°С, показання вологого термометра 11,2° С, барометричний тиск 755 мм рт. ст., психрометричний коефіцієнт 0,0011, максимальна пружність пари при 11,2 ° С (за додатком № 2) 9,92 мм рт. ст.

Вводимо у наведену вище формулу ці величини:

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

Знаючи цю величину, можна обчислити її відсоткове відношення домаксимальної вологості повітря при цій температурі (температура сухого термометра), тобто відносну вологість повітря. Для цього користуються формулою:

,

де R – відносна вологість повітря, %; А - знайдена абсолютна вологість повітря, мм рт. ст.; Е – максимальна пружність водяної пари, мм рт. ст. при температурі сухого термометра (температура повітря на момент спостережень). Її знаходять за таблицею (Додаток №2); у прикладі вона дорівнює 10,8 мм рт. ст.

Підставляємо знайдені величини у формулу:

,

Правила роботи з аспіраційним психрометром.Для змочування обгортки вологого термометра цього психрометра застосовують гумову грушу з піпеткою. Груші піднімають воду в піпетці на 2/3 її довжини і затримують на цьому рівні за допомогою затиску. Піпетку повністю вводять в гільзу вологого термометра і змочують обгортку резервуара.

Показання термометра відраховують улітку через 4-5 хв, а взимку через 15 хв після початку роботи вентилятора. У разі пружинний завод вентилятора доводиться заводити двічі.

Абсолютну вологість при користуванні цим психрометром обчислюють за такою формулою:

,

де А - абсолютна вологість, мм рт. ст.; Е – максимальна напруга водяної пари при температурі вологого термометра; 0,5 - постійна величина (психрометричний коефіцієнт); Т – температура сухого термометра; Т – температура вологого термометра; В – барометричний тиск у момент дослідження; 755 – середній барометричний тиск.

П р і м е р. Абсолютна вологість повітря при Т = 15 про С, Т1 = 12,5 ° С. В = 758 мм і Е (знаходять за додатком № 2) = 10,8

6 – діаграмна стрічка

Відносна вологість повітря в прикладі дорівнює:

,

Прилади визначення відносної вологості повітря.Для визначення відносної вологості повітря застосовують гігрометри - прилади, дія яких заснована на здатності знежиреного в ефірі людського волосся подовжуватися при підвищенні відносної вологості повітря і коротшає при її зниженні .

Гігрометр волосяний у круглій оправі М-68(рис.9) є металевий корпус зі шкалою з поділками у відсотках відносної вологості повітря. Усередині корпусу є датчик вологості та механізм для закріплення та переміщення стрілки за шкалою. Установка стрілки на заданий поділ проводиться регулювальним гвинтом. Діапазон вимірювання відносної вологості в межах від 30 до 100%. Прилад можна використовувати для роботи при температурі від –30 до 45°.

Гігрограф М-21(метеорологічний) застосовують для безперервного запису зміни відносної вологості повітря від 30 до 100 % при температурі від -30 до 45 ° С. Прилади випускають двох типів: добові та тижневі з тривалістю одного оберту барабана годинного механізму 26 і 176 год.

Гігрограф (рис.10) складається з датчика (1) і пучка знежиреного людського волосся, закріпленого кінцями у втулках

металевого кронштейна та захищених від пошкоджень огорожею; передавального механізму (2), стрілки з пером (3), барабана з годинниковим механізмом (4) та корпусу (5). Перед роботою зміцнюють на барабані діаграмну стрічку, заводять годинниковий механізм і заповнюють перо спеціальним чорнилом. На діаграмній стрічці записують дату та час початку та кінця реєстрації. Прилад запису відносної вологості ставлять на певну висоту строго горизонтально.

Мал. 10. Гігрограф типу М-21.

1 – корпус, 2 – датчик-пучок знежиреного волосся,

3 - корекційний гвинт, 4 - стрілка з пером,

5 – барабан з годинниковим механізмом,

6 – діаграмна стрічка

Заняття 3.ВИЗНАЧЕННЯ ШВИДКОСТІ РУХУПОВІТРЯ

Прилади визначення швидкості руху повітря.

Швидкість руху повітря вимірюють у тваринницьких приміщеннях, при дослідженні роботи вентиляції та у відкритій атмосфері. Виражають її в метрах за секунду (м/с). Використовують для вимірювання анемометри та кататермометри. Анемометрами вимірюють великі швидкості руху повітря, а кататермометрами швидкості менше 0,5 м/с.

Анемометри розрізняють динамічні та статичні. Першими визначають швидкість руху повітря за кількістю оборотів, другими – за відхиленням пластинки або кулі.

Динамічні анемометрибувають двох типів: крильчасті типу АСО-3 та чашкові типу МС-13 (рис.11 та рис.12). Принцип дії обох анемометрів полягає в тому, що повітря при русі тисне на легкі рухомі крила або чашки приладу, які приходять у обертальний рух. Цей рух через систему зубчастих коліс передається стрілці, що рухається циферблатом з поділками.

П реділа вимірювань швидкості руху повітря у крильчатого анемометра від 0,3 до 5 м/с, а у чашкового анемометра - від 1 до 20 м/с. Перед роботою анемометра включають за допомогою арретира передавальний механізм та записують початкове показання лічильника на шкалах. Прилад встановлюють у повітряному потоцівітроприймачем назустріч потоку і через 10-15с включають одночасно механізм приладу та секундомір. Через 1-2 хв механізм анемометра та секундомір вимикають, записують показання лічильника та час його роботи в секундах. По різниці кінцевого і початкового показань лічильника, поділеної тимчасово секундах, визначають швидкість руху повітря на м/с.

Статичний анемометр із флюгеромвикористовують для визначення руху повітря у вільній атмосфері (сили вітру) за відхиленням від вертикального положення пластинки приладу. Кут відхилення відраховують за дугоподібною шкалою та за відповідними таблицями визначають швидкість руху повітря.

Катером метри– прилади визначення швидкості руху повітря від 0,04 до 15 м/с. Кататермометри можуть мати циліндричний або шаровий резервуар (рис.13). Поверхня резервуару заповнена забарвленим спиртом. Шкала приладу поділена на градуси від 35 до 38 . Величина втрати тепла з 1 см 2 поверхні резервуара приладу за період охолодження його від 38 до 35 ° С в мілікалорії називається фактором кататермометра (F). Він має індивідуальне значеннядля кожного приладу та відзначається на звороті шкали приладу.

Розподіл величини фактора на час охолодження приладу від 38 до 35°С дасть величину тепловіддачі з 1 см 2 /з мілікалоріях. Цю величину називають індексом та позначають буквою Н.

Правила роботи з анемометром та кататермометром.При роботі з анемометром необхідно дотримуватись наступних правил:

вісь крильчатого анемометра при вимірі швидкості повинна збігатися з напрямком руху повітря, а чашкового – перебувати у вертикальному положенні;

перед виміром швидкості руху повітря в обраній точці записують показання стрілок приладу, поміщають прилад із загальмованою стрілкою на місце і пускають анемометр на холостий хід на 1-2 хв, поки крила або філіжанки не почнуть рівномірно обертатися. Після цього натисканням важеля включають лічильник і одночасно відзначають час (у секундах). Після закінчення 100с вимикають лічильник анемометра та записують показання стрілок; різницю між другим і першим показаннями стрілок лічильника ділять на число секунд (100) і знаходять швидкість руху повітря м/с;

для вимірювання швидкості руху повітря, що перевищує 1 м/с, вільній атмосферірекомендується застосовувати чашковий анемометр, а для вимірювання швидкості руху повітря у вентиляційних каналах – крильчастий.

При роботі з кататермометром необхідно дотримуватись наступних правил:

перед дослідженням занурюють резервуар сухого кататермометра у воду, нагріту до 60-80°С, і чекають, поки спирт не заповнить 1/3 верхнього циліндричного розширення. Після цього прилад виймають із води, насухо витирають резервуар рушником і поміщають нерухомо у точці дослідження;

по секундоміру стежать за часом охолодження приладу, включаючи секундомір у момент, коли стовпчик спирту проходить через 38°З вимикають, коли він досягає рівня 35°С.

отриману величину часу охолодження записують та повторюють вимірювання 5 разів. Дані першого виміру, як найменш точного, відкидають і з чотирьох вимірів виводять середньоарифметичну величину часу охолодження.

Обчислення результатів.Знаючи величину Ні температуру повітря визначають швидкість руху повітря в момент вимірювання, користуючись наступними формулами:

якщо швидкість руху менша за 1 м/с, то користуються формулою:

.

де v – потрібна швидкість руху повітря м/с; Н- Величина охолодження кататермометра (індекс); Q – Середня температуракататермометра 36,5°З мінус температура повітря приміщення у момент спостереження; 0,2 та 0,4 – емпіричні коефіцієнти;

при швидкості руху повітря більше 1 м/с користуються формулою:

.

Позначення у формулі ті ж, що й у першій; 0,13 та 0,47 – емпіричні коефіцієнти.

П р і м е р. Фактор кататермометра 454, час охолодження 62с, температура повітря на момент дослідження 12°С. Індекс дорівнює 454/62=7,32, величина Н/Q= 0,298, або заокруглено 0,3.

Підставивши ці величини формулу для швидкостей менше 1 м/с, отримуємо:

м/с.

Для спрощення розрахунків користуються додатком 3, у якому за величиною Н/Q знаходять швидкість руху повітря.

Заняття 4.ВИЗНАЧЕННЯ ПРИРОДНИЧОЇ ТА ШТУЧНОЇ ОСВІТЛЕННОСТІ.

Визначення природного та штучного освітлення.

У проектній та будівельній практиці тваринницьких та підсобних приміщень застосовують два види нормування природного освітлення– геометричне та світлотехнічне.

Геометричне нормування встановлює відношення площі світлових предметів (скління) до площі підлоги приміщення, що освітлюється, або світловий коефіцієнт (СК).

П р і м е р. Площа підлоги у приміщенні 1080 м2. Сумарна площа стекол 90 м 2 . 1080: 90 = 12. У даному випадкусвітловий коефіцієнт (СК) дорівнює 1:12.

Цей спосіб нормування та контролю освітленості дуже простий, але неточний. Геометричний спосіб нормування освітленості не враховує багато важливих моментів: світловий клімат місцевості, відбите світло від стелі, орієнтацію вікон по сторонах світла, затемнення впливу приміщень, що протистоять, і світла, конструктивні особливості будівлі.

Під аналітичним вирівнюванням розуміють визначення основної тенденції розвитку досліджуваного розвитку, що проявляється в часі. При цьому розвиток постає як би залежно лише від часу. У результаті вирівнювання часового ряду отримують найбільш загальний, сумарний, що виявляє у часі результат впливу всіх причинних факторів. Відхилення конкретних рівнів ряду від рівнів, що відповідають загальній тенденції, пояснюють дією факторів, що проявляються випадково чи циклічно.

на практиці понаявному часовому ряду задають вигляд і знаходять параметри функції f(t)а потім аналізують поведінку відхилень від тенденції.

функцію f(t) вибирають таким чином, щоб вона давала змістовне пояснення досліджуваного процесу.

Найчастіше при вирівнюванні використовуються такі залежності:

Для розрахункупараметрів рівняння тренду зазвичай використовують метод найменших квадратів. Для кожного типу тренду МНК пропонує систему нормальних рівнянь, вирішуючи яку обчислюють параметри тренду.

Для лінійного тренду нормальні рівняння МНК мають вигляд:

де y i - Рівні вихідного ряду динаміки;

t i - Номери періодів або моментів часу;

n - Число рівнів ряду.

Систему можна, можливо спростити, перенісши початок відліку часу t iу середину ряду. Тоді ∑t iдорівнюватиме 0 і система набуде вигляду:

звідки , .

Побудувавши рівняння регресії, проводять оцінку його надійності Це робиться за допомогою F-Критерія Фішера, методика розрахунку якого розглянута у п. 9.5. Якщо F факт> F теор, то рівняння регресії значимо, тобто. побудована модель адекватна фактичної тимчасової тенденції.