CC BY
10
Доп. Г. X. ШАХВАЗЯН
Фригориметр системы П. €, Голышевского и
Г, X. Шахвазяна1
Из Киевского института гигиены труда и профзаболеваний '(дар.—доц. В. П. Горев)
I
Появление давосского фригориметра ,Оо-гпо-ТЫ1еши8 было встречено заслуженным вниманием. Громадное преимущество его перед рядом существующих приборов для измерения метеорологического фактора (кататермометр, метод эффективных температур) заключается в том, что фригориметр позволяет учитывать влияние лучистой энергии на величину охлаждения.
К сожалению, метод фригориметрии не нашел у нас еще распространения вследствие сложности конструкции фригориметра.
Мы решили усовершенствовать этот прибор, руководствуясь следующими -соображениями.
1. Прибор должен позволять поддерживать на его поверхности не одну какую-нибудь постоянную температуру, а любую (в известных пределах, конечно), иначе в условиях горячих цехов и мощного излучения нельзя пользоваться фри-гориметром; кроме того, еще не установлено, какова должна быть температура поверхности прибора для правильного определения так называемой «физиологической величины охлаждения». Domo, например, предлагает 33° (температура кожи), Thilenius и Томашевич 37° (температура тела), Dufton 24°, Яковен-ко 27,5° (средняя температура поверхности).
2. Авторегулировка постоянства температуры поверхности должна бь1ть совершенной и обладать малой инерцией. Биметаллическая спираль давосского фригориметра, по признанию самих авторов, несовершенна; она расположена внутри шара, где температура может разниться на 2 и больше градуса от температуры поверхности (Domo), Регулировка температуры при. помощи ртутного термометра, как это сделано в фригориметре ВИЭМ, также неудовлетворительна вследствие большой тепловой инерции ртутного термометра.
1 Прибор демонстрирован президиуму Ученого медицинского совета НКЗдрава УСОР в декабре 1936 г. и Совещанию по метеорологическому фактору институтов гигиены труда и профзаболеваний (Москва) в январе 1938 г.
Рис. 1. Общий вид фригориметра системы Голышевского и Шахвазяна
3. Фригориметр и ему подобные приборы рассчитаны на длительный период наблюдений; однакб, наряду с, этим, может представиться необходимость кратковременных замеров с достаточной ясностью.
4. Наконец, для наших условий показания прибора не должны зависеть от колебания напряжения тока в сети.
Предложенный нами прибор (рис. 1) имеет следующее устройство и принцип действия (рис. 2).
Медный зачерненный шар Ш (фригориметр) или медный полый цилиндр (эвпатеоскоп) нагревается электрическим током, подводимым от осветительной сети через нижнее штепсельное гнездо ШГ черев счетчик контакт (если он замкнут), ступенчатый реостат СР, .нагревательную обмотку О, снова через счетчик и верхнее штепсельное гнездо.
Когда шар нагревается до заданной температуры, контакт К .автоматически размыкается, цепь прерьтается и нагревание шара пре-
Рис. 2. Схема фригориметра системы Голышевского и Шахвазяна. ШГ—штепсельные гнезда; СЧ— счетчики; Ш — шар; О — нагрев тельная обмотка; Р—круговой реостат; СР—ступенчатый реостат; ПР—переводный рычаг; Л"-контакт; р— реле; ТР—трансформатор; В —• вольтметр; /7—переключатель; ТГ—трансформатор »Гном»; Л—лампа сигнальная; У—часы; ВЧ—выключатель часов- ЭМ—электромагнит; А—аккумулятор; ВГ—выключатель гальванометра;Г—гальванометр Цайгер»; АБ— щупальцы; Аф^—контактные пластинки; Г—термометр; М—мосгик; 1,2, 3,4— плечи мостика; РХ—реохорда.
кращается до тех пор, пока температура его. опустится ниже заданной, контакт енова автоматически замкнется, и шар начнет нагреваться. Таким образом, в шаре автоматически поддерживается в известных пределах (0,25°) постоянная температура. Количество расходуемого при этом электрического тока учитывается счетчиком СЧ с точностью до 0,25 ватт-часов.
Зная количество1 израсходованных .ватт-часов, длительность измерения в секундах и поверхность шара в квадратных сантиметрах, легко высчитать теплопотерю с 1 ем2 поверхности в 1 секунду.
Автоматическая регулировка постоянства температуры поверхности шара достигается следующим образом: внутри шара (или цилиндра) по всей окружности и у самой поверхности помещен термометр сопротивления Г в виде тонкого "металлического обруча.
Термометр включен в одно из плеч равновесного мостика Уит-стона М при помощи реохорда РХ, включенного в другое плечо мостика, последний можно останавливать так,, что он будет находиться в равновесии -при любой заданной температуре термометра, и тогда гальванометр /', включенный в вершину моста, будет показывать отсутствие тока, т. е. стрелка станет на нуле. При повышении и понижении ■ температуры поверхности шара, а с ней и термометра, равновесие моста нарушится, и стрелка ¡гальванометра отклонится от нуля вправо или влево.
Через каждые 15 секунд щупальцы контакта АБ, подвешенные над стрелкой гальванометра, падают (вниз, причем одно щупальце задерживается стрелкой, а второе, падая свободно', соприкасается с одной из контактных пластинок А1Б[ и тем самым включает ток в одну из катушек перекидного реле р, замыкая или размыкая контакт К.
Предположим, что шар отклонился .ниже заданной температуры. Равновесие моста при этом будет нарушено и стрелка гальванометра отойдет влево от нуля. При падении обоих щупальцев левое'задерживается, а правое замкнет ток на правую катушку перекидного реле, контакт К замкнется, ток от осветительной сети пойдет в шар, который станет нагреваться, но как только он нагреется выше заданной температуры, стрелка гальванометра окажется справа От нуля. При падении задерживается правое щупальце, а левое, соприкасаясь с левой контактной пластинкой, включит ток на левую катушку перекидного реле, которое разорвет контакт К и нагревание шара прекратится.
Пользование прибором чрезвычайно просто: включив его в осветительную сеть и поставив указатель реохорда на желаемую температуру (в наших опытах 36,5°), нагревают шар до заданной температуры и записывают время начала опыта и показания счетчика. После прекращения опыта снова отмечают время и показания счетчика. По разности определяют длительность опыта и количество израсходованных за это время ватт-часов.
г!олученые данные выражаются формулой:
ХУтП • са1 ...
тде величина охлаждения фригориметра в милл'икалориях в 1 секунду с 1 см2 поверхности, \¥—количество израсходованных ватт-часов, 'Г—продолжительность •опыта в секундах. Так как известно, что
О = 0,24 У2 г1 или
(¡> = 0,24 XV малых калорий в 1 секунду, или
(3=0,24 • 3 600 г: 860 малых калорий в 1 час и тогда величина -охлаждения фригориметра в милликалориях будет
_ • 860 • 1 000 У — 4 ~т7р '
а так как Р (поверхность) равна 176,7,- то _ \У ■ 860 • 1 000 ^ ~ Т -176,7 Отсюда, произведя "вычисления, получаем формулу (1).
Если величина охлаждения невелика, то на шар направляется не весь ток, для чего по пути тока включен ступенчатый реостат СР;
при пользовании им необходимо внести в расчет 'соответствующую поправку.
Испытание прибора в условиях наружного воздуха (в зимнее время) и в лаборатории и сопоставление данных фригориметра с по1-казаниями термометра и кататермометра дали следующие результаты (табл. 1).
Таблица 1
Исследования в лабораторных условиях
Показания метеорологического фактора Чис) о и меся н
20.ХП 21.XII 22.ХИ 5.1 7.1 9.1 10.1 15.11 5.Ш
Температура воздуха . 21,8° 22,8° 21,2° 19,8° 17° 19,8° 21° 16,6° 23,3°
Сухой кататермометр . 4 3,4 3,8 3,5 5,2 4,3. 4,2 5,2 3,6
Фригориметр..... 4,8 3,7 4,2 4,5 5,3 4,3 4,8 5,5 4,3
В условиях комнатного воздуха, в отсутствии лучистого1 тепла., показания фригориметра, будучи несколько выше, чем показания кататермометра., идут параллельно им; в условиях же наружного воздуха ¡параллельность направления кривых сохраняется, но фригори-
Таблица 2
Исследование в условиях наружного воздуха
Показания метеорологического фактора Число и месяц
24.ХП 25.ХП 27.ХП 29.XII 16.1 17.1 11.11 13.11 14.11
Температура воз- —0,4°
духа ...... +2,8й -3,8° -4,4° + 1,4" —11,6° -6,4° -5° -8°
Сухой кататермо- 19,9 18,6
метр ....... 14,8 22 14,8 14,3 18.3 14,3 14,3
Фригориметр . . . 17,3 29,4 23,2 24,3 26,9 23,8 21,1 27,9 26,5
силь- ветра ветре- ясная облач- снег силь- ветра;
ный нет но погода но, ный нет
ветер (4 м в без ветра снег ве ер
(7 м в 1сек.), (7 м в
1 сек.) ясно 1 сек.)
метр показывает значительно большую величину охлаждения, что,, очевидно, объясняется большей теплоотдачей путем радиации с медного шара фригориметра -(рис. 3).
> Таблица 3
Результаты фригориметрических исследований МбпкоГег
, Швейцария Германия Финляндия
о о и та ч Базель Монтано^ ! Лигано-Агра Лугано Дрезден Свине-мюнде Гельсингфорс
15,9 20,5 14,9 7,4 14,2 38,6 22 30,9
Январь ........ 16 22,2 18,6 15,8 39,7 26 32,2
Февраль....... 17,2 19,9 16 8,2 15,1 37,6 26 31,8
В среднем ..... 16,4 20,9 16,5 7,7 15 38,6 24 31,6
Чувствительность фригориметра к изменениям метеорологического фактора, в особенности лучистого тепла, можно продемонстрировать опытом, проведенным 16 1.1936 г. в условиях наружного воздуха при температуре минус 11,6°.
Произведя два исследования фригориметром и кататермометром, находящимися в тени, при одной и той же температуре воздуха, при солнце и после захода его, мы получили -показания кататермометра в обоих случаях 19,3, фригори-•метр же в одном случае показал 26,9, во втором — 29,9.
Любопытно сопоставить полученные нами показания величины охлаждения по фригориметру в условиях наружного воздуха с данными других авторов. МбпкоГег дает результаты фригориметрических исследований в Швейцарии, Германии и Финляндии; в таблице 3 приводим соответствующие показатели только для зимних месяцев.
Немногочисленность на- зо.о „ ..............
ших наблюдений не дает права говорить о средних величинах охлаждения по фригориметру для Киева; можно лишь сказать, что эти величины находятся в пределах 23 — 29 миллика-лорий, т. е. подходят близко к показателям фригори-метра в Свинемюнде и значительно меньше, чем в Дрездене и Гельсингфорсе.
Следующая серия опытов проведена в метеорологической камере института при температуре воздуха от + 9 до + 36°, постоянной влажности 45 — 50%, движении1 воздуха от 0 до 2 м в секунду, в отсутствии и при наличии лучистого тепла (от 0 до 2 г/кал). Одновременно исследовались для сопоставления с фригориметром физиологические функции испытуемых лиц, находящихся в этих метеорологических условиях. Из физиологических показателей нами были взяты температуры тела и кожи, пульс, потоотделение и тепловое ■самочувствие. Метеорологические условия одновременно оценива1-лись термометрами, парными термометрами, катаиндексом и шкалой эффективных температур.
Анализ собранного материала приводит нас к следующему выводу. При выяснении вопросов о корреляции между физиологическими показателями и показателями различных методов исследования метеорологического фактора мы установили, как это видно из рис. 4, что показания фригориметра выявляют ясно выраженную корреляцию с таплоощущением испытуемых в пределах изученных нами метеорологических условий (левая часть диаграммы), в то время как температура воздуха и показания эффективных температур такой корреляции не обнаруживают (правая часть диаграммы). Более внимательное рассмотрение материала в последнем случае показывает, что корреляция между показаниями эффективных температур, термометра и теплоощущением нарушается именно тогда,, когда имеется- налицо лучистое тепло (на диаграмме обозначено двойными кружками).
Наличие корреляции между показаниями кататермометра, шкалой
21 22 24 25 27 29. 5
декабрь
Фригории Ката
15 16 17 5 1! 13 й
Январь Февраль
Рис. 3. Сравнительные данные показаний кататермометра и фригориметра
эффективных температур, сухим и мокрым термометрами установлено, как известно, многочисленными авторами. Но это имеет место только в метеорологических условиях без компонента лучистого тепла. Корреляция между температурой кожи и .показаниями фри-
прохтдно
хорош тто ' о шригориметр
трно
Рис. 4. Теплоощущения и методы исследования метеорологического фактора
гориметра резко выражена на рис. б, из которого видно, что показания фригориметра ступенчатого снижаются соответственно тепло-ощущениям «прохладно», «хорошо», «тепло», «жарко», в то время как температура кожи также соответственно ступенчато повышается.
Рис. 5. Корреляция между температурой кожи и показаниями фригориметра
Однако корреляция между температурой кожи й теплоощуще-ниями нарушается, когда температура среды выше температуры че^ ловеческого тела. Наличие же радиации не нарушает корреляции между температурой кожи и теплоощущениями испытуемых (в пределах произведенных нами опытов), хотя эта корреляция уставав-
ливается на более высоких показаниях температуры кожи. Так, если без радиации тепло ощущение «хорошо» соответствует показанию температуры кожи, по разным авторам, от 32 до 33,5°, то при наличии радиации такое тепло-ощущение может соответствовать температуре кожи 36—37°.
Наш небольшой экспериментальный материал показывает несомненное преимущество фригориметра как метода суммарной оценки метеорологического фактора перед принятыми до сих пор методами. Так как показания фригориметра коррелятивно связаны 'с физиологическим состоянием1 организма, находящегося в данных 'метеорологических условиях, то возникает- законное желание оценить показания фригориметра с точки зрения физиологического комфорта и дискомфорта.
При рассмотрении нашего материала -сразу бросилось в глаза, что показания фригориметра в движущемся воздухе сравнительно высоки, а также, что одним и тем же теплоощущениям испытуемых в движущемся воздухе соответствуют более высокие показатели тепло,потери фригориметра, чем в -спокойном воздухе. Это совершенно естественно: теплопотеря с мертвого предмета в движущемся воздухе значительно больше, чем- теплопотеря человеческого организма. Данное обстоятельство заставляет нас при оценке показателей фригориметра выделить отдельно .показания его в движущемся воз-духе.
-Как известно, Оогпо предложил следующую шкалу для оценки показаний фригориметра: 2,5 — жарко, 5 — приятно тепло, 7,5 — приятно прохладно!, 10,5 — прохладно, 12.5—-приятно холодно, 15 — холодно, 20—-неприятно холодно.
Наш материал позволяет вьйвести средние показатели для тепло-ощущений -«жарко», «тепло», «хорошо», «прохладно», причем показания фригориметра выведены отдельно -в неподвижном и подвижном воздухе. По нашим данным, шкала имеет такой вид:
В неподвижном воздухе В движущемся воздухе
Жарко .... 1,2 ' 2,3
Приведенные цифры — сугубо ориентировочные и требуют проверки при .новых комбинациях метеорологических условий, н-ами не исследованных, в частности, в условиях низких температур.
В пределах проведенных нами исследований обнаруживается чрезвычайное разнообразие комбинаций отдельных компонентов метеорологического фактора, в своей сумме дающих -стабильную величину охлаждения по фригориметру. Таблица 4 иллюстрирует сказанное.
И-з таблицы 4 видно, что ¡примерно одни и те же значения фригориметра (0.8—1,3) соответствуют температуре воздуха от 24 до 36 градусов и эффективной температуре от 21,7 до 28,5° (в зависимости от показаний других компонентов метеорологического фактора).
Точно так же показаниям фригориметра 2,1—2,8 («тепло») соответствует показание термометра от 29 до 36 градусов и эффективная температура от 21,4 до 28,8°, а показаниям фригориметра 4,1—4,6 («хорошо») -соответствует температура воздуха в пределах 19—32° и эффективная температура 17,4—26,8°. Это дает нам основание надеяться, расширив наши наблюдения, построить шкалу эквивалентных комбинаций отдельных компонентов метеорологического фактора с учетам не, только температуры, влажности и движения воз-
Тепло . . Хорошо . Прохладно
3,2 4,2 6,5
5,1
7.4
9.5
Таблица 4
Комбинации отдельных компонентов метеорологического фактора .
Фригориметр \ Температура воздуха Относительная влажность Движение воздуха, м/мин Радиация калорий в 1 мин. Эффективная температура или эквивалентно-эффективная температура
0,8 24° 60% 0 1,0 21,7
1,1 29° 60% 0 0,5 26.3
1,3 36° 40% 0 0 28.5
0,8 26,8° 70% 0 0.5 24,4
24-36° 40-70% ' 0 0-1,0 21,7-28,5
2,5 21° 50% 0 0,5 25,2
2,1 36° 45% 60 0 28,8
2,5 30° 68% 60 1,0 25,8
2,8 24,2° 56% 0 0,5 21,4
2,3 32° 60% 0 0 28,4
29,36° 45-68% 0-60 0-1,0 21,4-28,8
4,5 30° 55% 60 1.0 25,0
4,6 27° 70% 30 0,5 20,9
4,1 27° 70%> 0 0 24,6
4,3 32° 50% 60 0,5 26.8
4,4 32° 57% 60. 0,5 26,8
4,5 . 19,2° . 50% 0 1,0 17,4
19,2—32° 50—70% 0—60 0-1,0 17,4-26,8
духа (как это делается по американской шкале эффективных температур), но и такого мощного фактора, как лучистое тепло.
Однако, наряду с чрезвычайно важным значением суммарной оценки метеорологического фактора в понимании механизма действия его на организм человека, анализ каждого компонента метеорологического фактора в отдельности представляет неменьшее значение.
Поэтому мы внесли в - фригориметр конструктивное изменение,, дающее возможность отдельно вычислять в случае необходимости влияния лучистого тепла. С Другой стороны, мы разрабатываем вопрос о возможности вычисления скорости движения воздуха по показаниям фригориметра.
ЛИТЕРАТУРА
1. Thilenius und Dorn о, «D s Frigorimeter», Meteor. Zeitschr. 25 u. 57, 1935.— 2. Vernon N., The measurement in Relation to human comfort of the Radiation produced by barious heating systemes. Heat and ventil. Eng. X, 1V32. — 3. Dufton A., The Eupateoscope, Depirt. of scientific Research of Great Britain, Buildi g Research. Technical Paper, No. 13, 1932.— 4. W i n s 1 о w and Green burg, The Thermo-Jtegrator Heat. Pip. aid air Cond., January, 1935.—5. Jaglon C., A Heated Gl be Thermometer for evel. environmetal Conditions of Comfort and for studying Radiation convection effects, The Journal of Ind. Hygiene, No. 5—6, 1935. — 6. Л о н д о н Н., Диференциаль-ный кататермометр как прибор для определения интенсивного излучения температуры и движения воздуха, Гигиена труда и техника безопасности, № 1, 1937.— 7. Калитин Н, О потере т§пла телом человека в присутствии лучистой энергии, Курортология и физиотерапия, № 6, 19о5. — 8. Dorn о С., Die Abktihlungs-grösse in verschiedenen Klimaten nach Dauerregistrierungen mittels des Davoser Frigo-rimes., Meteor. Zeitscnr., No. 2, 1928. — 9. T о м а ш е в и ч, Фригориметрические измерения на Эльбрусе, Бюллетень ВИЭМ, №1, 1936. — 10. Як о в ей к о В., Визиачення шкал радиаиион. эфективн. температуры, Экспериментальная медицина, № 10, 1936.— ll.Mörikofer W., Einiges über die Abkuhlungsgrösse, 1935,—12. Ш а x в а з я н Г. X., Температура кожи человека при температуре среды выше температуры тела, Тезисы I Украинского съезда пром. врачей, 1926.
