Вопросы для самоконтроля:
1. Что такое погрешность измерения?
2. Какая погрешность называется абсолютной?
3. Какая погрешность называется относительной?
4. Какие погрешности методов измерений знаете ?
5. Как определяется работоспособность прибора?
6. Что такое класс точности прибора?
Литература: [1], с.1…10
РАЗДЕЛ 2 Измерительные преобразователи
Тема 2.1 Измерение температуры
Студент должен:
знать:
- температурные шкалы и методы измерения температуры;
- классификацию приборов для измерения температуры;
- принцип действия датчиков и вторичных приборов для измерения температуры, их типы;
- устройства и методы температурной компенсации холодного спая;
уметь:
- пользоваться различными приборами и комплектами для измерения температуры;.
- выбирать нужный тип градуировки датчика по температуре
и соответствующий тип и градуировку вторичного прибор.;
Общие сведения о температуре и температурных шкалах.
Классификация приборов для измерения температуры.
Термометры расширения, их свойства, принцип действия и область применения.
Манометрические термометры, их устройство и принцип действия.
Термоэлектрические термометры. Термоэлектрический метод измерения температуры.
Типы, градуировки, устройство стандартных термоэлектрических преобразователей, термоэлсктродные (компенсационные) провода.
Термостатирование холодного (свободного) спая и схемы включения измерительного прибора в цепь преобразователя термоэлектрического. Автоматическое введение поправки на изменение температуры холодного спая.
Вторичные приборы, применяемые с термоэлектрическими преобразователями, их типы и принцип действия.
Термопреобразоватсли сопротивления, их основные свойства и принцип действия.
Типы, градуировки и конструкции термопреобразователей сопротивления. Вторичные приборы, применяемые с термопреобразователями сопротивления, их типы и принцип действия.
Схемы подключения термопреобразователей сопротивления к вторичному прибору.
Измерение температуры тел по их излучению. Общие понятия и законы
теплового излучения нагретых тел.
Пирометры излучения, их типы, достоинства и недостатки.
Методические указания
Существует два определения температуры. Одно - с молекулярно-кинетической точки зрения, другое - с термодинамической. Температу́ра (от лат. temperatura — надлежащее смешение, нормальное состояние) — физическая величина, примерно характеризующая приходящуюся на одну степень свободы среднюю кинетическую энергию частиц макроскопической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия. Мерилом температуры является не само движение, а хаотичность этого движения. Хаотичность состояния тела определяет его температурное состояние, и эта идея (которая впервые была разработана Больцманом), что определенное температурное состояние тела вовсе не определяется энергией движения, но хаотичностью этого движения, и является тем новым
В Международной системе единиц (СИ) термодинамическая температура выражается в кельвинах, температура Цельсия — в градусах [1]. На практике часто применяют градусы Цельсия из-за привязки к важным характеристикам воды — температуре таяния льда (0° C) и температуре кипения (100° C). Это удобно, так как большинство климатических процессов, процессов в живой природе и т. д. связаны с этим диапазоном. Существуют также шкалы Фаренгейта и некоторые другие.
Для измерения температуры выбирается некоторый термодинамический параметр термометрического вещества. Изменение этого параметра однозначно связывается с изменением температуры. На практике для измерения температуры используют: жидкостные и механические термометры, термопару, термометр сопротивления, манометрический термометр, пирометр.
При измерении температуры различают 2 метода – контактный и бесконтактный. К приборам контактного метода относятся:
-термометры расширения, измеряющие температуру по тепловому расширению жидкостей (ртуть, керосин, спирт) (жидкостные термометры) или твердых тел (дилатометрические и биметаллические термометры);
-термометры манометрические, использующие зависимость между температурой и давлением газа (газовые термометры) или насыщенных паров жидкости (конденсационные термометры), а также между температурой и объемом жидкости (жидкостные термометры) в замкнутом пространстве термосистемы;
-термометры (преобразователи)термоэлектрические, действие которых основано на измерении термоэлектродвижущей силы (термо-э. д. с.), развиваемой термопарой (спаем) из двух разнородных проводников (ТХА, ТХК, ТПП и др);
- термометры (термопреобразователи) сопротивления, использующие зависимость электрического сопротивления вещества (медь, платина) от его температуры (ТСМ, ТСП и др.);
Также существуют термометры сопротивления и термометры термоэлектрические с унифицированным выходным (токовым) сигналом (ТСМУ, ТСПУ, ТХАУ, ТХКУ и др.). Для измерения разности температур в системах теплоснабжения используют комплекты термометров (КТСПР, КТПТР), специально подобранных по техническим параметрам (ΔR0, ΔW100).
К приборам бесконтактного метода относятся пирометры (пирометрические термометры): яркостные, измеряющие температуру по яркости накаленного тела в заданном узком диапазоне длин волн; радиационные, измеряющие температуру по тепловому действию суммарного излучения нагретого тела (во всем диапазоне длин волн); цветовые, принцип действия которых основан на измерении отношения энергий, излучаемых телом в разных спектральных диапазонах. По характеру получения информации различают пирометрические термометры для локального измерения температуры в данной точке объекта и для анализа температурных полей.
Вопросы для самоконтроля:
1. Какая физическая величина называется температурой?
2. Какие методы измерения температуры применяются при измерениях?
3. На чем основан принцип действия термометров расширении?
4. Какие типы термопар применяются в промышленности?
5. Чем отличается термопара от термометра сопротивления?
6. На чем основан принцип действия пирометров излучения?
Литература: [2], с.33…50
Тема 2.2. Измерение давления, разности давлений и разрежения
Студент должен:
знать:
- единицы измерения давления в системе СИ;
- классификацию приборов давления в зависимости от метода измерения;
- типы приборов с дистанционной передачей показаний;
- принцип действия и конструкцию приборов для измерения давления,
уметь:
- уметь производить перевод единиц измерения давления из одной системы в другую;
- производить выбор технических манометров на определенный предел измерения;
- пользоваться различными типами приборов для измерения давления, разности давлений и разрежения.
Виды давления. Единицы измерения давления. Классификация приборов для измерения давления.
Жидкостные приборы для измерения давления, их типы и принцип действия. Поправка к показаниям жидкостных приборов для измерения давления.
Деформационные манометры. Типы упругих чувствительных элементов деформационных манометров. Типы и принцип действия деформационных манометров.
Электрические приборы для измерения давления.
Пьезоэлектрические манометры. Манометры сопротивления. Манометры с тензопреобразователями, их типы и принцип действия. Грузопоршневые манометры.
Дифференциальные манометры.
Манометры с дистанционной передачей показаний: с дифференциально-трансформаторным, магнитомодуляционным преобразователями и тензопреоб-
разователем.
Вторичные приборы, работающие в комплекте с приборами давления с дистанционной передачей показаний. Типы приборов, особенности их конструкций.
Напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры, вакуумметры, моновакуумметры, их типы, устройство и принцип действия
Методические указания
Давление является одной из характеристик состояния жидких и газообразных тел. Давление представляет собой распределенную силу, действующую нормально к поверхности, которая омывается газом или жидкостью. В связи с этим единица давления должна представлять производную от единиц силы и площади. Измерение давления необходимо для управления технологическими процессами и обеспечения безопасности производства.
В зависимости от назначения приборы для измерения давления делятся на следующие основные группы: манометры — для измерения избыточного давления, мановакуумметры — для измерения вакуумметрического и избыточного давлений, вакуумметры — для измерения вакуумметрического давления (вакуума), барометры — для измерения атмосферного давления, ннапорометры - для измерения малых избыточных давлений, тягомеры - для измерения малых разряжений, тягонапоромеры - для измерения малых давлений или разряжений, дифференциальные манометры — для измерения разности давлений, барометры - для измерния атмосферного давления.
По принципу действия все приборы для измерения давления можно разделить на жидкостные (приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается весом столба жидкости, а изменение уровнен жидкости в сообщающихся сосудах служит мерой давления, называются жидкостными , к этой группе относятся чашечные и U-образные манометры, дифманометры и др), деформационные (измеряемое давление уравновешивается силами упругого элемента, деформация которой служит мерой давления, в качестве упругого элемента применяют трубчатую пружину, мембрану или сильфон) , грузопоршневые (измеряемое давление уравновешивается усилием, создаваемым калиброванными грузами, воздействующими на свободно передвигающийся в цилиндре поршень) и электрические (изменение тех или иных электрических свойств вещества под действием измеряемого давления.- тензометрические и пъезометрические приборы ).