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1、2008版本科培养计划重要改革之实验教学部分,根据学校培养全面发展，宽基础、强能力、高素质的高级专门人才的办学思想，安全学院决定在2008版培养方案中将实验课程单独开课，以加强实践和创新能力培养。 改革内容是对2004版及之前的实验教学内容进行整合、提升，增加新的综合性、设计性实验，开设的实验总课程近200学时。 单独设课的课程分为安全基础实验 安全专业实验1、消防专业实验1 安全专业实验2、消防专业实验2 安全基础实验不分专业。内容包括工业场所气候参数测定、噪声、照明测定、有毒有害爆炸性气体测定、可燃物特性测定、通风压力和阻力测定、救护、电气安全等。,实验一 工业场所气候参数测定,实验目的1
2、.学会测定工业场所气候参数：温度、湿度、大气压力、风速和热辐射等。2.学会使用测定气候参数的各类仪器仪表，熟悉它们的结构和工作原理。,实验仪器仪表 机械通风干湿表、电动通风干湿表、温湿度晴雨表、机械翼式风表、电子风表、风向风速仪、秒表、空盒气压计、水银气压计、精密数字气压计、辐射热计、黑球温度测试仪等。,气候条件劳动条件的重要组成部分。对于工人的身心健康和劳动效率具有直接的影响。工业场所的气候条件也常称为微气候。微气候的主要构成因素：温度、湿度、风速、热辐射、大气压力和空气质量（空气洁净度、有害气体浓度、负离子含量等） 。气候条件对人体热平衡产生影响，人体散热三种基本形式：对流、辐射和汗液蒸发
3、。对流散热取决于空气的温度和流速；辐射散热取决于周围物体的表面温度；蒸发散热取决于周围空气的湿度和流速。正常情况下人体依靠自身的调节机能，使产热和散热保持着动平衡，维持正常体温。但不利的气候条件致使人体热平衡受到破坏，导致体温升高或降低，从而产生各种不适症状，严重时可导致疾病和死亡。因此准确测定气候条件参数指标，对于评价劳动条件具有重要意义。,工业场所气候条件测定的意义,一、温度测定,温度：宏观上是表示物体冷热程度的物理量。微观上是物体分子热运动的剧烈程度，是物体分子平均动能的标志，是一个统计指标。 温度可通过物体随温度变化的某些特性（？）来间接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定
4、了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。 目前常用的温标有 华氏温标（）、摄氏温标（）和热力学温标（K）。 摄氏温度和华氏温度的关系 ： F = 1.8 C + 32 C =（F 32）/ 1.8 摄氏温度和热力学温度的关系 ：K = C + 273.15,华氏温度和摄氏温度,华氏温度以其发明者Gabriel D. Fahrenheir(1681-1736)命名的，规定其冰点是32 ，沸点为212 。 并按水银温度计的体积膨胀距离分成180份，每一份为1 。摄氏温度的发明者是瑞典人Anders Celsius，其冰点是0 ，沸点为100 。 即在标准大气压下，把冰水混合物的温度规定为0度
5、，水的沸点温度规定为100度。根据水这两个固定温度点来对玻璃水银温度计进行分度。两点间作100等分，每一份称为1 。,温度计结构及工作原理,原理：它是利用液体（水银）热胀冷缩的性质而制造的一种测温计。高温可以测到多摄氏度。构造：由玻璃壳、毛细管、玻璃泡、刻度及液体构成。水银柱的上部管内为真空。使用：使用温度计时，注意量程范围、温标和分度值；读数时做到以下三点： 温度计与待测对象充分接触，避免其他非待测对象的影响； 待数值稳定后再读数； 读数时视线要与液面上表面相平。,新型温度测量仪器,湿度：表征空气中水汽含量的物理量。空气湿度是指空气潮湿的程度，可用绝对湿度、相对湿度(RH) 和含湿量等指标表
6、示。绝对湿度：是一定体积的空气中含有的水蒸气的质量，单位常用g/m3 或kg/m3 。绝对湿度的最大值是饱和状态下的湿度。绝对湿度与温度有一定关系，并随温度升高而减小，因为随着温度的变化空气的体积也要发生变化。但绝对湿度越接近最高湿度，随温度的变化就越小。,二、湿度测定,相对湿度：指湿空气中实际含有水蒸气量（绝对湿度）与同温度下的饱和湿度之比的百分数，用表示。相对湿度反映空气所含水蒸气量接近饱和的程度，所以也叫饱和度。值小表明空气干燥，吸收水分的能力强，=100%的空气是饱和空气。超过100%（过饱和）的空气中的水蒸气一般会凝结出来。随着温度的增高空气中可以含的水就越多，即在同样多的水蒸气的情
7、况下温度升高相对湿度就会降低。因此在提供相对湿度指标的同时须提供温度的数据。,绝对湿度和相对湿度关系 f = F饱 式中：f 绝对湿度 ， g/m3 相对湿度 ， % F饱同一温度下的饱和水蒸气量， g/m3含湿量：在湿空气中，与1kg干空气同时并存的水蒸汽量称为含湿量，用符号d表示，单位为g/kg(干空气)。,人体在室内感觉舒适的相对湿度是5060，相对湿度过低或过高，对人体都不适甚至有害。相对湿度过低，人易患呼吸道疾病，出现口干、唇裂、流鼻血等现象。湿度过低还会导致木材水分散失，引起家具或木质地板变形、开裂和损坏；钢琴、提琴等对湿度要求高的乐器不能正常使用；文物、档案和图书易脆化、变形。相
8、对湿度过高不利于人体散热，又易使室内家具、衣物、地毯等织物生霉，铁器生锈，电子器件短路，甚至引发火灾。,相对湿度指标评价,湿度计结构及工作原理,空气的相对湿度既可用各种湿度表直接测量，也可用干湿温度计间接测量，前者测量简单，但精度不高；后者测量操作较复杂，而精度较高。测量空气相对湿度的仪表主要是手摇湿度计和通风湿度计（通风干湿表）。,各种温湿度计,毛发湿度表是用来测定空气相对湿度的仪器。根据脱脂毛发的长度随湿度变化的原理制成。当湿度增减时，毛发产生伸缩，通过机械传动使指针在刻度盘上指示湿度大小。,毛发湿度计,通风干湿表结构及工作原理,通风干湿表是将两支完全相同的水银温度计装入金属套管中，温度计
9、球部有双重辐射防护管。其中一支为干温度计，另一支在水银球表面裹一层湿纱布作为湿温度计，套管顶部装有一个用发条或电驱的风扇。测定时，上紧发条启动风扇抽吸空气均匀地通过套管，使球部处于 2.5m/s 的气流中（电动可达 3m/s ），待45min后，读取干湿球温度计示值。由于湿温度计受球表面水分蒸发的吸热作用，其示值将低于干温度计示值。空气的相对湿度愈小，蒸发吸热作用愈显著，干、湿温度差也就愈大。根据干、湿温度计的读数及其差值t，查气象常用表可得相对湿度。,DHM2型通风干湿表,三、大气压力测定,大气压力：地球表面覆盖有一层几十km厚的大气层。在大气层中的物体，都要受到空气分子撞击产生的压力。也可
10、以认为，大气压力是大气层中的物体受大气层自身重力产生的作用于物体上的压力。1标准大气压101.325 kPa 1013.25毫巴。测量大气压力主要采用空盒气压计、水银气压计、精密数字气压计等进行。,影响大气压因素,气压是随高度而变化的。海拔愈高，大气压力愈小；两地的海拔相差愈悬殊，其气压差也愈大。 大气柱的重量还受到密度变化的影响，空气的密度愈大，也就是单位体积内空气的质量愈多，其所产生的大气压力也愈大。,空盒气压计构造及工作原理,空盒气压计以波纹状真空膜盒组为感应元件，大气压力发生变化时，真空盒膨胀或收缩，产生轴向移动，通过拉杆和传动机构使指针偏转，指出大气压力值。盒内空气压力为5060 m
11、mHg，测量范围为600800 mmHg，度盘最小分度值为0.5 mmHg。,读数时仪器须水平放置，因为这类仪器的刻度与校正都是在水平放置时进行的。据试验，如果垂直放置，读数误差可达0.3 mmHg 。读数前必须轻轻敲击仪器的玻璃面，以消除传动机构摩擦引起的误差。读数时，视线须与刻度盘平面垂直。如果空气压力脉动现象明显(如风硐内通风机附近)，灵敏度高的空盒气压计指针可能摆动不停。在这种情况下，须记取几个读数(包括最大和最小值)，取其平均值。精确测定时，气压计读数必须进行刻度、温度和补充校正。每台仪器的出厂检定书中均附有这三个校正值。其中温度校正值： P温P温t，mmHg 式中P温度变化1时的气
12、压校正值， mmHg ； t读数时的温度，。,空盒气压计使用注意事项,水银气压计是一种测量大气压力的标准仪器，其借助于一端封闭，另一端垂直插入水银槽内的玻璃管中的水银柱高度来测量大气压力，按其结构可分为动槽和定槽两种。目前动槽式应用较广。,水银气压计结构及工作原理,动槽式水银气压计如左图所示。气压计的感应部分由水银、玻璃内管、水银槽组成；刻度部分由标尺、游标尺、象牙针组成；附属部分为温度计。它的主要特点是标尺上有一个固定的零点。每次读数时，须将水银槽的表面调到这个零点处，然后读出水银柱顶的刻度。读数顺序为：先读温度计，然后调水银面与象牙针相切，再调游标尺与水银柱顶相切，最后读数。读数结束后，将
13、象牙针与水银面断开。 由于水银气压计不便于携带，一般作为标准仪器在实验室使用。,JFY-2型精密数字气压计,矿井通风参数检测仪是一种能同时测定井下绝对压力、相对压力、风速、温度、湿度的精密手持式便携仪器，主要用于矿井通风阻力测定。,空气密度计算,密度：单位体积空气所具有的质量称为空气密度，用符号 表示。空气可以看做是均质气体，故：,式中 m空气的质量，kg； V空气的体积，m3； 空气的密度，kg/m3。,当空气的温度、湿度和压力改变时，其体积会发生变化。所以空气密度随温湿度、压力的变化而变化。如在大气压P0为101325 Pa，气温为0（273.15K）时，干空气的密度0 为1.293 kg
14、/ m3。 湿空气的密度是1 m3空气中所含干空气质量和水蒸气质量之和，即,式中 md1m3空气中干空气的质量，kg； mv1m3空气中水蒸气的质量，kg。,由气体状态方程和道尔顿分压定律导出的湿空气密度计算公式为：,式中：,P测点空气的绝对静压，Pa；,空气密度， kg/m3;,空气的相对湿度，%；,Ps空气在t 温度下的饱和水蒸气压力，Pa。,t 测点处空气的干温度，；,四、风速测定,测量风速的仪表通称风速计。测风仪表有机械翼式风表、电子风表和热球风速计。机械翼式风表按其构造不同分为叶式和杯式两种。前者用来测量中速、低速；后者用来测量高速。目前井下巷道测风使用的主要是机械传动的风表。其构造
15、简单、轻便，能满足一般的风速和风量的测量。,高速风表结构及工作原理,风表的工作原理是，风流的动压作用于一组叶片或半球构成的感受器时，产生力矩驱动轮叶转动，再经螺杆和齿轮带动指针转动，指示出风流的速度。高速风表的感受器是对称安装于旋转钢轴上的3-4个半球转杯，所以叫杯式风表。由于转杯惯性比较大，启动的最低风速通常大于1m/s，适于测量330m/s的风速。,中、低速风表,中速风表和低速风表的感受器都由6 8个铝合金叶片构成，所以又叫叶形风表。叶片旋转轴的垂直面成40 45角。低速风表的铝合金叶片落而轻，叶轮轴为一根细钢丝，钢丝轴的一端套接在一个螺杆上，带动齿轮转动，故启动风速较低(0.1 0.15
16、m/s)。计数部分是借助于风表机芯中的一套齿轮传动机构，使指针按一定减速比指示出叶轮的转速。 中速风表的测量范围为0.5 10m/s， 低速风表为0.1 5m/s。,电子热球微风速仪,热球风速计的基本原理是一个被加热的物体置于风流中时，其温度随风速的大小而发生变化，根据对该物体温度的测量而测知风速的大小。一般用于测量微速风流。,风表读数校正,由于风表的惯性和轴承、机械传动装胃的摩擦作用，其指示数(表速)并不等于风流的真正速度。所以风表必须经过校正才能使用。风表的校正曲线如右图所示，图中1部分为非线性区，2部分为线性区。一般风表在风速大于0.20.3m/s以上时，表速与风速呈线性关系，故可用下式
17、表示：,V = a + bV表式中a风表启动初速的常数，决定于风表的惯性和摩擦力； b校正常数，决定于风表的构造与尺寸； V表风表的指示表速，格分或格秒。 风表至少应每年校正一次，并注明校正时的空气重率和校正时间。,井巷测风方法,为了测量井巷断面流过的平均风速，风表应连续均匀地在测风断面移动。常用的测风方法有两种。一种是测风人员面对巷道壁站立，和风表处于同一断面内。由于测风人员占据了断面的一部分（一般取0.30.4m2），测得的结果比实际风速大，计算时应乘以校正系数K，K=（SS人）/S。另一种方法是测风人员面向风流，手持风表向前伸直，使风表处于测风人员前方的断面上，从而避免了测风员身体的影响
18、。但是风表沿测风断面移动时，风表很难始终与风流垂直。,五、热辐射测定,热辐射是自然界一切物体的共性。其实质是电磁波辐射。理论上只要物体的表面温度高于热力学温度0K时，该物体就要对外产生热辐射。温度越高，辐射出的电磁波波长越短。人体表面温度约为310K，当然也是辐射源，其辐射波长为525m。在任一时刻，自然界中的物体与物体之间均存在相互辐射，并通过辐射进行能量传递，试图实现温度的平衡。当周围物体温度高于人体表面温度时，相互辐射的结果将使人体受热（获得能量），称为正辐射，反之则称为负辐射。负辐射有利于人体散热，是舒适微气候的必备条件之一。,热辐射计算及常用单位,热辐射是能量以电磁波方式传播的物理过
19、程，两物体间的辐射换热不需要直接接触。根据斯蒂芬玻尔兹曼公式(亦称四次方定律)，物体单位时间单位面积的辐射功率为 式中 发热体表面温度()； 0接受辐射热的物体表面温度()； Ff辐射物体的表面面积(m2)； 辐射系数W(4m2)，与发热体表面情况及颜色有关。,热辐射计算及常用单位,不同的物体对辐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。不反射而全部吸收辐射能的物体，其放射能力也最强，称为绝对黑体。完全不吸收辐射能(全部反射)的物体其放射能力为零，称为绝对白体。自然界没有绝对黑体与绝对白体，均为介于两者之间的灰色体。某些烟煤最接近绝对黑体，可以吸收辐射能的9098，某些被磨光的金
20、属接近于绝对白体，可以反射辐射能的9597。热辐射的常用单位为kWm2或 kJm2.min。夏日中午，阳光对地面热辐射可达60kJm2.min。对人体而言，热辐射超过100kJm2.min时将会产生明显的烧灼感，达到200kJm2.min时，人仅能耐受数秒钟。,热辐射测定方法,辐射热计测定：辐射热计有三个测量档位：辐射热E、空气温度Ta和测头温度Ts。分别测量并记下数据 ，用以下公式计算平均辐射温度TDMRT。为斯蒂芬波尔兹曼常数，5.67108 W/m2。,热辐射测定方法,黑球温度计测定：辐射球体直径150mm，辐射系数为95%，按下开关即可直接读数，也可通过RS232串口与计算机通讯，通过
21、设置自动采集并记录保存数据。,注意事项 实验之前，须认真做好预习工作，明确本次实验目的，任务和要求等。 实验所用仪器大多是精密、易损仪器，应注意爱护。 实验完毕，应将实验仪器设备归位并经实验指导老师检查无误后，方可离开实验室。,实验报告, 测算记录,温湿度、风速测定记录表,要求：1）通风干湿表从风扇启动后开始计时，每隔1min读1次数，共观测57次；观察湿球温度随测量时间的变化，分析湿球温度的稳定和测量所需的通风时间。2）风速要求测定三次，取平均值。,2. 大气压测定记录表,与水银气压计读数相互验证。,3. 计算空气密度4. 测定并记录辐射热强度、黑球温度值，要求测定3次，取平均值。5. 分析产生测量误差的原因有哪些？,
