實(shí)驗(yàn)一 氣候條件測定2011

2008版本科培養(yǎng)計(jì)劃重要改革之

實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分根據(jù)學(xué)校培養(yǎng)全面發(fā)展，寬基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、高素質(zhì)的高級(jí)專門人才的辦學(xué)思想，安全學(xué)院決定在2008版培養(yǎng)方案中將實(shí)驗(yàn)課程單獨(dú)開課，以加強(qiáng)實(shí)踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。改革內(nèi)容是對(duì)2004版及之前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合、提升，增加新的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，開設(shè)的實(shí)驗(yàn)總課程近200學(xué)時(shí)。單獨(dú)設(shè)課的課程分為安全基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

安全專業(yè)實(shí)驗(yàn)1、消防專業(yè)實(shí)驗(yàn)1

安全專業(yè)實(shí)驗(yàn)2、消防專業(yè)實(shí)驗(yàn)2

安全基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)不分專業(yè)。內(nèi)容包括工業(yè)場所氣候參數(shù)測定、噪聲、照明測定、有毒有害爆炸性氣體測定、可燃物特性測定、通風(fēng)壓力和阻力測定、救護(hù)、電氣安全等。實(shí)驗(yàn)一工業(yè)場所氣候參數(shù)測定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)會(huì)測定工業(yè)場所氣候參數(shù)：溫度、濕度、大氣壓力、風(fēng)速和熱輻射等。2.學(xué)會(huì)使用測定氣候參數(shù)的各類儀器儀表，熟悉它們的結(jié)構(gòu)和工作原理。實(shí)驗(yàn)儀器儀表

機(jī)械通風(fēng)干濕表、電動(dòng)通風(fēng)干濕表、溫濕度晴雨表、機(jī)械翼式風(fēng)表、電子風(fēng)表、風(fēng)向風(fēng)速儀、秒表、空盒氣壓計(jì)、水銀氣壓計(jì)、精密數(shù)字氣壓計(jì)、輻射熱計(jì)、黑球溫度測試儀等。氣候條件——?jiǎng)趧?dòng)條件的重要組成部分。對(duì)于工人的身心健康和勞動(dòng)效率具有直接的影響。工業(yè)場所的氣候條件也常稱為微氣候。微氣候的主要構(gòu)成因素：溫度、濕度、風(fēng)速、熱輻射、大氣壓力和空氣質(zhì)量（空氣潔凈度、有害氣體濃度、負(fù)離子含量等）。氣候條件對(duì)人體熱平衡產(chǎn)生影響，人體散熱三種基本形式：對(duì)流、輻射和汗液蒸發(fā)。對(duì)流散熱取決于空氣的溫度和流速；輻射散熱取決于周圍物體的表面溫度；蒸發(fā)散熱取決于周圍空氣的濕度和流速。正常情況下人體依靠自身的調(diào)節(jié)機(jī)能，使產(chǎn)熱和散熱保持著動(dòng)平衡，維持正常體溫。但不利的氣候條件致使人體熱平衡受到破壞，導(dǎo)致體溫升高或降低，從而產(chǎn)生各種不適癥狀，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致疾病和死亡。因此準(zhǔn)確測定氣候條件參數(shù)指標(biāo)，對(duì)于評(píng)價(jià)勞動(dòng)條件具有重要意義。工業(yè)場所氣候條件測定的意義一、溫度測定溫度：宏觀上是表示物體冷熱程度的物理量。微觀上是物體分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度，是物體分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，是一個(gè)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。溫度可通過物體隨溫度變化的某些特性（？）來間接測量，而用來量度物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)（零點(diǎn)）和測量溫度的基本單位。目前常用的溫標(biāo)有華氏溫標(biāo)（℉）、攝氏溫標(biāo)（℃）和熱力學(xué)溫標(biāo)（K）。攝氏溫度和華氏溫度的關(guān)系：

F=1.8C+32C=（F–

32）/1.8

攝氏溫度和熱力學(xué)溫度的關(guān)系：K=C+273.15

華氏溫度和攝氏溫度華氏溫度以其發(fā)明者GabrielD.Fahrenheir(1681-1736)命名的，規(guī)定其冰點(diǎn)是32℉，沸點(diǎn)為212℉。并按水銀溫度計(jì)的體積膨脹距離分成180份，每一份為1℉。攝氏溫度的發(fā)明者是瑞典人AndersCelsius，其冰點(diǎn)是0℃，沸點(diǎn)為100℃。即在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，把冰水混合物的溫度規(guī)定為0度，水的沸點(diǎn)溫度規(guī)定為100度。根據(jù)水這兩個(gè)固定溫度點(diǎn)來對(duì)玻璃水銀溫度計(jì)進(jìn)行分度。兩點(diǎn)間作100等分，每一份稱為1℃。溫度計(jì)結(jié)構(gòu)及工作原理原理：它是利用液體（水銀）熱脹冷縮的性質(zhì)而制造的一種測溫計(jì)。高溫可以測到３００多攝氏度。構(gòu)造：由玻璃殼、毛細(xì)管、玻璃泡、刻度及液體構(gòu)成。水銀柱的上部管內(nèi)為真空。使用：使用溫度計(jì)時(shí)，注意量程范圍、溫標(biāo)和分度值；讀數(shù)時(shí)做到以下三點(diǎn)：①溫度計(jì)與待測對(duì)象充分接觸，避免其他非待測對(duì)象的影響；②待數(shù)值穩(wěn)定后再讀數(shù)；③讀數(shù)時(shí)視線要與液面上表面相平。新型溫度測量儀器濕度：表征空氣中水汽含量的物理量?？諝鉂穸仁侵缚諝獬睗竦某潭?，可用絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度(RH)和含濕量等指標(biāo)表示。絕對(duì)濕度：是一定體積的空氣中含有的水蒸氣的質(zhì)量，單位常用g/m3

或kg/m3

。絕對(duì)濕度的最大值是飽和狀態(tài)下的濕度。絕對(duì)濕度與溫度有一定關(guān)系，并隨溫度升高而減小，因?yàn)殡S著溫度的變化空氣的體積也要發(fā)生變化。但絕對(duì)濕度越接近最高濕度，隨溫度的變化就越小。二、濕度測定相對(duì)濕度：指濕空氣中實(shí)際含有水蒸氣量（絕對(duì)濕度）與同溫度下的飽和濕度之比的百分?jǐn)?shù)，用φ表示。相對(duì)濕度φ反映空氣所含水蒸氣量接近飽和的程度，所以也叫飽和度。φ值小表明空氣干燥，吸收水分的能力強(qiáng)，φ=100%的空氣是飽和空氣。超過100%（過飽和）的空氣中的水蒸氣一般會(huì)凝結(jié)出來。隨著溫度的增高空氣中可以含的水就越多，即在同樣多的水蒸氣的情況下溫度升高相對(duì)濕度就會(huì)降低。因此在提供相對(duì)濕度指標(biāo)的同時(shí)須提供溫度的數(shù)據(jù)。

絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度關(guān)系

f=

φF飽式中：f—絕對(duì)濕度，g/m3

φ—相對(duì)濕度，%

F飽—同一溫度下的飽和水蒸氣量，g/m3含濕量：在濕空氣中，與1kg干空氣同時(shí)并存的水蒸汽量稱為含濕量，用符號(hào)d表示，單位為g/kg(干空氣)。人體在室內(nèi)感覺舒適的相對(duì)濕度是50％～60％，相對(duì)濕度過低或過高，對(duì)人體都不適甚至有害。相對(duì)濕度過低，人易患呼吸道疾病，出現(xiàn)口干、唇裂、流鼻血等現(xiàn)象。濕度過低還會(huì)導(dǎo)致木材水分散失，引起家具或木質(zhì)地板變形、開裂和損壞；鋼琴、提琴等對(duì)濕度要求高的樂器不能正常使用；文物、檔案和圖書易脆化、變形。相對(duì)濕度過高不利于人體散熱，又易使室內(nèi)家具、衣物、地毯等織物生霉，鐵器生銹，電子器件短路，甚至引發(fā)火災(zāi)。相對(duì)濕度指標(biāo)評(píng)價(jià)濕度計(jì)結(jié)構(gòu)及工作原理空氣的相對(duì)濕度既可用各種濕度表直接測量，也可用干濕溫度計(jì)間接測量，前者測量簡單，但精度不高；后者測量操作較復(fù)雜，而精度較高。測量空氣相對(duì)濕度的儀表主要是手搖濕度計(jì)和通風(fēng)濕度計(jì)（通風(fēng)干濕表）。各種溫濕度計(jì)毛發(fā)濕度表是用來測定空氣相對(duì)濕度的儀器。根據(jù)脫脂毛發(fā)的長度隨濕度變化的原理制成。當(dāng)濕度增減時(shí)，毛發(fā)產(chǎn)生伸縮，通過機(jī)械傳動(dòng)使指針在刻度盤上指示濕度大小。毛發(fā)濕度計(jì)通風(fēng)干濕表結(jié)構(gòu)及工作原理通風(fēng)干濕表是將兩支完全相同的水銀溫度計(jì)裝入金屬套管中，溫度計(jì)球部有雙重輻射防護(hù)管。其中一支為干溫度計(jì)，另一支在水銀球表面裹一層濕紗布作為濕溫度計(jì)，套管頂部裝有一個(gè)用發(fā)條或電驅(qū)的風(fēng)扇。測定時(shí)，上緊發(fā)條啟動(dòng)風(fēng)扇抽吸空氣均勻地通過套管，使球部處于≥2.5m/s的氣流中（電動(dòng)可達(dá)3m/s），待4～5min后，讀取干濕球溫度計(jì)示值。由于濕溫度計(jì)受球表面水分蒸發(fā)的吸熱作用，其示值將低于干溫度計(jì)示值。空氣的相對(duì)濕度愈小，蒸發(fā)吸熱作用愈顯著，干、濕溫度差也就愈大。根據(jù)干、濕溫度計(jì)的讀數(shù)及其差值Δt，查氣象常用表可得相對(duì)濕度。DHM2型通風(fēng)干濕表三、大氣壓力測定大氣壓力：地球表面覆蓋有一層幾十km厚的大氣層。在大氣層中的物體，都要受到空氣分子撞擊產(chǎn)生的壓力。也可以認(rèn)為，大氣壓力是大氣層中的物體受大氣層自身重力產(chǎn)生的作用于物體上的壓力。1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓＝101.325kPa

＝1013.25毫巴。測量大氣壓力主要采用空盒氣壓計(jì)、水銀氣壓計(jì)、精密數(shù)字氣壓計(jì)等進(jìn)行。影響大氣壓因素氣壓是隨高度而變化的。海拔愈高，大氣壓力愈??；兩地的海拔相差愈懸殊，其氣壓差也愈大。大氣柱的重量還受到密度變化的影響，空氣的密度愈大，也就是單位體積內(nèi)空氣的質(zhì)量愈多，其所產(chǎn)生的大氣壓力也愈大。空盒氣壓計(jì)構(gòu)造及工作原理空盒氣壓計(jì)以波紋狀真空膜盒組為感應(yīng)元件，大氣壓力發(fā)生變化時(shí)，真空盒膨脹或收縮，產(chǎn)生軸向移動(dòng)，通過拉桿和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使指針偏轉(zhuǎn)，指出大氣壓力值。盒內(nèi)空氣壓力為50～60mmHg，測量范圍為600～800mmHg，度盤最小分度值為0.5mmHg。讀數(shù)時(shí)儀器須水平放置，因?yàn)檫@類儀器的刻度與校正都是在水平放置時(shí)進(jìn)行的。據(jù)試驗(yàn)，如果垂直放置，讀數(shù)誤差可達(dá)±0.3mmHg。讀數(shù)前必須輕輕敲擊儀器的玻璃面，以消除傳動(dòng)機(jī)構(gòu)摩擦引起的誤差。讀數(shù)時(shí)，視線須與刻度盤平面垂直。如果空氣壓力脈動(dòng)現(xiàn)象明顯(如風(fēng)硐內(nèi)通風(fēng)機(jī)附近)，靈敏度高的空盒氣壓計(jì)指針可能擺動(dòng)不停。在這種情況下，須記取幾個(gè)讀數(shù)(包括最大和最小值)，取其平均值。精確測定時(shí)，氣壓計(jì)讀數(shù)必須進(jìn)行刻度、溫度和補(bǔ)充校正。每臺(tái)儀器的出廠檢定書中均附有這三個(gè)校正值。其中溫度校正值：

P溫＝ΔP溫·t，mmHg

式中ΔP—溫度變化1℃時(shí)的氣壓校正值，mmHg／℃；

t—讀數(shù)時(shí)的溫度，℃。空盒氣壓計(jì)使用注意事項(xiàng)水銀氣壓計(jì)是一種測量大氣壓力的標(biāo)準(zhǔn)儀器，其借助于一端封閉，另一端垂直插入水銀槽內(nèi)的玻璃管中的水銀柱高度來測量大氣壓力，按其結(jié)構(gòu)可分為動(dòng)槽和定槽兩種。目前動(dòng)槽式應(yīng)用較廣。水銀氣壓計(jì)結(jié)構(gòu)及工作原理動(dòng)槽式水銀氣壓計(jì)如左圖所示。氣壓計(jì)的感應(yīng)部分由水銀、玻璃內(nèi)管、水銀槽組成；刻度部分由標(biāo)尺、游標(biāo)尺、象牙針組成；附屬部分為溫度計(jì)。它的主要特點(diǎn)是標(biāo)尺上有一個(gè)固定的零點(diǎn)。每次讀數(shù)時(shí)，須將水銀槽的表面調(diào)到這個(gè)零點(diǎn)處，然后讀出水銀柱頂?shù)目潭?。讀數(shù)順序?yàn)椋合茸x溫度計(jì)，然后調(diào)水銀面與象牙針相切，再調(diào)游標(biāo)尺與水銀柱頂相切，最后讀數(shù)。讀數(shù)結(jié)束后，將象牙針與水銀面斷開。由于水銀氣壓計(jì)不便于攜帶，一般作為標(biāo)準(zhǔn)儀器在實(shí)驗(yàn)室使用。JFY-2型精密數(shù)字氣壓計(jì)礦井通風(fēng)參數(shù)檢測儀是一種能同時(shí)測定井下絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力、風(fēng)速、溫度、濕度的精密手持式便攜儀器，主要用于礦井通風(fēng)阻力測定?？諝饷芏扔?jì)算密度：單位體積空氣所具有的質(zhì)量稱為空氣密度，用符號(hào)ρ

表示。空氣可以看做是均質(zhì)氣體，故：

式中m—空氣的質(zhì)量，kg；

V—空氣的體積，m3；

ρ—空氣的密度，kg/m3。

當(dāng)空氣的溫度、濕度和壓力改變時(shí)，其體積會(huì)發(fā)生變化。所以空氣密度隨溫濕度、壓力的變化而變化。如在大氣壓P0為101325Pa，氣溫為0℃（273.15°K）時(shí)，干空氣的密度ρ0

為1.293kg/m3。濕空氣的密度是1m3空氣中所含干空氣質(zhì)量和水蒸氣質(zhì)量之和，即式中md—1m3空氣中干空氣的質(zhì)量，kg；

mv—1m3空氣中水蒸氣的質(zhì)量，kg。

由氣體狀態(tài)方程和道爾頓分壓定律導(dǎo)出的濕空氣密度計(jì)算公式為：式中：

P—測點(diǎn)空氣的絕對(duì)靜壓，Pa；ρ—空氣密度，kg/m3;

—空氣的相對(duì)濕度，%；

Ps—空氣在t溫度下的飽和水蒸氣壓力，Pa。t

—

測點(diǎn)處空氣的干溫度，℃；四、風(fēng)速測定測量風(fēng)速的儀表通稱風(fēng)速計(jì)。測風(fēng)儀表有機(jī)械翼式風(fēng)表、電子風(fēng)表和熱球風(fēng)速計(jì)。機(jī)械翼式風(fēng)表按其構(gòu)造不同分為葉式和杯式兩種。前者用來測量中速、低速；后者用來測量高速。目前井下巷道測風(fēng)使用的主要是機(jī)械傳動(dòng)的風(fēng)表。其構(gòu)造簡單、輕便，能滿足一般的風(fēng)速和風(fēng)量的測量。高速風(fēng)表結(jié)構(gòu)及工作原理風(fēng)表的工作原理是，風(fēng)流的動(dòng)壓作用于一組葉片或半球構(gòu)成的感受器時(shí)，產(chǎn)生力矩驅(qū)動(dòng)輪葉轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)螺桿和齒輪帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)，指示出風(fēng)流的速度。高速風(fēng)表的感受器是對(duì)稱安裝于旋轉(zhuǎn)鋼軸上的3-4個(gè)半球轉(zhuǎn)杯，所以叫杯式風(fēng)表。由于轉(zhuǎn)杯慣性比較大，啟動(dòng)的最低風(fēng)速通常大于1m/s，適于測量3～30m/s的風(fēng)速。中、低速風(fēng)表中速風(fēng)表和低速風(fēng)表的感受器都由6～

8個(gè)鋁合金葉片構(gòu)成，所以又叫葉形風(fēng)表。葉片旋轉(zhuǎn)軸的垂直面成40～45°角。低速風(fēng)表的鋁合金葉片落而輕，葉輪軸為一根細(xì)鋼絲，鋼絲軸的一端套接在一個(gè)螺桿上，帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，故啟動(dòng)風(fēng)速較低(0.1～

0.15m/s)。計(jì)數(shù)部分是借助于風(fēng)表機(jī)芯中的一套齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使指針按一定減速比指示出葉輪的轉(zhuǎn)速。中速風(fēng)表的測量范圍為0.5～

10m/s，低速風(fēng)表為0.1～

5m/s。電子熱球微風(fēng)速儀熱球風(fēng)速計(jì)的基本原理是一個(gè)被加熱的物體置于風(fēng)流中時(shí)，其溫度隨風(fēng)速的大小而發(fā)生變化，根據(jù)對(duì)該物體溫度的測量而測知風(fēng)速的大小。一般用于測量微速風(fēng)流。風(fēng)表讀數(shù)校正由于風(fēng)表的慣性和軸承、機(jī)械傳動(dòng)裝胃的摩擦作用，其指示數(shù)(表速)并不等于風(fēng)流的真正速度。所以風(fēng)表必須經(jīng)過校正才能使用。風(fēng)表的校正曲線如右圖所示，圖中1部分為非線性區(qū)，2部分為線性區(qū)。一般風(fēng)表在風(fēng)速大于0.2～0.3m/s以上時(shí)，表速與風(fēng)速呈線性關(guān)系，故可用下式表示：

V=a+bV表式中a——風(fēng)表啟動(dòng)初速的常數(shù)，決定于風(fēng)表的慣性和摩擦力；

b——校正常數(shù)，決定于風(fēng)表的構(gòu)造與尺寸；

V表——風(fēng)表的指示表速，格／分或格／秒。

風(fēng)表至少應(yīng)每年校正一次，并注明校正時(shí)的空氣重率和校正時(shí)間。井巷測風(fēng)方法為了測量井巷斷面流過的平均風(fēng)速，風(fēng)表應(yīng)連續(xù)均勻地在測風(fēng)斷面移動(dòng)。常用的測風(fēng)方法有兩種。一種是測風(fēng)人員面對(duì)巷道壁站立，和風(fēng)表處于同一斷面內(nèi)。由于測風(fēng)人員占據(jù)了斷面的一部分（一般取0.3~0.4m2），測得的結(jié)果比實(shí)際風(fēng)速大，計(jì)算時(shí)應(yīng)乘以校正系數(shù)K，K=（S–S人）/S。另一種方法是測風(fēng)人員面向風(fēng)流，手持風(fēng)表向前伸直，使風(fēng)表處于測風(fēng)人員前方的斷面上，從而避免了測風(fēng)員身體的影響。但是風(fēng)表沿測風(fēng)斷面移動(dòng)時(shí)，風(fēng)表很難始終與風(fēng)流垂直。五、熱輻射測定熱輻射是自然界一切物體的共性。其實(shí)質(zhì)是電磁波輻射。理論上只要物體的表面溫度高于熱力學(xué)溫度0°K時(shí)，該物體就要對(duì)外產(chǎn)生熱輻射。溫度越高，輻射出的電磁波波長越短。人體表面溫度約為310°K，當(dāng)然也是輻射源，其輻射波長為5～25μm。在任一時(shí)刻，自然界中的物體與物體之間均存在相互輻射，并通過輻射進(jìn)行能量傳遞，試圖實(shí)現(xiàn)溫度的平衡。當(dāng)周圍物體溫度高于人體表面溫度時(shí)，相互輻射的結(jié)果將使人體受熱（獲得能量），稱為正輻射，反之則稱為負(fù)輻射。負(fù)輻射有利于人體散熱，是舒適微氣候的必備條件之一。熱輻射計(jì)算及常用單位熱輻射是能量以電磁波方式傳播的物理過程，兩物體間的輻射換熱不需要直接接觸。根據(jù)斯蒂芬—玻爾茲曼公式(亦稱四次方定律)，物體單位時(shí)間單位面積的輻射功率為

式中θ——發(fā)熱體表面溫度(℃)；

θ0——接受輻射熱的物體表面溫度(℃)；

Ff——輻射物體的表面面積(m2)；

ε——輻射系數(shù)[W／(℃4·m2)]，與發(fā)熱體表面情況及顏色有關(guān)。熱輻射計(jì)算及常用單位不同的物體對(duì)輻射波具有不同的放射能力、不同的吸收能力及不同的反射能力。不反射而全部吸收輻射能的物體，其放射能力也最強(qiáng)，稱為絕對(duì)黑體。完全不吸收輻射能(全部反射)的物體其放射能力為零，稱為絕對(duì)白體。自然界沒有絕對(duì)黑體與絕對(duì)白體，均為介于兩者之間的灰色體。某些煙煤最接近絕對(duì)黑體，可以吸收輻射能的90％～98％，某些被磨光的金屬接近于絕對(duì)白體，可以反射輻射能的95％～97％。熱輻射的常用單位為kW／m2或kJ／m2.min。夏日中午，陽光對(duì)地面熱輻射可達(dá)60k