И. В. Фомин, С. Ю. Зайчикова Технические средства контроля температурно-влажностного и светового режимов в музеях и памятниках архитектуры

И. В. Фомин, С. Ю. Зайчикова

Технические средства контроля температурно-влажностного и светового режимов в музеях и памятниках архитектуры

Параметры световой среды, температура и влажность воздушной среды – важнейшие физические факторы, влияющие на сохранность музейных ценностей и памятников архитектуры [3], [6], [7].

Температурно-влажностный режим

Ранее для наблюдения за температурно-влажностным режимом (ТВР) использовались:

– аспирационные психрометры МВ-4М, М34;

– термографы М-16Н, М16-С и гигрографы М-21Н, М21С.

Неудобство в эксплуатации, низкая точность (по влажности, в лучшем случае ±4–5%!), большое время получения данных измерений затрудняют наблюдение за ТВР. Кроме того, психрометры ВИТ-1, ВИТ-2 в области низких (?<20?30 %) и высоких (? > 70 ? 80 %) влажностей имеют значительную методическую погрешность, что ставит вопрос о достоверности измерений.

Развитие элементной базы электроники привело к появлению новых технических средств измерения и контроля ТВР (портативные и стационарные приборы, многоканальные системы).

Сегодня на российском рынке измерительных приборов и систем представлено немало приемлемых по техническим характеристикам зарубежных и отечественных термогигрометров.

Классификация приборов и систем контроля ТВР представлена на рис. 1.

Зарубежные термогигрометры представлены в России фирмами «TESTO TERM» (Германия), «DELTA OHM» (Италия), «Hanwell», «Cole-Parmer» (США) и другими. Эти приборы имеют хорошие технические и эксплуатационные характеристики:

диапазон измерения температуры: от —40 до 45 °C;

диапазон измерения влажности: 2-98 %;

погрешность измерения:

– температуры: ±(0,2 ? 0,5)°С;

– влажности: ±(2,5 ? 3,5)%.

Следует отметить, что в продаже имеется много бытовых термогигрометров зарубежного производства (в частности, китайских), которые, несмотря на хороший дизайн и приемлемую стоимость, неприемлемы для профессиональных измерений из-за низкой точности.

Основным недостатком импортных термогигрометров является проблема ремонта и ежегодной калибровки.

Среди российских производителей термогигрометров для измерения параметров воздушной среды следует отметить фирмы ООО «Микрофор», АООТ «Практик-НЦ», НПП «Дана Терм», производящие термогигрометры ИВА-6А, ИВА-6Б, ИВА-6АР, ИВА-6НР, ИВТМ-7, ИВТМ-7К3, ИВТМ-7М, ИТВ-2505.

Для измерения влажности ограждающих конструкций возможно использование гигрометров ВСМ и ВСКМ-12У. Принцип действия этих приборов – диэлькометрический, что позволяет осуществить неразрушающий контроль.

Отмеченные выше приборы имеют схожие схемотехнические решения. Чувствительным элементом измерителя относительной влажности является емкостной датчик с изменяющейся диэлектрической проницаемостью. В качестве чувствительного элемента датчика температуры используется терморезистор.

Самое главное требование к измерительному прибору – он должен иметь сертификат об утверждении типа средств измерения, должен быть зарегистрирован в Государственном реестре средств измерения и допущен к применению в РФ. Приборы необходимо один раз в год калибровать и поверять (после этого выдается свидетельство о государственной поверке).

Хорошо зарекомендовал себя термогигрометр ИВТМ-7, который предназначен для оперативного контроля температуры и относительной влажности воздушной среды. Прибор зарегистрирован в Государственном реестре средств измерения и допущен к применению в Российской федерации в качестве измерительного средства.

Конструктивно прибор выполняется в виде двух блоков – измерительного зонда и блока индикации и измерений, соединенных друг с другом при помощи гибкого шнура.

Рис. 1

Встроенная технология «Plug & Play» позволяет подключать измерительные зонды различного конструктивного исполнения без дополнительной настройки прибора. Достоинства прибора ИВТМ-7:

микропроцессорная обработка сигнала;

возможность подключения к компьютеру по интерфейсу RS232;

высокая точность измерений;

работа в режиме «Plug & Play», позволяющая обеспечивать взаимозаменяемость измерительных зондов;

наличие режима запоминания последнего измеренного значения;

возможность подключения к прибору любого совместимого зонда;

возможность установки порогов измерения.

Термогигрометры ИВТМ-7М и ИВА-6НР позволяют запоминать результаты измерений с задаваемым интервалом и привязкой к реальному времени, что обеспечивает протоколирование результатов измерений.

Приборы ИВТМ-7М и ИВА-6НР позволяют запоминать результаты измерений с задаваемым интервалом и привязкой к реальному времени, что обеспечивает протоколирование результатов измерений. На рис. 2 представлен общий вид прибора ИВТМ-7М.

Конструктивно этот прибор выполняется в виде двух блоков – измерительного зонда и блока индикации и измерений. Измерительный зонд может устанавливаться непосредственно на корпус прибора или соединяться с ним при помощи гибкого шнура. Индикация показаний прибора осуществляется с помощью жидкокристаллического индикатора. В приборе предусмотрен вывод результатов на компьютер.

Достоинства прибора ИВТМ-7М:

– длительное время работы в автономном режиме;

– возможность подключения к компьютеру и объединение в сеть;

– высокая точность измерений;

– протоколирование результатов измерений;

– пересчет результатов измерения в различные единицы влажности;

– постоянная индикация на жидкокристаллическом дисплее текущих значений температуры или влажности;

– питание от встроенного аккумулятора с подзарядкой или от электрической сети через адаптер;

– автономная работа с низким энергопотреблением;

– прибор позволяет запоминать около 10 тысяч результатов измерений с задаваемым интервалом и привязкой к реальному времени, что обеспечивает протоколирование результатов измерений;

– малые габариты. По желанию заказчика вместе с прибором поставляется комплект программного обеспечения для работы в комплексе с ПЭВМ типа IBM PC, который легко и оперативно адаптируется к конкретным требованиям. Питание прибора осуществляется от батареи гальванических элементов напряжением 3В или от поставляемого по дополнительному заказу внешнего блока питания.

Рис. 2. ИВТМ-7М

Технические характеристики ИВТМ-7М

* По специальному заказу

Программное обеспечение прибора позволяет накапливать данные в памяти подключенного компьютера и выводить их на экране монитора в виде таблицы или графика, как показано ниже на рисунке.

Термогигрометр ИВТМ-7К3 позволяет определить также абсолютную влажность и температуру точки росы, что существенно упрощает процедуру проветривания и опре деления режимов обогрева зданий.

Рис. 3. Представления результатов измерения на экране компьютера.

Наиболее полное наблюдение и изучение ТВР в помещениях можно осуществлять с помощью многоканальных систем контроля и регистрации (СК). Такие системы сложны и непросты в эксплуатации. Но уже сегодня ими пользуются в российских музеях.

Государственный Эрмитаж. Здесь внедрена система автоматического мониторинга температуры и влажности в 150 музейных помещениях. Ее работа обеспечивает возможность получения синхронных данных по температуре с точностью ±0,5 °C и относительной влажности воздуха с точностью ±4 %.

Музей музыкальной культуры им. Ф. И. Глинки. Используется СК-8Г/ТОР (1996 г.).

Музей декоративно-прикладного и народного искусства. Применяется СК-16Д (2002 г.).

Эти СК состоят из датчиков, измерительных модулей, персональных компьютеров IBM, кабельных линий, устройств передачи информации, программного обеспечения. Программное обеспечение системы позволяет видеть на экране компьютера общую схему производимых измерений, накапливать данные в памяти компьютера и выводить их на монитор или принтер в виде таблицы или графика.

В наибольшей степени удобны беспроводные СК (объединенные в сеть радиоканалами).

Государственный Русский музей использует радиосистему «Hanwel Rlog» (Англия, 2001 г.), которая осуществляет контроль в семи музейных зданиях.

Сегодня появилась и отечественная беспроводная СК: первые образцы выпустило АООТ «Практик-НЦ».

В настоящее время возникает необходимость не только полностью владеть информацией о состоянии ТВР в помещениях, фиксировать изменения параметров влажности и температуры, но и прогнозировать эти изменения. Именно поэтому необходимо выявление закономерностей в изменениях этих параметров, их зависимости от изменений различных внешних и внутренних факторов, влияющих на микроклимат. Такими факторами служат колебания уличной температуры и влажности, начало и окончание отопительного сезона, наличие открытых (закрытых) дверей и окон в помещениях. Все это, несомненно, требует серьезной научно-исследовательской работы.

Световой режим

Излучения естественных и искусственных источников света оказывают разрушающее действие на материалы экспонатов и влияют на температурно-влажностный и биологический режимы музейных помещений.

Первоочередной и обязательной мерой по защите музейных коллекций от воздействия света является контроль в помещениях музеев (экспозиционные залы, фондохранилища, реставрационные мастерские) основных параметров светоцветовой среды в видимом диапазоне, в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра.

Основные параметры светоцветовой среды:

– уровень освещенности;

– уровень облученности;

– цветовая температура излучений;

– коэффициент пульсации излучений;

– показатель дискомфорта от источников прямой и отраженной блесткости;

– нагрев поверхности освещаемых музейных предметов.

Нормы освещения для экспозиций и помещений открытого хранения:

1. Освещенность и цветовая температура

– для экспонатов 3 группы светостойкости (акварель, пастель, ткань, бумага, естественно-научные экспонаты и т. п.), освещенность – 30–50 лк, Тцв. – 2700–3100^оК;

– для экспонатов 2 группы светостойкости (масляная и темперная живопись, лаки, окрашенные дерево и кожа и др.), освещенность – 75–150 лк, Тцв. – 2700–3100^оК;

– для экспонатов 1 группы светостойкости (керамика, камень, стекло, металлы, минералы и т. д.), освещенность – 200–500 лк, Тцв. – 4000–6000^оК.

2. Величина облученности в УФ-диапазоне – 20–30 мкВт/лм.

3. Отношение наибольшей освещенности к наименьшей – не превышает 3:1.

4. Показатель дискомфорта от источников прямой и отраженной блесткости – не более 25.

Нормы освещения фондохранилищ для экспонатов всех групп светостойкости:

1. Освещенность — 30–50 лк;

2. Цветовая температура — 2700–3100^оК;

3. Показатель дискомфорта:

– для фондохранилищ – не более 60,

– в помещениях для осмотра экспонатов – не более 40;

4. Коэффициент пульсации – не более 15 %.

Нормы освещения реставрационных мастерских:

1. Освещенность

– для масляной и темперной живописи: при общем освещении – 150–500 лк, при подсветке предметов – до 2000–20 000 лк.;

– для рисунка, акварели, графики, ткани, изделий из меха, кожи и т. д.: при общем освещении – 150–300 лк, при подсветке предметов – до 1000–2000 лк.

– для металла, ювелирных изделий, фарфора и т. д.: при общем освещении – 300 лк, при подсветке предметов – до1000–3000 лк

2. Цветовая температура – 3100–6000^оК.

3. Величина облученности в УФ-диапазоне – 20–30 мкВт/лм

4. Показатель дискомфорта систем освещения – не более 40 при коэффициенте пульсации освещенности не более 10 %.

Не менее важны значения суммарных величин освещения предметов за год (освещенность, умноженная на время экспонирования за год = «экспозиция», лк.?час./год).

В соответствии с зарубежными [7] и российскими нормами [5, 8–10], в разработке которых принимали участие сотрудники ГосНИИР [9, 10], в зависимости от принятых максимальных уровней освещенности используются следующие нормы.

Нормы суммарных величин освещения:

– «экспозиция» предметов 1 группы светостойкости – 50 000–1 250 000 (до 8 680 000) лк.?час. в год;

– «экспозиция» предметов 2 группы – 187 500–375 000 лк.?час. в год;

– «экспозиция» предметов 3 группы – 75 000–125 000 лк.?час. в год.

Технические средства измерений характеристик светоцветовой среды

1. Люксметры, спектрорадиометры. Люксметры, спектрорадиометры предназначены для измерения освещенности, облученности в УФ– и ИК-диапазонах для искусственных источников и естественного света. Динамический диапазон измерений освещенности составляет 10⁵ при пороговой чувствительности не более 1 лк. Основная относительная погрешность не должна быть более 10 %.

2. Колориметры. Колориметры предназначены для измерения цветопередающих свойств излучений искусственных источников света, используемых в музеях (лампы накаливания, обычные зеркальные, галогенные, люминесцентные, металлогалогенные и т. д.), а также естественного света (прямых и рассеянных небосводом солнечных лучей), прошедшего через светопроемы, в том числе и оборудованные средствами светозащиты. Диапазон измерения цветовых температур излучателей должен составлять 2000–6000^оК. Основная относительная погрешность не должна превышать 10 %.

3. Пульсметры.

Пульсметры позволяют измерять максимальное, минимальное и среднее значения освещенности за период колебаний и определить коэффициент пульсации для любого источника излучения. Спектральная чувствительность пульсметра должно соответствовать относительной спектральной световой эффективности V?. Угловая чувствительность должна соответствовать стандартной косинусной характеристике. Динамический диапазон измерений – 1–100 %. Основная относительная погрешность должна составлять 10 %.

Данным требованиям удовлетворяют средства измерения, выпускаемые фирмами «Hanwell», «TESTO» (люксметр «ТЕСТО 545»), а также отечественные спектрорадиометр «Аргус-04», спектроколориметр «ТКА-ВД» (НТП «ТКА», С-Петербург) и пульсметр-люксметр «ТКА-Пульс» (НТП «ТКА», С-Петербург).

Эти приборы позволяют оценивать состояние освещенности, облученности, световой среды при конкретном измерении, которые следует осуществлять 2–3 раза в день в проблемных точках основных музейных помещений. Коэффициент пульсации необходимо определять при замене искусственных источников света.

Для того чтобы получить значения «экспозиции», необходимы средства контроля, которые могут фиксировать и сохранять в памяти изменение величин уровней освещенности на поверхности музейного предмета в течение года. Одним из наиболее приемлемых средств контроля данного типа можно назвать систему «Hanwell» (логгеры, радиосистема контроля освещенности, облученности наряду с параметрами температурно-влажностного режима).

Использование вышеперечисленных средств измерения позволяет добиваться создания оптимальных условий освещения (нормируемых уровней освещенности при создании комфортных условий для восприятия музейных предметов). При использовании вариантов освещения, выполненных фирмой «Дизарт» (представительство ЭРКО в России) с поворотными светильниками на шинопроводах, измерение уровней освещенности (при повороте светильников) и цветности излучений позволило создать нормируемые уровни освещенности на предметах и обеспечить приемлемое качество зрительного восприятия (ил. 1–3).

Технические средства контроля температуры освещаемых предметов

Постоянство температуры поверхности освещаемых музейных предметов – одно из важных требований к источникам света, применяемым при выполнении реставрационных работ (не более 5^оС) и в экспозиции (не более 1^оС).

Для контроля за температурой поверхности используются портативные электронные термометры, снабженные контактными датчиками. Диапазон измеряемых температур – от –40 до +200^оС. Отечественные разработчики предлагают ряд приборов, среди которых термометры фирмы «Темп», среди зарубежных приборов можно выделить приборы фирмы «Testo».

При необходимости использования бесконтактных приборов (например, при аварийном состоянии сохранности предмета, не высохших реставрационных вставках и т. д.) возможно измерение приборами «Thermo Point» шведской фирмы «Flir Sistems».

Литература

1. Закон РФ «О единстве средств измерений».

2. ГОСТ 8.513-84 Государственная система обеспечения единства измерений. Поверка средств измерений. Организация и порядок проведения.

3. Музейное хранение художественных ценностей: Практическое пособие [Текст]. – М.: ГосНИИР. – 1995.

4. ГОСТ 7.65–92 Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Кинодокументы, фотодокументы и документы на микроформах. Общие требования к архивному хранению.

5. ГОСТ 7.50-2002 Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Консервация документов. Общие требования.

6. Микроклимат церковных зданий [Текст]. – М.: РИО, ГосНИИР. – 2000.

7. Практические рекомендации IESNA по освещению музеев и художественных галерей. IESNA RP-30-96.

8. Инструкция по учету и хранению музейных ценностей, находящихся в государственных музеях СССР (от 17.07. 1985).

9. Рекомендации по проектированию искусственного освещения музеев. Министерство культуры СССР [Текст] (Тяжпромэлектропроект, ГосЭрмитаж, ГосНИИР). – Л. – 1988.

10. ГОСТ Р 8.586.-01 Средства измерений характеристик ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучений для обеспечения сохранности музейных экспонатов. Методики поверки (ВНИИОФИ, ГосНИИР). – 2001.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.