Файл: Автоматизированная беспроводная система измерений параметров окружающей среды.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 125
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Оглавление
Введение
13 1
Области применения системы измерений параметров окружаю- щей среды
15 1.1
Экологический мониторинг
15 1.2
Умный дом
16 1.3
Учет влияющих факторов при поверке средств измерений 18 1.4
Контроль условий в производственных, жилых и обще- ственных помещениях
20 2
Требования к системе измерений параметров окружающей среды 22 2.1
Методы и средства измерений параметров окружающей среды
23 2.1.1
Температура окружающего воздуха
23 2.1.2
Относительная влажность окружающего воздуха
28 2.1.3
Атмосферное давление
31 2.1.4
Освещенность
32 3
Разработка системы измерений параметров окружающей среды
35 3.1
Выбор элементной базы
35 3.1.1
Датчик абсолютного давления и температуры Inertial measurement unit
35 3.1.2
Датчик влажности DHT22 36 3.1.3
Фоторезистор PDV-P9203 39 3.1.4
National Instruments myRIO
40 3.1.5
Среда разработки LabVIEW
42 3.2
Разработка структуры
43 3.3
Интерфейсы передачи данных
45 3.3.1
Беспроводной стандарт IEEE 802.11 45 3.3.2
Интерфейс Inter-Integrated Circuit
46 3.3.3
Одноканальный интерфейс для передачи данных
47 3.4
Разработка программного обеспечения
48 3.4.1
Лицевая панель
48 3.4.2
Блок-диаграмма
50 3.4.3
Модуль измерения влажности
52 3.4.4
Модуль измерения давления и температуры
54 3.4.5
Модуль измерения освещенности
57 3.4.6
Расчет неопределенности измерений
57 3.4.7
Формирование отчетности
60 4
Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбе- режение
61
11 4.1
Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных исследований с позиции ресурсоэф- фективности и ресурсосбережения
61 4.1.1
Потенциальные потребители результатов исследования
61 4.1.2
Анализ конкурентных технических решений
62 4.1.3
SWOT-анализ
63 4.2
Определение возможных альтернатив проведения науч- ных исследований
63 4.3
Планирование научно-исследовательских работ
64 4.3.1
Структура работ в рамках научного исследования
64 4.3.2
Определение трудоемкости выполнения работ
65 4.3.3
Разработка графика проведения научного исследования
66 4.3.4
Бюджет научно-технического исследования
67 4.4
Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансо- вой, бюджетной, социальной и экономической эффектив- ности исследования
70 4.4.1
Интегральный финансовый показатель
71 4.4.2
Интегральный показатель ресурсоэффективности
71 4.4.3
Сравнительная эффективность проекта
72 5
Социальная ответственность
73 5.1
Производственная безопасность
73 5.1.1
Повышенная напряженность электромагнитного поля
74 5.1.2
Недостаток освещения
76 5.1.3
Повышенный уровень шума
78 5.1.4
Неоптимальный микроклимат помещения
81 5.2
Экологическая безопасность
83 5.3
Безопасность в чрезвычайных ситуациях
83 5.4
Правовые и организационные вопросы обеспечения без- опасности
86 5.4.1
Специальные правовые нормы трудового законодатель- ства
86 5.4.2
Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
87
Заключение
89
Список публикаций студента
90
Список использованных источников
91
Приложение А Лицевая панель
94
Приложение Б Анализ конкурентных технических решений
95
Приложение В SWOT-анализ
96
Приложение Г Временные показатели проведения научного ис-
99
12
следования
Приложение Д Календарный план-график
100
Приложение Е Бюджет научно-технического исследования
101
Приложение Ж Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффек- тивности исследования
103
Приложение З Требования к освещению помещений промыш- ленных предприятий
104
13
Введение
Измерением называют совокупность операций, выполняемых для опре- деления количественного значения величины. Измерения производятся во всех сферах человеческой деятельности. В частности, широко распространенными для измерений величинами являются параметры окружающей среды.
Необходимость получения информации о значениях таких физических величин, как температура, влажность, давление, освещенность, возникает при контроле условий труда, условий производства и хранения продукции в поме- щениях, при осуществлении мероприятий экологического мониторинга, в ме- теорологических наблюдениях и прогнозах, для обеспечения единства измере- ний при проведении поверки и/или калибровки средств измерений, и т.д. Для снижения трудовых и временных затрат на организацию измерительных проце- дур может быть использована система, позволяющая автоматизировать процесс сбора, обработки и сохранения измерительных данных. Такая система должна быть мобильной, иметь возможности наращивания элементной базы и замены датчиков физических величин для обеспечения универсальности применения.
Целью данной выпускной квалификационной работы является разработ- ка автоматизированной беспроводной системы измерений параметров окружа- ющей среды.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнение следую- щих задач:
– формирование требований к системе измерений;
– разработка структуры системы измерений;
– выбор элементной базы;
– разработка программного обеспечения.
В первом разделе рассмотрены области применения системы измерений параметров окружающей среды, такие как экологический мониторинг, автома- тизация зданий «Умный дом», регистрация условий при поверке/калибровке
14
средств измерений, контроль условий в производственных, жилых и обще- ственных помещениях.
Во втором разделе сформированы основные требования к разрабатывае- мой системе измерений, а также исследованы методы и средства измерений па- раметров окружающей среды.
Третий раздел содержит подробное описание процесса разработки си- стемы измерений параметров окружающей среды, а именно выбора элементной базы, разработки структуры и программного обеспечения системы.
15
1 Области применения системы измерений параметров окружаю-
щей среды
Измерение параметров окружающей среды затрагивает многие области человеческой деятельности, например, промышленность или лаборатория вы- сокоточных измерений, частный дом или метеорологическая станция. Также для качественного производства любой продукции необходимы определенные условия окружающей среды. Именно поэтому в последнее время производят непрерывные измерения параметров окружающей среды и их автоматизация.
Система измерений параметров окружающей среды (далее – Система) может применяться в различных областях, таких как экологический монито- ринг, система «Умный дом», регистрация влияющих факторов при поверке средств измерений (СИ), а также измерение параметров микроклимата произ- водственных и жилых помещений.
1.1 Экологический мониторинг
Под государственным экологическим мониторингом понимают ком- плексные наблюдения за состоянием окружающей среды, в том числе компо- нентов природной среды, естественных экологических систем, за происходя- щими в них процессами, явлениями, оценка и прогноз изменений состояния окружающей среды [1]. Основной целью экологического мониторинга является предупреждение критических ситуаций, вредных или опасных для здоровья людей, благополучия других живых существ, их сообществ, природных и со- зданных человеком объектов.
Сама система мониторинга не включает деятельность по управлению качеством среды, а является источником информации необходимой для приня- тия экологически значимых решений.
Система экологического мониторинга накапливает, систематизирует и анализирует информацию о состоянии окружающей среды, причинах наблюда-
16
емых и вероятных изменений состояния, допустимости изменений и нагрузок на среду в целом и существующих резервах биосферы.
Основными процедурами системы мониторинга являются:
– выделение (определение) и обследование объекта наблюдения;
– оценка состояния объекта наблюдений;
– прогнозирование изменений состояния объекта наблюдения;
– представление информации в удобной для использования форме [2].
Объектами исследования при экологическом мониторинге являются ат- мосфера, гидросфера, суша и геологические среды. Первые попытки изучения атмосферы были предприняты М.В. Ломоносовым. Первая служба погоды по- явилась в России в 1872 г. Множеством экспериментов подтверждена связь между загрязнением атмосферы и метеорологическими параметрами.
Метеорология – это наука о земной атмосфере, ее строении, свойствах и происходящих в ней процессах. Свойства атмосферы и происходящие в ней процессы рассматриваются в связи со свойствами и влиянием подстилающей поверхности (суши и моря). Главной задачей метеорологии является прогнози- рование погоды на различные сроки [3].
Метеорологическая станция – это основной компонент регулярных наблюдений за состоянием атмосферы, который предназначен для:
– измерения температуры, давления и влажности воздуха;
– скорости и направления ветра;
– контроль облачности, уровня осадков, видимости, солнечной радиа- ции.
1.2 Умный дом
Автоматизированное здание – это здание, оснащенное многосвязными многомерными автоматизированными инженерными системами, взаимодей- ствующими между собой и средой, для выполнения назначенных функций [4].
17
Домашняя автоматизация или «Умный дом» – это автоматизация зда- ний, которая включает в себя контроль и автоматизацию освещения, отопления, вентиляции, кондиционирования и безопасности, а также бытовую технику, например, стиральные или сушильные машины, печи или холодильники. Wi-Fi часто используется для удаленного мониторинга и управления такой системой.
В середине XX века появились первые, единичные попытки домашней автоматизации в современном понимании. Наиболее известными были «Дом с кнопками», где расположенные по всему дому кнопки автоматизировали вы- полнение основных бытовых задач, и компьютер Echo IV, который мог регули- ровать работу домашней климатической техники, включать и выключать неко- торые приборы и распечатывать списки покупок [5].
В современном мире отопление, освещение, водопровод, сигнализация в квартире – всё это можно контролировать с помощью системы «Умный дом».
На основе измерений параметров окружающей среды может быть принято ре- шение, например, о необходимости включения дополнительного освещения или увеличения обогрева комнаты.
Наиболее распространенными устройствами, получающими информа- цию о внешних условиях при управлении климатом, являются:
– датчики влажности;
– датчики температуры
– термостаты для поддержания постоянной температуры или ее автома- тического регулирования;
– терморегуляторы для управления мощностью батарей отопления;
– гигростаты для поддержания постоянной влажности или ее регулиро- вания.
Основная задача устройств умного дома в этом случае – автоматически регулировать работу климатических систем так, чтобы одновременно обеспе- чить комфортный микроклимат и сократить расходы на его поддержание.
Система измерений параметров окружающей среды может использо- ваться в качестве составной части системы «Умный дом».
18
1.3 Учет влияющих факторов при поверке средств измерений
При проведении любых измерений большое влияние оказывает окружа- ющая среда, поэтому во время проведения любых измерений необходимо реги- стрировать значения влияющих факторов, таких как температура, влажность, атмосферное давление, освещенность, а для некоторых измерений – состояние электрических, магнитных и электромагнитных полей.
В частности, при поверке средств измерений значения влияющих факто- ров заносятся в протокол поверки и свидетельство о поверке СИ. В соответ- ствие с требованиями ГОСТ 8.395-80 «ГСИ. Нормальные условия измерений при поверке. Общие требования» нормальными условиями для определения ос- новной погрешности поверяемого средства измерений следует считать условия, при которых составляющая погрешности поверяемого средства измерений от действия совокупности влияющих величин не превышает 35% предела допус- каемой основной погрешности поверяемого средства измерений [6].
Номинальные значения наиболее распространенных нормальных влия- ющих величин следует выбирать из таблицы 1.
Таблица 1 – Номинальные значения влияющих величин
Влияющая величина
Значение, допускаемое к ограниченному применению в качестве номинального
Наименование
Номинальное значение
Температура
К
293 273; 90; 4,2
°С
20 23; 25; 27
Атмосферное давление кПа
101,3 100 мм рт.ст.
760 750
Относительная влажность, %
60 0; 55; 58; 65
Допускаемые пределы нормальной области наиболее распространенных влияющих величин следует выбирать из значений, указанных в таблице 2, в за- висимости от предела основной погрешности поверяемого средства измерений, предела допускаемых погрешностей измерений других величин или предела
19
основной погрешности средств их измерений, а также области и диапазона из- мерений.
Таблица 2 – Пределы нормальной области влияющих величин
Влияющая величина
Допускаемое значение предела
Наименование
Характеристика
Температура, К или °С
Среднее отклонение от но- минального значения
± 0,01; ± 0,02; ± 0,05; ± 0,1; ± 0,2
(0,3); ± 0,5; ± 1; ± 2; ± 5; ± 10; ± 15;
± (0,5n)
Колебания в процессе вы- полнения измерений или за нормируемое время
0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02
(0,03); 0,05; 0,1; 0,2 (0,3); 0,5; 1; 2;
5; 10; (0,5n)
Разность в рабочем про- странстве и на поверхности средств и объектов измере- ний
0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5;
10; (0,5n)
Атмосферное давление: кПа
Отклонение от номинального значения
± 3; ± 4; ± 6; ± 8; ± 10
При неустановленном номи- нальном значении
84-106; 87-107; 96-104; 98-105 мм рт.ст.
Отклонение от номинального значения
± 22,5; ± 25; ± 30; ± 45; ± 60; ± 75
При неустановленном номи- нальном значении
63-795; 652-802; 720-780; 735-790
(788)
Относительная влажность,
%
Отклонение от номинального значения
± 1; ± 2; ± 5; ± 10; ± 15; ± 20
При неустановленном номи- нальном значении
30-60; 30-80; (45-75); 45-80; не бо- лее 60 (70)
Примечания
1 В скобках указаны значения, допускаемые к ограниченному применению.
2 n – целое число.
Система измерений параметров окружающей среды может быть исполь- зована при измерении величин, влияющих на метрологические характеристики поверяемых средств измерений. Информацию о параметрах окружающей среды можно использовать для учета погрешности измерения из-за изменений условий
измерения, которая является составляющей систематической погрешности из-
20
мерения. Такая погрешность является следствием неучтенного влияния откло- нения от установленного значения какого-либо из параметров, характеризую- щих условия измерений [7].
Приведем наглядный пример возможности внедрения Системы измере- ний параметров окружающей среды для метрологических целей. В служебные обязанности инженеров-метрологов всех лабораторий Метрологической служ- бы АО «ЮТэйр-Инжиниринг» входит измерение температуры воздуха, относи- тельной влажности воздуха и атмосферного давления в начале каждого рабоче- го дня [8]. Данные вручную заносятся в программу для формирования протоко- лов калибровки, после чего значения влияющих факторов автоматически запи- сываются в протоколы калибровки.
С помощью Системы данный процесс может быть полностью автомати- зирован. Значения влияющих величин могут быть автоматически измерены Си- стемой, и актуальные данные – записаны в протоколы калибровки. На основе этих данных также может быть реализована возможность автоматического рас- чета дополнительной погрешности измерений.
1.4 Контроль условий в производственных, жилых и общественных
помещениях
Микроклимат производственных, жилых и общественных помещений – это климат внутренней среды этих помещений. Параметры микроклимата зави- сят от теплофизических особенностей технологического процесса, климата, се- зона года, условий отопления и вентиляции. Необходимо контролировать эти параметры, так как состояние здоровья человека, его работоспособность в зна- чительной степени зависят от микроклимата в помещении. А также по резуль- татам измерений этих параметров можно определить эффективность работы технических средств для обеспечения требуемого состояния микроклимата, например, систем отопления и вентиляции.
В соответствии с СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» показатели микроклимата
Введение
13 1
Области применения системы измерений параметров окружаю- щей среды
15 1.1
Экологический мониторинг
15 1.2
Умный дом
16 1.3
Учет влияющих факторов при поверке средств измерений 18 1.4
Контроль условий в производственных, жилых и обще- ственных помещениях
20 2
Требования к системе измерений параметров окружающей среды 22 2.1
Методы и средства измерений параметров окружающей среды
23 2.1.1
Температура окружающего воздуха
23 2.1.2
Относительная влажность окружающего воздуха
28 2.1.3
Атмосферное давление
31 2.1.4
Освещенность
32 3
Разработка системы измерений параметров окружающей среды
35 3.1
Выбор элементной базы
35 3.1.1
Датчик абсолютного давления и температуры Inertial measurement unit
35 3.1.2
Датчик влажности DHT22 36 3.1.3
Фоторезистор PDV-P9203 39 3.1.4
National Instruments myRIO
40 3.1.5
Среда разработки LabVIEW
42 3.2
Разработка структуры
43 3.3
Интерфейсы передачи данных
45 3.3.1
Беспроводной стандарт IEEE 802.11 45 3.3.2
Интерфейс Inter-Integrated Circuit
46 3.3.3
Одноканальный интерфейс для передачи данных
47 3.4
Разработка программного обеспечения
48 3.4.1
Лицевая панель
48 3.4.2
Блок-диаграмма
50 3.4.3
Модуль измерения влажности
52 3.4.4
Модуль измерения давления и температуры
54 3.4.5
Модуль измерения освещенности
57 3.4.6
Расчет неопределенности измерений
57 3.4.7
Формирование отчетности
60 4
Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбе- режение
61
11 4.1
Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных исследований с позиции ресурсоэф- фективности и ресурсосбережения
61 4.1.1
Потенциальные потребители результатов исследования
61 4.1.2
Анализ конкурентных технических решений
62 4.1.3
SWOT-анализ
63 4.2
Определение возможных альтернатив проведения науч- ных исследований
63 4.3
Планирование научно-исследовательских работ
64 4.3.1
Структура работ в рамках научного исследования
64 4.3.2
Определение трудоемкости выполнения работ
65 4.3.3
Разработка графика проведения научного исследования
66 4.3.4
Бюджет научно-технического исследования
67 4.4
Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансо- вой, бюджетной, социальной и экономической эффектив- ности исследования
70 4.4.1
Интегральный финансовый показатель
71 4.4.2
Интегральный показатель ресурсоэффективности
71 4.4.3
Сравнительная эффективность проекта
72 5
Социальная ответственность
73 5.1
Производственная безопасность
73 5.1.1
Повышенная напряженность электромагнитного поля
74 5.1.2
Недостаток освещения
76 5.1.3
Повышенный уровень шума
78 5.1.4
Неоптимальный микроклимат помещения
81 5.2
Экологическая безопасность
83 5.3
Безопасность в чрезвычайных ситуациях
83 5.4
Правовые и организационные вопросы обеспечения без- опасности
86 5.4.1
Специальные правовые нормы трудового законодатель- ства
86 5.4.2
Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
87
Заключение
89
Список публикаций студента
90
Список использованных источников
91
Приложение А Лицевая панель
94
Приложение Б Анализ конкурентных технических решений
95
Приложение В SWOT-анализ
96
Приложение Г Временные показатели проведения научного ис-
99
12
следования
Приложение Д Календарный план-график
100
Приложение Е Бюджет научно-технического исследования
101
Приложение Ж Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффек- тивности исследования
103
Приложение З Требования к освещению помещений промыш- ленных предприятий
104
13
Введение
Измерением называют совокупность операций, выполняемых для опре- деления количественного значения величины. Измерения производятся во всех сферах человеческой деятельности. В частности, широко распространенными для измерений величинами являются параметры окружающей среды.
Необходимость получения информации о значениях таких физических величин, как температура, влажность, давление, освещенность, возникает при контроле условий труда, условий производства и хранения продукции в поме- щениях, при осуществлении мероприятий экологического мониторинга, в ме- теорологических наблюдениях и прогнозах, для обеспечения единства измере- ний при проведении поверки и/или калибровки средств измерений, и т.д. Для снижения трудовых и временных затрат на организацию измерительных проце- дур может быть использована система, позволяющая автоматизировать процесс сбора, обработки и сохранения измерительных данных. Такая система должна быть мобильной, иметь возможности наращивания элементной базы и замены датчиков физических величин для обеспечения универсальности применения.
Целью данной выпускной квалификационной работы является разработ- ка автоматизированной беспроводной системы измерений параметров окружа- ющей среды.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнение следую- щих задач:
– формирование требований к системе измерений;
– разработка структуры системы измерений;
– выбор элементной базы;
– разработка программного обеспечения.
В первом разделе рассмотрены области применения системы измерений параметров окружающей среды, такие как экологический мониторинг, автома- тизация зданий «Умный дом», регистрация условий при поверке/калибровке
14
средств измерений, контроль условий в производственных, жилых и обще- ственных помещениях.
Во втором разделе сформированы основные требования к разрабатывае- мой системе измерений, а также исследованы методы и средства измерений па- раметров окружающей среды.
Третий раздел содержит подробное описание процесса разработки си- стемы измерений параметров окружающей среды, а именно выбора элементной базы, разработки структуры и программного обеспечения системы.
15
1 Области применения системы измерений параметров окружаю-
щей среды
Измерение параметров окружающей среды затрагивает многие области человеческой деятельности, например, промышленность или лаборатория вы- сокоточных измерений, частный дом или метеорологическая станция. Также для качественного производства любой продукции необходимы определенные условия окружающей среды. Именно поэтому в последнее время производят непрерывные измерения параметров окружающей среды и их автоматизация.
Система измерений параметров окружающей среды (далее – Система) может применяться в различных областях, таких как экологический монито- ринг, система «Умный дом», регистрация влияющих факторов при поверке средств измерений (СИ), а также измерение параметров микроклимата произ- водственных и жилых помещений.
1.1 Экологический мониторинг
Под государственным экологическим мониторингом понимают ком- плексные наблюдения за состоянием окружающей среды, в том числе компо- нентов природной среды, естественных экологических систем, за происходя- щими в них процессами, явлениями, оценка и прогноз изменений состояния окружающей среды [1]. Основной целью экологического мониторинга является предупреждение критических ситуаций, вредных или опасных для здоровья людей, благополучия других живых существ, их сообществ, природных и со- зданных человеком объектов.
Сама система мониторинга не включает деятельность по управлению качеством среды, а является источником информации необходимой для приня- тия экологически значимых решений.
Система экологического мониторинга накапливает, систематизирует и анализирует информацию о состоянии окружающей среды, причинах наблюда-
16
емых и вероятных изменений состояния, допустимости изменений и нагрузок на среду в целом и существующих резервах биосферы.
Основными процедурами системы мониторинга являются:
– выделение (определение) и обследование объекта наблюдения;
– оценка состояния объекта наблюдений;
– прогнозирование изменений состояния объекта наблюдения;
– представление информации в удобной для использования форме [2].
Объектами исследования при экологическом мониторинге являются ат- мосфера, гидросфера, суша и геологические среды. Первые попытки изучения атмосферы были предприняты М.В. Ломоносовым. Первая служба погоды по- явилась в России в 1872 г. Множеством экспериментов подтверждена связь между загрязнением атмосферы и метеорологическими параметрами.
Метеорология – это наука о земной атмосфере, ее строении, свойствах и происходящих в ней процессах. Свойства атмосферы и происходящие в ней процессы рассматриваются в связи со свойствами и влиянием подстилающей поверхности (суши и моря). Главной задачей метеорологии является прогнози- рование погоды на различные сроки [3].
Метеорологическая станция – это основной компонент регулярных наблюдений за состоянием атмосферы, который предназначен для:
– измерения температуры, давления и влажности воздуха;
– скорости и направления ветра;
– контроль облачности, уровня осадков, видимости, солнечной радиа- ции.
1.2 Умный дом
Автоматизированное здание – это здание, оснащенное многосвязными многомерными автоматизированными инженерными системами, взаимодей- ствующими между собой и средой, для выполнения назначенных функций [4].
17
Домашняя автоматизация или «Умный дом» – это автоматизация зда- ний, которая включает в себя контроль и автоматизацию освещения, отопления, вентиляции, кондиционирования и безопасности, а также бытовую технику, например, стиральные или сушильные машины, печи или холодильники. Wi-Fi часто используется для удаленного мониторинга и управления такой системой.
В середине XX века появились первые, единичные попытки домашней автоматизации в современном понимании. Наиболее известными были «Дом с кнопками», где расположенные по всему дому кнопки автоматизировали вы- полнение основных бытовых задач, и компьютер Echo IV, который мог регули- ровать работу домашней климатической техники, включать и выключать неко- торые приборы и распечатывать списки покупок [5].
В современном мире отопление, освещение, водопровод, сигнализация в квартире – всё это можно контролировать с помощью системы «Умный дом».
На основе измерений параметров окружающей среды может быть принято ре- шение, например, о необходимости включения дополнительного освещения или увеличения обогрева комнаты.
Наиболее распространенными устройствами, получающими информа- цию о внешних условиях при управлении климатом, являются:
– датчики влажности;
– датчики температуры
– термостаты для поддержания постоянной температуры или ее автома- тического регулирования;
– терморегуляторы для управления мощностью батарей отопления;
– гигростаты для поддержания постоянной влажности или ее регулиро- вания.
Основная задача устройств умного дома в этом случае – автоматически регулировать работу климатических систем так, чтобы одновременно обеспе- чить комфортный микроклимат и сократить расходы на его поддержание.
Система измерений параметров окружающей среды может использо- ваться в качестве составной части системы «Умный дом».
18
1.3 Учет влияющих факторов при поверке средств измерений
При проведении любых измерений большое влияние оказывает окружа- ющая среда, поэтому во время проведения любых измерений необходимо реги- стрировать значения влияющих факторов, таких как температура, влажность, атмосферное давление, освещенность, а для некоторых измерений – состояние электрических, магнитных и электромагнитных полей.
В частности, при поверке средств измерений значения влияющих факто- ров заносятся в протокол поверки и свидетельство о поверке СИ. В соответ- ствие с требованиями ГОСТ 8.395-80 «ГСИ. Нормальные условия измерений при поверке. Общие требования» нормальными условиями для определения ос- новной погрешности поверяемого средства измерений следует считать условия, при которых составляющая погрешности поверяемого средства измерений от действия совокупности влияющих величин не превышает 35% предела допус- каемой основной погрешности поверяемого средства измерений [6].
Номинальные значения наиболее распространенных нормальных влия- ющих величин следует выбирать из таблицы 1.
Таблица 1 – Номинальные значения влияющих величин
Влияющая величина
Значение, допускаемое к ограниченному применению в качестве номинального
Наименование
Номинальное значение
Температура
К
293 273; 90; 4,2
°С
20 23; 25; 27
Атмосферное давление кПа
101,3 100 мм рт.ст.
760 750
Относительная влажность, %
60 0; 55; 58; 65
Допускаемые пределы нормальной области наиболее распространенных влияющих величин следует выбирать из значений, указанных в таблице 2, в за- висимости от предела основной погрешности поверяемого средства измерений, предела допускаемых погрешностей измерений других величин или предела
19
основной погрешности средств их измерений, а также области и диапазона из- мерений.
Таблица 2 – Пределы нормальной области влияющих величин
Влияющая величина
Допускаемое значение предела
Наименование
Характеристика
Температура, К или °С
Среднее отклонение от но- минального значения
± 0,01; ± 0,02; ± 0,05; ± 0,1; ± 0,2
(0,3); ± 0,5; ± 1; ± 2; ± 5; ± 10; ± 15;
± (0,5n)
Колебания в процессе вы- полнения измерений или за нормируемое время
0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02
(0,03); 0,05; 0,1; 0,2 (0,3); 0,5; 1; 2;
5; 10; (0,5n)
Разность в рабочем про- странстве и на поверхности средств и объектов измере- ний
0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5;
10; (0,5n)
Атмосферное давление: кПа
Отклонение от номинального значения
± 3; ± 4; ± 6; ± 8; ± 10
При неустановленном номи- нальном значении
84-106; 87-107; 96-104; 98-105 мм рт.ст.
Отклонение от номинального значения
± 22,5; ± 25; ± 30; ± 45; ± 60; ± 75
При неустановленном номи- нальном значении
63-795; 652-802; 720-780; 735-790
(788)
Относительная влажность,
%
Отклонение от номинального значения
± 1; ± 2; ± 5; ± 10; ± 15; ± 20
При неустановленном номи- нальном значении
30-60; 30-80; (45-75); 45-80; не бо- лее 60 (70)
Примечания
1 В скобках указаны значения, допускаемые к ограниченному применению.
2 n – целое число.
Система измерений параметров окружающей среды может быть исполь- зована при измерении величин, влияющих на метрологические характеристики поверяемых средств измерений. Информацию о параметрах окружающей среды можно использовать для учета погрешности измерения из-за изменений условий
измерения, которая является составляющей систематической погрешности из-
20
мерения. Такая погрешность является следствием неучтенного влияния откло- нения от установленного значения какого-либо из параметров, характеризую- щих условия измерений [7].
Приведем наглядный пример возможности внедрения Системы измере- ний параметров окружающей среды для метрологических целей. В служебные обязанности инженеров-метрологов всех лабораторий Метрологической служ- бы АО «ЮТэйр-Инжиниринг» входит измерение температуры воздуха, относи- тельной влажности воздуха и атмосферного давления в начале каждого рабоче- го дня [8]. Данные вручную заносятся в программу для формирования протоко- лов калибровки, после чего значения влияющих факторов автоматически запи- сываются в протоколы калибровки.
С помощью Системы данный процесс может быть полностью автомати- зирован. Значения влияющих величин могут быть автоматически измерены Си- стемой, и актуальные данные – записаны в протоколы калибровки. На основе этих данных также может быть реализована возможность автоматического рас- чета дополнительной погрешности измерений.
1.4 Контроль условий в производственных, жилых и общественных
помещениях
Микроклимат производственных, жилых и общественных помещений – это климат внутренней среды этих помещений. Параметры микроклимата зави- сят от теплофизических особенностей технологического процесса, климата, се- зона года, условий отопления и вентиляции. Необходимо контролировать эти параметры, так как состояние здоровья человека, его работоспособность в зна- чительной степени зависят от микроклимата в помещении. А также по резуль- татам измерений этих параметров можно определить эффективность работы технических средств для обеспечения требуемого состояния микроклимата, например, систем отопления и вентиляции.
В соответствии с СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» показатели микроклимата