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
Без усреднения 4 с |
Усреднение 8 с |
Усреднение 16 с |
Усреднение 32 с |
|
1 |
45,5 |
46,4 |
42 |
52,9 |
2 |
41,4 |
57,1 |
53,9 |
43,4 |
3 |
41,8 |
38 |
47,5 |
44,9 |
4 |
46,8 |
45,9 |
44 |
46,7 |
5 |
47,8 |
45,3 |
45,5 |
41,3 |
6 |
42,5 |
29,8 |
44,7 |
42,9 |
7 |
45,6 |
56,8 |
43,2 |
47,2 |
8 |
42,1 |
46,2 |
42,1 |
43,1 |
9 |
43,1 |
38,8 |
40,1 |
45,5 |
10 |
44,5 |
53,6 |
38,1 |
44,2 |
Таблица 2
Результаты измерения счетчика в ион/см3. Расстояние между счетчиком и генератором – 0,25 м. Выработка ионов – 30000 ион/см³
Без усреднения 4 с |
Усреднение 8 с |
Усреднение 16 с |
Усреднение 32 с |
|
1 |
121,3 |
122,3 |
121 |
128,2 |
2 |
130,4 |
124,5 |
131,4 |
127,4 |
3 |
125,6 |
126,2 |
129,9 |
124,1 |
4 |
125,7 |
130,3 |
119,9 |
122,3 |
5 |
127,1 |
131,1 |
123,4 |
123,4 |
6 |
128,4 |
127,3 |
124,7 |
120,3 |
7 |
130 |
129,3 |
126,8 |
121,4 |
8 |
122,2 |
126,8 |
123,1 |
124 |
9 |
124,5 |
121 |
131,1 |
123,7 |
10 |
126,1 |
120,9 |
129,2 |
126,1 |
Таблица 3
Результаты измерения счетчика в ион/см3. Расстояние между счетчиком и генератором – 0,5 м. Выработка ионов – 30000 ион/см³
Без усреднения 4 с |
Усреднение 8 с |
Усреднение 16 с |
Усреднение 32 с |
|
1 |
106 |
89,6 |
95,4 |
119 |
2 |
106 |
98,4 |
85 |
110 |
3 |
104 |
91,5 |
100 |
108 |
4 |
95,7 |
110 |
90,7 |
106 |
5 |
97,8 |
95 |
98,7 |
113 |
6 |
115 |
109 |
93,6 |
101 |
7 |
98,7 |
93 |
97,5 |
102 |
8 |
96,8 |
101 |
96,5 |
97,4 |
9 |
103 |
91,7 |
105 |
102 |
10 |
101 |
96,6 |
108 |
100,9 |
Таблица 4
Результаты измерения счетчика в ион/см3. Расстояние между счетчиком и генератором – 0,75 м. Выработка ионов – 50000 ион/см³
Без усреднения 4 с |
Усреднение 8 с |
Усреднение 16 с |
Усреднение 32 с |
|
1 |
45,3 |
45,6 |
46,1 |
45,6 |
2 |
43,1 |
45,7 |
46,7 |
41,2 |
3 |
36,4 |
42,3 |
44,7 |
42,7 |
4 |
46,4 |
45,3 |
44,9 |
41,7 |
5 |
43,5 |
41,4 |
45,1 |
43,4 |
6 |
46,7 |
43,7 |
41,4 |
47,7 |
7 |
47,5 |
42,5 |
42,1 |
45,1 |
8 |
42,3 |
41,6 |
44,8 |
41 |
9 |
46,6 |
41,7 |
46,4 |
39,9 |
10 |
47,1 |
43,9 |
44,4 |
40 |
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
Без усреднения 4 с |
Усреднение 8 с |
Усреднение 16 с |
Усреднение 32 с |
|
1 |
9,9 |
9,5 |
8,7 |
9,1 |
2 |
10 |
9,4 |
8,6 |
9,6 |
3 |
11,5 |
7,8 |
7,9 |
8,9 |
4 |
8,7 |
10,6 |
9,1 |
8,7 |
5 |
4,9 |
8,4 |
11 |
8,4 |
6 |
11,1 |
11 |
10,8 |
9,4 |
7 |
10,7 |
8,6 |
10,6 |
9,3 |
8 |
9,7 |
9,3 |
11,2 |
9,4 |
9 |
8,7 |
9,6 |
9,7 |
10,3 |
10 |
8,9 |
9,7 |
9,4 |
10,4 |
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
Номер опыта |
Расстояние в м, концентрация в ион/см3 |
Стандарт |
Коэффициент вариации |
1 |
0,25; 10000 |
6,5 |
0,146 |
2 |
0,25; 30000 |
3,4 |
0,027 |
3 |
0,5; 30000 |
7,3 |
0,073 |
4 |
0,75; 50000 |
2,5 |
0,057 |
5 |
1; 30000 |
1,2 |
0,127 |
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.
Библиографическая ссылка
Бочаров М.Е., Сторожаков С.Ю., Шубович А.А. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ДИСКРЕТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ АЭРОИОНОВ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 8-2. – С. 239-242;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=38878 (дата обращения: 16.08.2024).