Файл: Реферат по дисциплине Физические основы измерений.docx

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Конструирование и производство приборов»

Группа 31302320

РЕФЕРАТ

По дисциплине «Физические основы измерений»

Тема: «Гидростатические преобразователи давления. Выбор рабочих жидкостей гидростатических преобразователей»

Исполнитель: Потоцкая Н.М.

Руководитель: Степаненко Д.А.

Минск 2023

Оглавление

Введение

Датчики — устройства, содержащие чувствительные части, реагирующие на определенные факторы с целью управления, контроля, мониторинга работы электроустановок, электроники, силовых систем, двигателей, бытовых и иных приборов. Изделия регистрируют изменения среды и, посылая команду исполнительным частям, обеспечивают автоматизацию, автономность оснащения или передают данные на устройства слежения. С помощью датчиков обеспечивается также и безопасность, оборудования или окружающей среды (например, пожарные сенсоры). Для каждого типа оборудования характерный определенный вид детекторов с нужными функциями, стойкостью, сенситивностью — рассмотрим их. А также опишем устройство, принцип работы, внешний вид сенсоров. Под датчиком, сенсором, детектором подразумевают прибор, узел обособленного типа (интегрированный или в большей мере отдельный, но различимый), имеющий в своем составе один или больше первичных преобразователей измерительных типов. Назначение — выработка данных замеров в виде, подходящем для передачи, исследования, оценки, обработки, дальнейшей трансформации, хранения. Такая пересылка не поддается непосредственному восприятию наблюдателями. Пример простейшего устройства – микрофон, это звуковой детектор (громкость воспринимается, но ее силу в дБ человеку сложно оценить)

Детекторы могу иметь промежуточные узлы — вспомогательные или прямо необходимые для работы измерительные преобразователи, а также меру. Устройство может быть вынесено на любые расстояния от обслуживающей системы, объекта, приемника. Длина определяется возможностью инструментов и методов связи (кабели, радиосигнал).

---

1. Измерительный прибор. Преобразователь

Измерительный прибор- средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Выработка измерительной информации может основываться на использовании различных физических принципов. Например, для измерения длины применяют механические, оптические, пневматические и электрические измерительные приборы.

Физический принцип, положенный в основу построения измерительного прибора, называют принципом действия прибора, который часто отражается в названии прибора, например, электродинамический ваттметр, термоэлектрический термометр.

Принципиально измерительный прибор состоит из ряда измерительных преобразователей, каналов связи, согласующих элементов, измерительного механизма, которые в совокупности образуют измерительную цепь прибора. Измерительная цепь осуществляет все преобразования сигнала измерительной информации.

Измерительная цепь начинается чувствительным элементом, являющимся составной частью первичного преобразователя. На элемент непосредственно воздействует измеряемая величина. Оканчивается цепь отсчетным устройством, с помощью которого наблюдатель определяет значение измеряемой величины, выраженное в принятых единицах измерения. Это значение называют показанием средства измерения, которое образуется от отсчета (отвлеченного числа), снятого при измерении с отсчетного устройства прибора. Переход от отсчета к показанию осуществляется умножением отсчета на цену деления шкалы, под которой понимается разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.

Измерительные приборы можно классифицировать по различным признакам: структуре преобразования; виду выходной информации; способу ее выдачи; роду измеряемой величины; условиям применения и т.д.

Измерительные приборы по своей структуре представляют собой определенное сочетание измерительных преобразователей и устройства сравнения. Для условного изображения структуры прибора используется функциональная схема

Согласно ГОСТ 16263 - 70 измерительный преобразователь - это средство измерений, предназначенное для выработки сигнала из­мерительной информации в форме, удобной для передачи, дальней­шего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддаю­щейся непосредственному восприятию наблюдателем. Принцип их действия основан на различных физических явлениях. Измерительные преобразователи преобразуют любые физические величины

---

х (электрические, неэлектрические, магнитные) в выходной электрический сигнал Y = f(х).

Измерительные преобразователи являются составными частями измерительных приборов, установок и систем. Измерительные преобразователи можно классифицировать по характеру входной и выходной величин, месту в измерительной цепи, физическим явлениям, положенным в их принцип действия, и другим признакам. Физические величины могут быть непрерывными по значению и квантованными (они представляются обычно кодовыми сигналами). Если входная и выходная величины измерительного преобразователя – непрерывные величины, такой преобразователь называют – аналоговым. Измерительный преобразователи одного кодового сигнала в другой получили название кодовых. Преобразователи аналог-код превращают непрерывную величину в кодовый сигнал, а преобразователи код-аналог - кодовый сигнал в сигнал, непрерывный по значению (например, преобразователь двоичного числа в постоянное напряжение). Классификация измерительных преобразователей по выходному сигналу представлена на рисунке 1.1



Рис 1.1 – Классификация измерительных преобразователей

Классификация измерительных преобразователей по принципу действия представлена на рисунке 1.2



Рисунок 1.2 – Классификация измерительных преобразователей по принципу действия

Первичный преобразователь —это преобразователь, к которому подведена измеряемая величина. Для первичных преобразователей характерно то, что на них воздействует непосредственно измеряемая величина. Физическая величина, в которую преобразует измеряемую величину первичный преобразователь, может быть подведена к измерительному механизму, может быть подана на другой преобразователь или использована, например, для целей телеизмерений.

Примером первичного преобразователя может служить термопара в цепи термоэлектрического термометра.

Конструктивно обособленный первичный измерительный преобразователь, от которого поступают сигналы измерительной информации, называется датчиком.

Датчик может быть вынесен на значительное расстояние от средства измерений, принимающего его сигналы. Например, датчики запущенного метеорологического радиозонда передают измерительную информацию о температуре, давлении, влажности и других параметрах атмосферы; тензопреобразователь, наклеенный на упругий элемент и воспринимающий его деформацию, также является датчиком . Передающий преобразователь - измерительный преобразователь, служащий для дистанционной передачи измерительной информации. Для этих преобразователей характерно назначение величины, образуемой на его «выходе». Очевидно, что преобразователь может одновременно выполнять функции первичного и передающего. Промежуточный преобразователь —преобразователь, занимающий в измерительной цепи место после первичного.

---

Выходной преобразователь– преобразователь, стоящий последним в измерительной цепи. Он снабжается отсчетным или регистрирующим устройством, фиксирующим значение измеряемой величины.

Полезно также все измерительные преобразователи разделить на две группы: генераторные (энергетические) и параметрические. Первые характеризуются тем, что для осуществления преобразования не требуется постороннего источника энергии. Измерительный преобразователь её вырабатывает сам за счет воздействия преобразуемой величины. Параметрические же преобразователи должны быть возбуждены от постороннего источника энергии. Например, преобразователь в виде термопары для измерения температуры сам вырабатывает электрическую энергию, а термометр сопротивления (нагреваемая проволока) может осуществлять преобразование температуры в сопротивление только будучи нагретым источником электрического тока.

Измерительные преобразователи могут быть встроены в корпус прибора и вместе с другими его устройствами образовать единую конструкцию. В этом случае метрологические характеристики нормируются для измерительного прибора в целом. В тех случаях, когда измерительные преобразователи (один или несколько) являются конструктивно обособленными элементами, метрологические характеристики нормируются на эти элементы. Это очень важно при построении измерительных средств на базе блочно-модульного принципа, при построении измерительных установок и систем, которые могут включать десятки различных измерительных преобразователей.

2. 
   Способы измерения гидростатического давления
   

2.1 Гидростатическое давленние

Гидростатическое давление — давление столба жидкости над условным уровнем.

Благодаря полной удобоподвижности своих частиц капельные и газообразные жидкости, находясь в покое, передают давление одинаково во все стороны; давление это действует на всякую часть плоскости, ограничивающей жидкость, с силой Р, пропорциональной величине w этой поверхности, и направленной по нормали к ней. Отношение P/w, то есть давление р на поверхность, равную единице, называется гидростатическим давлением.

---

В 1653 году французским ученым Б. Паскалем был открыт закон, который принято называть основным законом гидростатики.

Формулировка закона: «Давление на поверхность жидкости, произведенное внешними силами, передается в жидкости одинаково во всех направлениях».

Закон Паскаля легко понимается если взглянуть на молекулярное строение вещества. В жидкостях и газах молекулы обладают относительной свободой, они способны перемещаться друг относительно друга, в отличии от твердых тел. В твердых телах молекулы собраны в кристаллические решетки.

Относительная свобода, которой обладают молекулы жидкостей и газов, позволяет передавать давление производимое на жидкость или газ не только в направлении действия силы, но и во всех других направлениях.

Закон Паскаля для гидростатики нашел широкое распространение в промышленности. На этом законе основана работа гидроавтоматики, управляющей станками с ЧПУ, автомобилями и самолетами и многих других гидравлических машин. Визуальное представление гидростатического давления представлена на рисунке 2.1



2.1.1 - Визуальное представление гидростатического давления

Выделим в жидкости, находящейся в равновесии, некоторый объем, затем рассечем его произвольной плоскостью АВ на две части и мысленно отбросим одну из этих частей, например верхнюю. При этом мы должны приложить к плоскости АВ силы, действие которых будет эквивалентно действию отброшенной верхней части объема на оставшуюся нижнюю его часть.

Рассмотрим в плоскости сечения АВ замкнутый контур площадью ΔF, включающий в себя некоторую произвольную точку a. Пусть на эту площадь воздействует сила ΔP.



Рисунок 2.1.2 – Рассматриваемое сечение

Тогда гидростатическое давление формула которого выглядит как:

Рср = ΔP / ΔF

представляет собой силу, действующую на единицу площади, будет называться средним гидростатическим давлением или средним напряжением гидростатического давления по площади ΔF.

Истинное давление в разных точках этой площади может быть разным: в одних точках оно может быть больше, в других – меньше среднего гидростатического давления. Очевидно, что в общем случае среднее давление Рср будет тем меньше отличаться от истинного давления в точке а, чем меньше будет площадь ΔF, и в пределе среднее давление совпадет с истинным давлением в точке а.

---