Устройство и принцип работы. Принцип работы прибора основан на зависимости разности показаний сухого и смоченного термометров от влажности окружающего воздуха

Принцип работы прибора основан на зависимости разности показаний сухого и смоченного термометров от влажности окружающего воздуха. Чем ближе содержание паров воды в воздухе к состоянию полного насыщения, тем медленнее идёт испарение воды с фитилька, обмотанного вокруг ртутного баллончика традиционно правого, смоченного термометра. При этом охлаждающий эффект испарения уменьшается и разность показаний сухого и смоченного термометров уменьшается. При относительной влажности 100% - полное насыщение, испарение не происходит и, оба градусника показывают одинаковую температуру.

Психрометр имеет два одинаковых ртутных термометра 4 (рис.8), закрепленных в термодержателе, состоящим из трубок защиты 1, аспирационной чашки 2, воздухопроводной трубки 3 и термозащиты 5.

Резервуары термометра помещены в трубки защиты с воздушным зазором между ними. Их назначение – предохранять резервуары термометров от теплового излучения, в том числе и солнечного. Для этого, наружная поверхность трубок полируется и никелируется, Сами трубки изолированы друг от друга теплоизолирующими шайбами.

Трубки защиты соединены аспирационной чашкой с воздуховодной трубкой, на верхнем конце которой укреплена аспирационная головка 6. Пружина механизма, вращающего крыльчатка вентилятора, заводится ключом 7 вращением по часовой стрелке.

Термометры защищены с боков термозащитами, предохраняющими их и от механических повреждений.

К психрометру прилагается ветровая защита 8, крюк для подвешивания и пипетка с резиновым баллоном для дистиллированной воды. На метеоплощадках крюк крепится горизонтально к деревянному столбу.

Перед началом измерений, резервуар правого термометра, обёрнутого батистовой салфеткой, смачивается чистой дистиллированной водой при помощи резинового баллона 12 с пипеткой 10.

Вращающийся в аспирационной головке вентилятор, всасывает воздух в психрометр и он, обтекая резервуары термометров, проходит по воздухопроводной трубке к вентилятору и выбрасывается им наружу через прорези в аспирационной головке. При этом сухой термометр показывает температуру окружающего воздуха, а показания смоченного термометра будут меньше сухого адекватно охлаждающему действию испарения воды с батистовой салфетки. При влажности 100% испарение прекращается и, оба градусника показывают одинаковую температуру. Чем суше воздух, тем интенсивнее испарение, а значит больше разность показаний. По этой разности и рассчитывается относительная влажность. На практике относительная влажность определяется по психрометрической таблице или психрометрическому графику.

1. Техническое обслуживание прибора

Психрометр нельзя брать влажными руками. Особенно необходимо беречь никелированные трубки зашиты, так как их потемнение или коррозия выводят прибор из строя.

Из этих же соображений следует беречь прибор от отпотевания, для чего в холодное время года, в помещении, прежде чем вынуть психрометр из футляра, следует дать ему возможность постепенно принять температуру окружающего воздуха.

После работы прибор тщательно протирают бархоткой.

Батистовый фитилёк на ртутном резервуаре влажного термометра необходимо содержать в чистоте и менять, при постоянной работе, не реже одного раза в две недели.

Роботу часового пружинного механизма проверяют не реже двух раз в месяц. Для этого, заведя механизм как обычно до отказа, измеряют время одного оборота барабана, наблюдая за его вращением по специальной риске через круглое окошечко, расположенное на боковой стороне головки психрометра. Работа признаётся нормальной, если измеренное время отличается от указанного в паспорте прибора (обычно это около 90 с), не более чем на 10 с, а время вращения барабана от одной полной заводки составляет не менее 8 минут. В противном случае прибор подлежит ремонту.

Рис. 8 Аспирационный психрометр Ассмана

1. Порядок работы с аспирационным психрометром Асcмана

На первом этапе проводится измерение температуры и влажности воздуха в лаборатории. При этом преследуются две цели:

- научиться обращаться с прибором;

- определить температуру и относительную влажность воздуха на трёх уровнях – 1,5 м, 1 м и 01 м над уровнем пола;

по полученным результатам выявить тип стратификации воздушной массы в лабораторном помещении и сделать выводы о том - нужны ли и какие именно мероприятия для нормализации микроклимата помещения.

За 4 минуты до начала измерений смачивают батист влажного термометра. Для этого берут резиновый баллон с пипеткой, заранее наполненный дистиллированной водой и лёгким нажимом доводят воду до уровня на 1 см ниже края пипетки. Удерживая её в таком положении зажимом, вводят пипетку во внутреннюю трубку защиты термометра и смачивают батист, обмотанный вокруг ртутного баллончика влажного термометра. Выждав некоторое время, не вынимая пипетки из трубки защиты, разжимают зажим, вбирая излишки воды в пипетку, и вынимают её из трубки.

Затем, заводят вентилятор почти до отказа (осторожно, можно сорвать пружину!).

Отсчёт показаний термометров производится на 4-й минуте работы вентилятора прибора.

Для того чтобы правильно снять отсчёт, необходимо помнить:

- цена деления шкалы градусников составляет 0,2 градуса Цельсия, но отсчёт берут с точностью до 0,1 градуса;

- для удобства отсчёта на градусниках применяется не совсем обычная оцифровка шкалы – нуль и десятки градусов (10, 20, 30 …) подписаны двумя знаками, расположенными по обе стороны шкалы, а 15, 25, 35…, - только цифрой 5, расположенной на правой стороне.

Полученные результаты записывают в таблицу 1.1.

Таблица 1.1.

Результаты психрометрических измерений

№№ п/п	Высота в метрах	t°С по сухому термометру	t°С по влажному термометру	Разность tсух. – tвлажн.	Относительная влажность (%)
	1,5
	1,0
	0,1

4.2. При определении влажности на открытом воздухе прибор выносят из помещения летом за 15 минут до начала наблюдений, а зимой не менее чем за 30 минут и закрепляют на специальном столбе. Затем, смачивают батист влажного термометра, летом за 4 минуты, а зимой за 30 минут до начала наблюдений.

Измерение скорости ветра анемометром

Движение атмосферного воздуха, называемое ветром, определяется неравномерностью распределения тепла по поверхности земного шара, что приводит к разности атмосферного давления. Чем больше эта разность, тем выше скорость ветра.

Скорость ветра является одной из важнейших характеристик состояния атмосферы, определяющей её ассимиляционные возможности по отношению к любым антропогенным выбросам. Для человека наиболее актуальна подвижность приземного слоя воздуха. Особенно это важно в мегаполисах и промышленных центрах. Из-за малой подвижности воздушной массы здесь может возникнуть опасная для здоровья концентрация вредных примесей. Современные комплексы автоматических приборов экологического мониторинга способны своевременно предупредить нас о неблагоприятной метеорологической ситуации, однако они, как и любая автоматика, требуют постоянной поверки и тарировки. В частности, для контроля автоматических дистанционных измерителей направления и скорости ветра служат давно применяющиеся в метеорологии приборы, называемые ручными анемометрами (от греческого anemos – ветер). При метеорологических наблюдениях применяются два вида ручных анемометров: крыльчатые и чашечные.

Крыльчатые анемометры предназначены для измерения скоростей воздушных потоков в пределах от 0,3 до 5,0 м/с и представляют собой миниатюрное подобие ветряной мельницы со счётчиком оборотов. Крыльчатка этих приборов выполнена из тонкой алюминиевой фольги и защищена стальной кольцевой насадкой. Счётчик оборотов имеет три циферблата. Стрелка большого циферблата показывает десятки и единицы оборотов. Стрелка левого малого циферблата показывает сотни, а стрелка правого малого – тысячи оборотов. Включение и выключение счётчика производится перемещением соответственно вправо или влево рычажка – арретира.

Прибор требует очень осторожного обращения. Тонкая крыльчатка и её ось не допускают воздействия воздушного потока со скоростью более 5 м/с, крыльчатку ни в коем случае нельзя трогать руками и уж тем более прибор нельзя ронять или подвергать даже слабым ударам.

Чашечные анемометры предназначены для измерения скоростей воздушных потоков в пределах от 1 до 30,0 м/с. Прибор представляет собой аналог предыдущей конструкции, но с более прочным ротором-вертушкой, выполненным в виде горизонтально расположенной крестовины с закреплёнными на ней четырьмя чашечками-полусферами. Вращение ротора происходит под воздействием разности давления воздушного потока на выпуклую и вогнутую сторону чашечек. На малых скоростях, особенно до 2 м/с чашечный анемометр, в силу особенностей конструкции ротора, не обладает высокой точностью. В связи с этим рекомендуется для малых скоростей применять крыльчатый вариант прибора. Однако, если есть хоть малейшее сомнение в том, что скорость ветра превышает 5 м/с, измерения следует начинать чашечным анемометром и, только убедившись, что ветер не превышает допустимого для крыльчатого анемометра предела в 5 м/с, можно, с его помощью провести более точные замеры.

На первом этапе в лаборатории, где основная цель – научиться обращаться с прибором, проводятся измерения скорости воздушного потока от лабораторного климатрона.

Измерение проводится последовательно чашечным, а затем, если скорость потока не превышает 5 м/с, крыльчатым анемометрами.

Перед началом измерений необходимо включить вентиляционную систему лабораторного климатрона.

Порядок работы с анемометрами

1. Счётчики анемометров не устанавливается на нуль, поэтому, перед началом измерений снимают показания «нулевого отсчёта», записывая начальные показания всех трёх циферблатов в соответствующую графу таблицы № 1.2.

2. Вводят прибор в воздушный поток и, дав 10 – 15 с раскрутится крыльчатке, включают одновременно счётчик оборотов и секундомер (время измерения для крыльчатого 60 с., для чашечного 30 с).

3. При измерениях, ось вращения ветроприёмника чашечного анемометра должна располагаться перпендикулярно направлению воздушного потока, а у крыльчатого - строго вдоль потока и крыльчаткой ему навстречу.

4. По истечении времени измерения, так же одновременно, выключают секундомер и счётчик оборотов и записывают в таблицу конечные показания всех трёх циферблатов.

5. Рассчитав число оборотов в секунду, путём деления разности конечного и нулевого отсчёта на время измерения, по таблице (для чашечного) или по графику (для крыльчатого) анемометров определяют скорость ветра в м/с.

Внимание! Таблицы и графики перевода оборотов в секунду в метры в секунду индивидуальны для каждого прибора. В связи с этим, прежде чем определять по ним скорость ветра, необходимо убедиться, что номера прибора и свидетельства поверки совпадают.

Таблица 1.2.

Результаты измерений скорости ветра чашечным анемометром №________

Место измерения	Значение нулевого отсчёта	Значение конечного отсчёта	Время измерения (с)	Число Оборотов (n/с)	Скорость (м/с)	Примечания

Таблица 1.3.

Результаты измерений скорости ветра крыльчатым анемометром №________

Место измерения	Значение нулевого отсчёта	Значение конечного отсчёта	Время измерения (с)	Число Оборотов (n/с)	Скорость (м/с)	Примечания

Во время практических занятий на прилегающей к Университету территории, для получения полноценных результатов, необходимо выбрать достаточно открытое место и держать анемометр в вытянутой над головой руке.

В лаборатории, по результатам измерений температуры и влажности, необходимо определить тип температурной стратификации и соответствие относительной влажности комфортной зоне (40% - 60%).

Выводы должны содержать не только констатацию факта соответствия или не соответствия экологическим нормам, но и предложения по нормализации измеренных параметров окружающей среды.

РАБОТА №3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ pH ПОЧВЫ

(pH – отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода.)

1. Цель работы

На первом этапе, на примере исследования имеющихся в лаборатории образцов, освоить технологию измерений рН почвы с помощью специального рН-тестера.

На втором этапе, провести с его применением исследование рН почвы на ближайших к зданию университета газонах и дать соответствующие рекомендации.

В экологии рН почвы используется как интегральный показатель состояния экосистем, подобный показателю температуры тела пациента в медицине. При нормальном функционировании обменных реакций, эти показатели остаются в привычных для экосистемы пределах. В определённой мере экосистемы могут стабилизировать рН, но когда возможности саморегулирования исчерпаны, начинается лавинообразное разрушение структуры и нарушение функциональных свойств экосистем. Меняется видовой состав растений и животных. Исчезают виды чувствительные к изменениям кислотности почвы. Особенно быстро могут реагировать на изменения рН среды водные организмы – гидробионты. Эти реакции связаны с тем, что изменения рН меняет химические свойства воды и в том числе свойства почвенной влаги. Поэтому любые резкие отклонения этого показателя, от обычного среднего многолетнего значения, вызывают деградацию экосистемы. Эта особенность давно известна в растениеводстве.

Как не удобряй, не культивируй и не поливай почву, высаживай лучшие семена, уничтожай «вредителей», часто всё равно не получаешь желаемого результата если почва либо слишком кислая, либо слишком щелочная для данной культуры.

Чтобы ответить на этот вопрос и знать, какие удобрения вносить, необходимо прибором pH-тестер измерить кислотность почвы. Количественной мерой кислотности является pH – отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода. Эта концентрация определяет скорость обмена химическими элементами между твёрдой и жидкой фазами почвы. В свою очередь, скорость перехода элементов-биогенов в раствор лимитирует питание растений, т.к. их корням доступны только растворённые вещества.

При рН от 3 до 4 почва считается сильнокислотной. При такой высокой концентрации ионов водорода, в раствор, кроме биогенов будут переходить такие ядовитые вещества, как окислы алюминия и соли тяжёлых металлов.

От 4-5 - кислой, от 5 от 6- слабокислотной, от 6 до 7- нейтральной, от 7 до 8- слабощелочной и от 8 до 10- сильнощелочной, при которой биогены будут быстро выпадать в осадок и становиться недоступными растениям.

Для большинства плодовых, ягодных и овощных культур оптимальные значения pН составляют 5,5-6,5 , т.е. почва должна быть от слабокислотной до почти нейтральной.

Снижение кислотности почвы достигается ее известкованием, а повышение кислотности - внесением органических удобрений: торфа, навоза, компоста. Для теплиц и цветковых горшков применяют разбавленные растворы лимонной или уксусной кислот.

2. Устройство и принцип работы

pH - тестер представляет собой биметаллический стержень - электрод, на котором во влажной среде возникает гальванический ток пропорциональный концентрации ионов водорода. Этот ток измеряется миллиамперметром, закреплённым на верхнем конце стержня. Шкала измерительного блока градуирована в единицах рН.

При подготовке прибора к работе и в процессе измерения необходимо учитывать особенности функционирования его электрода:

- в результате окисления металла электрода, изменяются его электрические свойства – электрод пассивируется, поэтому возникает необходимость очищать поверхность электрода от плёнки окисла перед каждым измерением;

- гальванический ток возникает только во влажной почве при непосредственном контакте электрода с почвенной влагой – следовательно, если почва недостаточно плотная, что часто бывает в пахотном слое, где почвенный слой содержит множество пустот, заполненных воздухом, его необходимо уплотнить вокруг введённого в почву стержня-электрода, а при недостаточной влажности почвы, её поливают заведомо нейтральной дистиллированной водой.

1. Порядок работы с рН-тестером

1.1. Убедитесь, что почва влажная и, если это необходимо - полейте место предполагаемого измерения нейтральной дистиллированной или кипячёной водой.

1.2. Очистите поверхность зонда индикатора прилагаемой наждачной бумагой и вытрите чистой сухой ветошью.

1.3. Воткните зонд индикатора в почву на глубину 4 см, уплотните почву и подождите 1 минуту для стабилизации стрелки индикатора. В зависимости от толщины почвенного слоя, его надо разбить на несколько слоёв (до четырёх) и проводить измерения в кахдой точке на всех выделенных горизонтах.

1.4. Считайте и запишите значение pH в таблицу.

После каждого измерения, перед тем, как зачищать зонд шкуркой, необходимо тщательно вытереть его чистой ветошью, чтобы не загрязнить абразив остатками почвы от предыдущего измерения.

Повторите 1.3 и 1.4 пункты несколько раза.*

После пользования вытрите зонд сухой ветошью.

*Из-за неравномерности состояния состава почвы, показания индикатора могут несколько отличаться. Для получения среднего значения рН почвы замеры производятся несколько раз. Количество повторных измерений определяется отдельно для каждого случая в зависимости от наблюдаемого разброса показаний рН-тестера.

Справочная информация.

По отношению к кислотности почвы растения делятся на 5 групп:

- Не переносящие кислых почв (требуют нейтральной или слабощелочнойреакции почвенной среды): свекла, капуста качанная, лук, чеснок, сельдерей, шпинат, пастернак, клевер красный, люцерна, горчица, смородина, астры, розы, хризантемы.

- Нуждающиеся в слабокислой и близкой к нейтральной реакции почвы: брюква, турнепс, капуста кормовая, горох, вика, фасоль, кукуруза, пшеница, ячмень, клевер шведский, салат, лук порей, огурцы, капуста цветная, яблоня, слива, вишня, шиповник, колокольчик, примула;

- Переносящие умеренную кислотность (положительно отзывающиеся на известкование): овес, рожь, тимофеевка, гречиха.

- Переносящие умеренную кислотность (страдающие от избыточного известкования): лен, картофель, топинамбур, подсолнечник, морковь, репа, петрушка, редис, редька, тыква, кабачки, помидоры, ревень, малина, груша, земляника, крыжовник.

- Предпочитающие кислую реакцию почвы: люпин, щавель, гортензия.

Оптимальный рН интервал садовых растений.

Картофель, малина	5,5 - 6,4		Герберы	5,2 - 6,0
Капуста	6,2 - 6.6		Нарциссы	5,5 - 6,0
Морковь, бобы, огурцы, помидоры.	5,8 - 6,4		Хризантемы, фрезии, примулы, тюльпаны, гладиолусы.	5,5 - 6,5
Клубника	6.2 - 7,0		Розы, каллы.	5,8 - 6,5
Свекла	6,4 -7,2		гвоздики	6,0 - 6,8
Лук	6,8 - 7,2

Нормы внесения молотого известняка (1 кг/10 м²) для нейтрализации кислотности почвы при различных значениях ph

Значение		ПОЧВА
pH	песчаная	супесчаная	суглинистая	глинистая

До 4,5	3,0	3,5	5,5	7,0
4,6	2,5	3,0	5,0	6,5
4,8	2,0	2,5	4,5	6,0
5,0	1,5	2,0	4,0	5,5
5,2	1,0	1,5	3,5	5,0
5,5	1,0	1,5	3,0	4,5

* Контрольные замеры pH почвы после ее известкования проводятся через 10-15 дней.

** Вместо известняка можно использовать доломитовую муку или гашеную известь, однако, при этом нормы внесения гашеной извести уменьшаются по сравнению с известняком в 1,35 раза.

На основании полученных результатов и, руководствуясь справочной информацией, сделайте выводы о пригодности почвы для тех или иных растений или предложите мероприятия по изменению рН.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4