Файл: 1. теоретическая часть курсовой работы классификация методов и средств измерения.docx

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

1.1. Классификация методов и средств измерения

Измерение – один из способов познания природы, который способствует внедрению в химическую и нефтеперерабатывающую промышленность новых научно-технических открытий и представляет собой единый процесс совместной работы чувствительных элементов и вторичных измерительных устройств.

Измерением называется процесс получения опытным путем числового соотношения между измеряемой величиной и некоторым ее значением, принятым за единицу сравнения.

Результат измерения можно представить следующим выражением:
R=Q/q,
Где:

Q –измеряемая физическая величина;

q – единица измерения;

R– результат измерения или численное значение измеряемой величины.

По системообразующим признакам измерения можно классифицировать по:

• 
  точности - равноточные и неравноточные;
  
• 
  числу измерений - однократные и многократные;
  
• 
  изменению измеряемой величины от времени - статические и динамические;
  
• 
  назначению - технические и метрологические;
  
• 
  выражению результата - абсолютные и относительные;
  
• 
  методам получения результата - прямые, косвенные, совместные, совокупные.
  

Средствами измерений называются технические приборы, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики - характеристики свойств средств измерений, оказывающие влияние на результаты и погрешности измерений.

Они включают: меры, измерительные приборы, измерительные установки, измерительно-вычислительные комплексы, измерительные преобразователи, измерительные устройства, измерительные принадлежности и средства сравнения.

Мера- средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера (например, гиря — это мера массы).

Измерительный прибор— это средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Измерительный прибор, показания которого являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины, называют аналоговым измерительным прибором.

---

Самопишущий измерительный прибор- регистрирующий прибор, в котором предусмотрена запись показаний в форме диаграммы. Регистрирующий прибор, в котором предусмотрено печатание показаний в цифровой форме называют печатающим.

Измерительный прибор прямого действия - прибор, в котором предусмотрено одно или несколько преобразований сигнала измерительной информации в одном направлении, без применения обратной связи, например, ртутно-стеклянный термометр.

Измерительный прибор называют интегрирующим измерительным прибором, если подводимая величина подвергается интегрированию по времени или другой независимой величине,

Измерительным преобразователемназывают средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки или хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.

1.2. Понятие о температуре и температурных шкалах

1.2.1. Международная температурная шкала

После нескольких лет подготовки и предварительных временных решений в 1933 году VIII Генеральная конференция мер и весов приняла решение о введении Международной температурной шкалы (МТШ). Это решение было в законодательном порядке утверждено большинством развитых стран мира. В СССР Международная температурная шкала (МТШ) была введена с 1 октября 1934 г. (Общесоюзный стандарт ОСТ ВКС 6954).международная температурная шкала является практическим осуществлением термодинамической стоградусной температурной шкалы, у которой температура плавления льда и температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении соответственно-обозначены через 0° и 100°.

Основные постоянные точки МТШ и присвоенные им числовые значения температур при нормальном атмосферном давлении приведены в таблице 1.1:

Таблица 1.1.

Числовые значения основных постоянных точек МТШ

Температура равновесия	Постоянные точки МТШ	Значение темпе-ратуры, оС
между жидким и газообразным кислородом	точка кипения кислорода	- 182,96°
между льдом и водой, насыщенной воздухом	точка плавления льда	0.000°
между жидкой водой и ее паром	точка кипения воды	100,000°
между жидкой серой и ее паром	точка кипения серы	414,60°
между твердым и жидким серебром	точка затвердевания серебра	961.93°
между твердым и жидким золотом	точка затвердевания золота	1064,43°

---

Для определения значения температуры какого-либо тела необходимо выбрать эталон температуры, то есть тело, которое при определённых условиях, равновесных и достаточно легко воспроизводимых, имело бы определённое значение температуры, которое называют репернойточкой соответствующей шкалы температур. Наиболее часто при получении шкалы температур используются свойства воды.

После введения Международной системы единиц (СИ) к применению рекомендованы две температурные шкалы.

Первая - термодинамическая шкала, которая не зависит от свойств используемого вещества (рабочего тела) и вводится посредством цикла Карно. Единицей измерения температуры в этой температурной шкале является один кельвин (1 К). Название дано в честь английского физика Уильяма Томсона (лорда Кельвина) (1824-1907), который разрабатывая эту шкалу сохранил величину единицы измерения температуры такой же, как и в температурной шкале Цельсия.

Вторая рекомендованная температурная шкала - международная практическая (см. табл.1.2).

Таблица 1.2.

Международная температурная шкала

Состояние равновесия	Присвоенное значение температуры
	междунар.	практич.
	Т, К	T,оС
Тройная точка водорода	13,81	-259,34
Равновесие между жидкой и газообразной фазами водорода при давлении 33330,6 Па (25/76 норм. атмосфе- ры)	17,042	-256,108
Точка кипения водорода	20,28	-252,87
Точка кипения неона	27,102	-246,-48
Тройная точка кислорода	54,361	-218,789
Точка кипения кислорода	90,188	-182,962
Тройная точка воды	273,16	0,01
Точка кипения воды	373,16	100
Точка затвердевания цинка	692,73	419,58
Точка затвердевания серебра	1235,08	961,93
Точка затвердевания золота	1337,58	1064,43

---

Эта шкала имеет 11 реперных точек - температуры фазовых переходов ряда чистых веществ, причём значения этих температурных точек постоянно уточняются. Единицей измерения температуры в международной практической шкале также является 1 К.

В настоящее время основной реперной точкой, как термодинамической шкалы, так и международной практической шкалы температур является тройная точка воды.

Эта точка соответствует строго определенным значениям температуры и давления, при которых вода может одновременно существовать в твердом, жидком и газообразном состояниях. Причем, если состояние термодинамической системы определяется только значениями температуры и давления, то тройная точка может быть только одна. В системе СИ температура тройной точки воды принята равной 273,16 К при давлении 609 Па.

По мере развития техники температурных измерений использовались различные температурные шкалы: МТШ-27, МПТШ- 68, МТШ-90 (цифры указывают год международного принятия шкалы).

Международная температурная шкала МПТШ-90 охватывает диапазон от 0,65 К до наивысшей температуры, доступной измерению для монохроматического излучения в соответствии с законом Планка. Она представлена рядом диапазонов, содержащих реперные точки, внутри которых используются определенные типы термометров.

1.2.2. Методы и средства измерения температуры

Температура - один из важнейших параметров технологических процессов. Она обладает некоторыми принципиальными особенностями, что обусловливает необходимость применения большого количества методов и технических средств для ее измерения.

Температурой называют величину, характеризующую тепловое состояние тела, которая может быть определена как параметр теплового состояния. Значение этого параметра обусловливается средней кинетической энергией поступательного движения молекул данного тела. При соприкосновении двух тел, например газообразных, переход тепла от одного тела к другому будет происходить до тех пор, пока значения средней кинетической энергии поступательного движения молекул этих тел не будут равны.

С изменением средней кинетической энергии движения молекул тела изменяется степень его нагретости, а вместе с тем изменяются также физические свойства тела.

Термометр— это прибор, применяемый для измерения температуры твердых, жидких и газообразных сред, использующих различные термометрические свойства.

---

Термометрическими признаками могут быть изменения:

• 
  объёма газа или жидкости,
  
• 
  электрического сопротивления тел,
  
• 
  разности электрического потенциала на границе раздела двух проводящих тел и т.д.
  

Соответствующие этим признакам приборы для измерения температуры (термометры) будут: газовый и ртутный термометры, термометры, использующие в качестве датчика термосопротивление или термопару.

По принципу действия все термометры делятся на следующие группы, которые используются для различных интервалов температур:

1. 
   Термометры расширения от - 260 до +700 °С, основанные на изменении объемов жидкостей или твердых тел при изменении температуры.
   
2. 
   Манометрические термометры от - 200 до +600 °С, измеряющие температуру по зависимости давления жидкости, пара или газа в замкнутом объеме от изменения температуры.
   
3. 
   Термометры электрического сопротивления стандартные от —270 до +750 °С, преобразующие изменение температуры в изменение электрического сопротивления проводников или полупроводников.
   
4. 
   Термоэлектрические термометры (или пирометры), стандартные от —50 до +1800 °С, в основе преобразования которых лежит зависимость значения электродвижущей силы от температуры спая разнородных проводников.
   
5. 
   Пирометры излучения от 500 до 100000 °С, основанные на измерении температуры по значению интенсивности лучистой энергии, испускаемой нагретым телом.
   
6. 
   Термометры, основанные на электрофизических явлениях от -272 до +1000 °С (термошумовые термоэлектрические преобразователи, объемные резонансные термопреобразователи, ядерные резонансные термопреобразователи).
   

Часть термометра, преобразующая тепловую энергию в другой вид энергии, называется чувствительным элементом.

Различают термометры контактные (рис.1.1) и бесконтактные. Чувствительный элемент контактного термометра входит в непосредственное соприкосновение с измеряемой средой.

---