Физические параметры электромагнитного поля (ЭМП)

Учебно-исследовательская

Лабораторная работа

Исследование сверхвысокочастотного излучения и эффектив­ности защитного экранирования

Цель и задачи работы

Целью работы является изучение характеристик электромагнитного излучения.

Задачи:

1. Ознакомление с основными физическими параметрами, единицами измерения и понятиями электромагнитного излучения.

2. Изучение принципов нормирования электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона.

3. Изучение работы мультиметра и способов измерения электромагнитного излучения.

4. Определение соответствия фактической (измеренной) в диапазоне погрешности и нормируемой величины электромагнитного поля, (для оценки условий труда).

5. Оценка эффективности защитного экранирования.

Теоретическая часть

Меры и средства защиты от действия ЭМП

1) Защита по мощности в основном сводится, к применению защитного экранирования.

Защитные экраны делятся на:

· отражающие излучение;

· поглощающие излучение.

К первому типу относятся сплошные металлические экраны, экраны из металлической сетки, из металлизированной ткани. Ко второму типу относятся экраны из радиопоглощающих материалов.

2) Защита расстоянием основывается на падении интенсивности излучения, которое обратно пропорционально квадрату расстояния и применяется, если невозможно ослабить ЭМП другими мерами, в том числе и защитой временем. Защита расстоянием положена в основу зон нормирования излучений для определения необходимого разрыва между источниками ЭМП и жилыми домами, служебными помещениями и т.п. Для каждой установки, излучающей электромагнитную энергию, должны определяться санитарно-защитные зоны, в которых интенсивность ЭМП превышает ПДУ. Границы зон определяются расчетом, для каждого конкретного случая размещения излучающей установки при работе их на максимальную мощность излучения и контролируются с помощью приборов. В соответствии с ГОСТ 12.1.026-80 зоны излучения ограждаются либо устанавливаются соответствующие знаки.

3) Защита временем применяется, когда нет возможности снизить интенсивность излучения в данной точке до предельно допустимого уровня. Сокращение времени нахождения на рабочем месте под облучением практически всегда снижает производительность труда. Защита временем может осуществляться путем смены работающих, частичной автоматизацией процессов, дистанционным управлением установкой, перерывом в работе и т.д. В действующих, ПДУ предусмотрена зависимость между интенсивностью плотности потока энергии и времени облучения.

К средствам индивидуальной защиты (СИЗ) относятся: спецодежда, выполненная из металлизированной ткани: защитные халаты, фартуки, накидки с капюшоном, перчатки, щитки, а также защитные очки (при интенсивности выше 1 мВт/см²), стекла которых покрыты слоем полупроводниковой окиси олова, или сетчатые очки в виде полумасок из медной или латунной сетки.

Экспериментальная часть

Требования безопасности при выполнении

Лабораторной работы

1. Ознакомиться с настоящими методическими указаниями.

2. Перед выполнением лабораторной работы, ознакомиться с устройством лабораторного стенда, принципом действия и мерами безопасности при проведении лабораторной работы.

3. Не допускается работать с открытой дверцей СВЧ печи.

4. Не допускается самостоятельно регулировать или ремонтировать дверь, панель управления, выключатели системы блокировки или какие-либо другие части печи. Ремонт должен производиться только специалистами.

5. СВЧ печь должна быть занулена.

6. Не допускается включение и работа печи без нагрузки. Рекомендуется в перерывах между рабочими циклами оставлять в печи кирпич. При случайном включении печи, кирпич будет выполнять роль нагрузки.

7. При появлении признаков неисправности стенда необходимо стенд отключить от сети питания и сообщить о неполадке преподавателю.

Порядок проведения работы

1. В СВЧ печь на подставку (перевернутая тарелка) положить кирпич.

2. Подключить СВЧ печь к сети переменного тока.

3. Установка режима работы СВЧ печи осуществляется в следующей последовательности: открыть дверцу нажатием прямоугольной клавиши в нижней части лицевой панели; установить ручку «Мощность» в крайнее правое положение «V Высокая»; установить ручку «Время, мин.» в положение 5 мин; плотно закрыть дверцу.

4. Соединить датчик с мультиметром. Для этого черный провод подключить к разъему VΩмА, а красный к разъему СОМ, так чтобы показания прибора были положительными величинами. Измерение показаний проводить по шкале мультиметра DCА 2000 в мкА.

5. Разместить датчик на отметке 0 по оси X координатной системы.

6. По оси Z установить датчик на уровне 19±1 см.

7. Перемещая датчик по оси Y координатной системы, определить зоны наиболее интенсивного излучения и с помощью мультиметра зафиксировать их численные значения.

8. Перемещая стойку с датчиком по координате X (удаляя его от печи до предельной отметки 50 см) снять показания мультиметра дискретно с шагом 5 см. Данные замеров занести в табл.1.5.

9. Рассчитать плотность потока электромагнитного (ППЭ, мкВт/см³) излучения по соотношению: 1 мкА = 0,35 мкВт/см².

ППЭ= 0,35·а, (1.15)

где а – показания мультиметра, мкА;

ППЭ– плотность потока энергии, мкВт/см².

10. Полученные данные занести в таблицу 1.5.

Таблица 1.5

Оценка уровней ЭМИ в пространстве

Номер измерения	Значение X,см	Значение Y,см	Значение Z,см	Интенсивность излучения (показания мультиметра), мкА	Плотность потока электромагнитного излучения, мкВт/см2
и т.д.

11. Построить график зависимости ППЭ от расстояния от источника излучения в координатах (ППЭ, (мкВт/см²); Х, (см)).

11. Разместить датчик на отметке 0 на оси X в зоне наиболее интенсивного излучения. Зафиксировать показания мультиметра (мкА), пересчитать в ППЭ (мкВт/см²) по формуле (1.15) и занести их в таблицу 1.6.

Таблица 1.6

Оценка эффективности экранирования

Номера защитных экранов	Плотность потока электромагнитного излучения, ППЭ мкВт/см2 (без защитного экрана)	Плотность потока электромагнитного излучения, ППЭ мкВт/см2 (с защитным экраном)	Эффективность экранирования, δ %

12. Поочередно устанавливать защитные экраны и фиксировать показания мультиметра. Полученные данные после пересчета в ППЭ (мкВт/см²) занести в таблицу 1.6.

13. Определить эффективность экранирования для каждого экрана по формуле:

,

где ППЭ– плотность потока энергии без экрана, мкВт/см²;

ППЭ_Э – плотность потока энергии с экраном, мкВт/см².

14. Построить столбиковую диаграмму «эффективность экранирования (%) - вид материала защитного экрана».

15. Составить отчет о работе.

Требования к содержанию отчёта

1. Наименование лабораторной работы.

2. Цель работы.

3. Принципиальная схема лабораторного стенда.

4. Обработанные результаты измерений и расчетов в таблицах, необходимые расчетные формулы (табл. 1.5. и 1.6).

5. Графики распределения интенсивности излучения в пространстве и диаграмма эффективности экранирования от вида материала защитных экранов.

6. Выводы.

7. Индекс группы и подписи членов бригады.

Литература

1. Производственная санитария и гигиена труда. Е.В. Глебова – М.: Высшая школа, 2005. – 383 с.

2. Охрана труда. Г.Ф. Денисенко. – М: Высшая школа, 1985. – 319 с.

3. Охрана труда в химической промышленности. Г.В. Макаров. – М.: Химия, 1989. – 496 с.

4. Справочник по технике безопасности. П.А.Долин. – М.: Энергоатомиздат, 1984.

5. Техника безопасности в электроэнергетических установках. Справочное пособие. П.А.Долин. – М.: 1987.

6. ГОСТ 12.1.006-84. Электромагнитные поля радиочастот. Общие требования.

7. СанПиН 2.2.4./2.1.8.055-96 «ЭМИ радиочастотного диапазона».

8. СанПиН 2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях».

9. Влияние электромагнитного излучения на жизнедеятельность человека и способы защиты от него. Учебное пособие. С.Г. Захаров, Т.Т. Каверзнева. – СПГТУ, 1992. – 74 с.

10.Охрана труда в радио и электронной промышленности. Под редакцией С.Ш.Павлова. – М.: Энергия, 1986.

11.Влияние магнитных полей радиочастот на человека. Ю.Д. Думанский и др. - Киев, 1975. – 159с.

12. СанПиН 2.1.8/2.2.4 1383-03 Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов

Учебно-исследовательская

Лабораторная работа

Исследование сверхвысокочастотного излучения и эффектив­ности защитного экранирования

Цель и задачи работы

Целью работы является изучение характеристик электромагнитного излучения.

Задачи:

1. Ознакомление с основными физическими параметрами, единицами измерения и понятиями электромагнитного излучения.

2. Изучение принципов нормирования электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона.

3. Изучение работы мультиметра и способов измерения электромагнитного излучения.

4. Определение соответствия фактической (измеренной) в диапазоне погрешности и нормируемой величины электромагнитного поля, (для оценки условий труда).

5. Оценка эффективности защитного экранирования.

Теоретическая часть

Физические параметры электромагнитного поля (ЭМП)

Электромагнитные поля генерируются токами, изменяющимися во времени. Спектр электромагнитных (ЭМ) колебаний распространяется в широких пределах по длине волны λ: от 1000 км до 0,001 мкм и менее, а по частоте f от 3×10² до 3×10²⁰ Гц, включая радиоволны, оптические и ионизирующие излучения. В настоящее время наиболее широкое применение в различных отраслях находит электромагнитная энергия неионизирующей части спектра [1,2,8]. Это касается, прежде всего, ЭМП радиочастот. Они подразделяются по длине волны на ряд диапазонов (табл.1.1).

Таблица 1.1

Классификация электромагнитных полей радиочастотного диапазона

по длинам волн

Название диапазона по длинам волн	Длина волны	Название диапазона по частотам	Диапазон частот	По международному регламенту
Название диапазона частот	номер
Длинные волны (ДВ)	10 – 1 км	Высокие частоты (ВЧ)	от 3 до 300 кГц	Низкие (НЧ)
Средние волны (СВ)	1 км – 100 м	То же	от 0,3 до 3 МГц	Средние (СЧ)
Короткие волны (KB)	100 – 10 м	То же	от 3 до 30 МГц	Высокие (ВЧ)
Ультракороткие волны (УКВ)	10 – 1 м	Высокие частоты (УВЧ)	от 30 до 300 МГц	Очень высокие (ОВЧ)
Микроволны:
дециметровые (дм)	1 м – 10 см	Сверхвысокие частоты (СВЧ)	от 0,3 до 3 ГГц	Ультравысокие (УВЧ)
сантиметровые (см)	10 – 1 см	от 3 до 30 ГГц	Сверхвысокие (СВЧ)
миллиметровые (мм)	1 см – 1 мм	от 30 до 300 ГГц	Крайневысокие (КВЧ)

ЭМП представляет совокупность электрического поля, обусловленного напряжением на токоведущих частях электроустановок, и магнитного, возникающего при прохождении тока по этим частям. Волны ЭМП распространяются на большие расстояния.

В промышленности источниками ЭМП являются электрические установки, работающие на переменном токе частотой от 10¹ до 10⁶ Гц, в частности приборы автоматики, электрические установки с промышленной частотой 50 – 60 Гц, установки высокочастотного нагрева (сушка древесины, склеивание и нагрев пластмасс и др.).

ЭМП характеризуется совокупностью переменных электрических и магнитных составляющих [2,3,4]. Различные диапазоны радиоволн объединяет общая физическая природа, но они существенно различаются по заключенной в них энергии, характеру распространения, поглощения, отражения, а в следствие этого, – по действию на среду, в т.ч. и на человека. Чем короче длина волны и больше частота колебаний, тем больше энергии несет в себе квант ЭМ излучения. Связь между энергией е и частотой f колебаний определяется как:

e = h× f (1.1)

или, поскольку длина волны λ и частота связаны соотношением,

f = c / l, (1.2)

e = h× c/l, (1.3)

где c – скорость распространения электромагнитных волн в воздухе (c ≈ 3×10⁸ м/с),

h – постоянная Планка, равная 6,6×10 ^-34 Дж ∙ с.

ЭМП вокруг любого источника излучения разделяют на 3 зоны: ближнюю – зону индукции, промежуточную – зону интерференции и дальнюю – волновую зону. Если геометрические размеры источника излучения меньше длины волны излучения λ (т.е. источник можно рассматривать как точечный), границы зон определяются следующими расстояниями R:

· ближняя зона (индукции)

· промежуточная зона (интерференции)

· дальняя зона (волновая)

Люди работающие с источниками излучения НЧ, СЧ и, в известной степени, ВЧ и ОВЧ диапазонов находятся в зоне индукции. При эксплуатации генераторов СВЧ и КВЧ диапазонов работающие часто находятся в волновой зоне.

В волновой зоне интенсивность поля оценивается величиной плотности потока энергии (ППЭ, Вт²/м), т.е. количеством энергии, падающей на единицу площади поверхности. ППЭ в общем виде определяется векторным произведением Е (напряженность электрического поля, В/м) и Н (напряженность магнитного поля, А/м):

ППЭ= Е∙Н (1.4)

В этом случае ППЭ выражается в Вт/м²или производных единицах: мВт/см², мкВт/см². ЭМП по мере удаления от источника излучения быстро затухает. ЭМ волны диапазона УВЧ, СВЧ и КВЧ (микроволны) используются в радиолокации, радиоастрономии, радиоспектроскопии, геодезии, дефектоскопии, физиотерапии. Иногда ЭМП УВЧ диапазона применяются для вулканизации резины, термической обработки пищевых продуктов, стерилизации, пастеризации, вторичного разогрева пищевых продуктов. СВЧ–аппараты используются для микроволновой терапии. Наиболее опасными для человека являются ЭМП высокой и сверхвысокой частот. Критерием оценки степени воздействия на человека ЭМП может служить количество электромагнитной энергии, поглощаемой им при пребывании в электрическом поле. Величина поглощаемой человеком энергии зависит от квадрата силы тока, протекающего, через его тело, времени пребывания в электрическом поле и проводимости тканей человека [2,3,7,8].