Искусственная ионизация воздуха предназначена для восполнения недостатка отрицательных ионов внутри современных помещений. По данным исследований [2], вентилятор приточной вентиляции и даже обычная антимоскитная сетка на окне полностью лишают наружный воздух отрицательных ионов. Сам отрицательный ион, как правило, атомарный кислород или более крупные агломераты молекул и аэрозолей воздуха, имеет ограниченный срок существования – срок «жизни». При встрече с положительно заряженным ионом или поверхностью отрицательный заряд теряется.

О пользе отрицательных ионов для живых организмов известно уже давно [8]. Данные о благотворном влиянии различных концентраций отрицательных ионов получены многими исследователями [2, 3, 8]. К сожалению, искусственная ионизация не занимает должного места в современных средствах улучшения жизнедеятельности организма. Одна из причин этого – сложность подсчета уровня концентрации аэроионов. В настоящее время в России сертифицированы счетчики аэроионов «МАС-01» (производитель НТМ-Защита) [6] и «Сапфир-3М» и «Сапфир-3К» (производитель НПФ «Янтарь») [7]. Оба прибора регистрируют как положительные, так и отрицательные ионы, но при этом заявляемая производителем погрешность измерений потрясает – от 30 до 50 процентов в зависимости от диапазона измерений. Возникает вопрос, насколько верны измерения и в чем причина допущений в точности?

Для исследований были использованы три счетчика типа «Сапфир-3М». Особенностью этих счетчиков является возможность работы с персональным компьютером (последние варианты счетчика «МАС-01» также могут быть подключены к ПК), а также режимы усреднения, что означает выдачу результата измерения в виде среднего арифметического за определенное время.

Целью исследования было определение надежности измерений счетчиком «Сапфир-3М» (рис. 1) с применением методов математической статистики [1, 5]. Роль источника ионов выполнял генератор аэроионов «Габи-01» (производитель НТМ-Защита) [4]. Генератор аэроионов (рис. 2) позволяет генерировать аэроионы положительной и отрицательной полярности как одновременно, так и поочередно до 50000 ион/см3 с регулируемой градацией в процентном отношении. Под надежностью измерений подразумевалось совпадение показаний каждого из счетчиков при замерах одинаковой концентрации аэроионов при неизменных других параметрах окружающей среды (температура и влажность). При проведении измерений было исключено движение воздуха как основного фактора, влияющего на результаты подсчетов. Для этого счетчик и генератор аэроионов помещались в бумажный воздуховод в виде короба. Измерения проходили на разных расстояниях между генератором и счетчиком аэроионов, а режимы работы счетчика проводились с различными усреднениями (8, 16 и 32 секунды).

Рис. 1. Счётчики аэроионов «Сапфир-3М»

Рис. 2. Генератор аэроионов биполярный «Габи-01»

Методика проведения экспериментальных работ заключалась в сравнении, при прочих равных условиях, получаемых показаний счетчиков, анализ результатов с последующей корректировкой дальнейших измерений. Накоплен большой материал, который позволяет применить математический аппарат к обработке результатов. Ниже приводятся результаты пяти серий опытов с положительными аэроионами в табл. 1–5.

Таблица 1

Результаты измерения счетчика в ион/см3. Расстояние между счетчиком и генератором – 0,25 м. Выработка ионов – 10000 ион/см³

Таблица 2

Результаты измерения счетчика в ион/см3. Расстояние между счетчиком и генератором – 0,25 м. Выработка ионов – 30000 ион/см³

Таблица 3

Результаты измерения счетчика в ион/см3. Расстояние между счетчиком и генератором – 0,5 м. Выработка ионов – 30000 ион/см³

Таблица 4

Результаты измерения счетчика в ион/см3. Расстояние между счетчиком и генератором – 0,75 м. Выработка ионов – 50000 ион/см³

Были применены методы статистического анализа [1, 5], найдены стандарт и коэффициент вариации для каждой серии опытов, после чего данные были занесены в табл. 6. Значения результатов опытов можно считать выборкой из генеральной совокупности. Для проведения статистического анализа можно вычислить следующие величины. Выборочное среднее:

(1)

где x1, x2,…, xn – выборка объема n = 40.

Таблица 5

Результаты измерения счетчика в ион/см3. Расстояние между счетчиком и генератором – 1,0 м. Выработка ионов – 30000 ион/см³

Стандарт (среднее квадратическое отклонение) определяется квадратным корнем из выборочной дисперсии:

(2)

Данная величина является показателем надежности выборочной средней. Чем меньше значение стандарта, тем лучше средняя величина представляет собой рассматриваемую совокупность результатов опытов.

Для сравнения колеблемости одного и того же признака в нескольких совокупностях можно применить показатель вариации в относительных величинах. Коэффициент вариации как относительное квадратическое отклонение можно получить из соотношения

(3)

Таблица 6

Численные значения стандарта и коэффициента вариации в зависимости от расстояния до источника аэроионов и концентрации генерируемых аэроионов

Данный коэффициент определяет характеристику однородности совокупности. Чем больше значение коэффициента вариации, тем относительно больший разброс и меньшая выравненность исследуемых значений. Если коэффициент вариации меньше 0,1, то изменчивость вариационного ряда принято считать незначительной, от 0,1 до 0,2 относится к средней, больше 0,2 и меньше 0,33 – к значительной, и если коэффициент вариации превышает 0,33, то это говорит о неоднородности информации и необходимости исключения самых больших и самых маленьких значений.

Результатом исследования можно считать утверждение, что заявляемая производителями погрешность в более чем 30 % является попыткой обеспечить приемлемый результат подсчета аэроионов, при несоблюдении в процессе эксплуатации некоторых внешних факторов, значительно влияющих на результат измерения. К таким факторам следует отнести – перемещение воздуха в момент измерения, температуру, влажность воздуха, а также наличие в непосредственной близости от источника аэроионов и/или счетчика аэроионов электрически заряженных тел, или возможность этих тел принимать и накапливать электрический заряд во время изменения. В документации обоих производителей счетчиков аэроионов [6, 7] указанным выше факторам, сопутствующим измерениям, не уделено достаточного внимания, что также свидетельствует о возможностях дальнейшего совершенствования выпускаемой аппаратуры и использования скрытых возможностей по повышению точности измерения.

При этом по вычисленным значениям стандарта и коэффициента вариации можно сделать предположения и выводы:

1. Результаты всех измерений не выходят за рамки однородной совокупности.

2. Несмотря на «нарушения» нормируемого удаления от генератора аэроионов (1 м) в части опытов, произведенные расчеты коэффициента вариации позволяют утверждать, что измерения концентрации точны и не нуждаются в необходимости исключения максимального и минимального значения.

Рецензенты:

Камаев В.А., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Системы автоматизированного проектирования и поискового конструирования», ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет», г. Волгоград;

Баев В.И., д.т.н., профессор кафедры «Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве», ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет», г. Волгоград.