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

а б в г

Рисунок 1.1. Контактные устройства для измерения температуры: а– комнатный термометр с наружной шкалой; б– лабораторный термометр с вложенной шкалой; в– газовый термометр; г– схема термопары.
Способу измерения температуры контактным методом присущи определенные недостатки:

• 
  температурное поле объекта искажается при введении в него термоприемника;
  
• 
  температура преобразователя всегда отличается от истинной температуры объекта;
  
• 
  верхний предел измерения температуры ограничен свойствами материалов, из которых изготовлены температурные датчики.
  

Кроме того, ряд задач измерения температуры в недоступных вращающихся с большой скоростью объектах не может быть решен контактным способом.

Бесконтактный способ основан на восприятии тепловой энергии, передаваемой через лучеиспускание и воспринимаемой на некотором расстоянии от исследуемого объема, что относится к достоинствам данного метода.

Однако этот способ менее чувствителен, чем контактный. Термометры, действие которых основано на измерении теплового излучения, называют пирометрами излучения (ПИ) или просто пирометрами.

Разработаны пирометры следующих типов:

• 
  пирометр суммарного (полного) излучения (ПСИ) - измеряется полная энергия излучения;
  
• 
  пирометр частичного излучения (ПЧИ) - измеряется энергия в ограниченном фильтром (или приемником) участке спектра;
  
• 
  пирометры спектрального отношения (ПСО) - измеряется отношение энергий фиксированных участков спектра.
  

Пирометры излучения градуируются по АЧТ (абсолютно черному телу), поэтому при их применении в реальных условиях получаются значения температур, в большинстве случаев отличающиеся от действительных и получившие название условных (Т_усл). Для перехода от условной температуры к действительной в показания пирометров вводятся соответствующие поправки.

В зависимости от типа пирометра различаются: радиационная, яркостная и цветовая температуры.

В зависимости от решаемых задач, вида материала линзы (интервала пропускаемых длин волн), чувствительности приемника излучения, реализуются конкретные конструкции приборов в виде стационарных или переносных ПИ, в состав которых входят те или иные структурные составляющие.

---

1.3. Измерение давления, разрежения и разности давлений

1.3.1. Общие сведения о давлении

Важнейшим параметром, влияющим на ход процессов в химической технологии, является давление: абсолютное, атмосферное, избыточное и вакуумметрическое.

Атмосферноедавление имеет переменную величину, так как создается массой воздушного столба земной атмосферы.

Избыточноедавление находят как разницу между абсолютным и атмосферным давлениями:
^pизб ^{= p}абс ^{– p}ат^,
где:

p_изб - избыточное давление;

p_абс - абсолютное давление;

p_ат – атмосферное давление.

Вакуумметрическоедавление (разрежение) – такое состояние газа, при котором его давление меньше атмосферного, и количественно определяется разностью между величиной атмосферного и абсолютного давлений внутри вакуумной системы:
^pвак ^{= p}ат ^{– p}абс^,
где:

p_вак - вакуумметрическое давление.

За единицу давления в системе СИ принято давление, которое создается силой в 1 ньютон, равномерно распределенной по поверхности в 1 м², и называется паскалем (Па). Для измерения средних и высоких давлений применяют кратные единицы: килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (мПа).

В движущихся средах различают: полное, статическое, динамическое давление.

Статическое– может быть избыточным и вакуумметрическим, в частном случае оно равно атмосферному и зависит от запаса потенциальной энергии газовой (жидкостной) среды.

Динамическоедавление обусловлено скоростью движения потока газа (жидкости) и определяется через скоростной (динамический) напор в соответствии с формулой:
_{w2 pд = ρ х 2}
где:

p_д - динамическое давление;

ρ – плотность движущегося вещества;

w- скорость движущегося потока.

Полное давление движущейся среды представлено суммой статического p_ст и динамического p_д давлений:
p_п = p_ст + p_д.
1.3.2. Единицы

---

давления

Из числа допускаемых к применению единиц давления предпочтительной является единица международной системы (СИ) паскаль (Па). Паскаль – это давление силы в один ньютон на площадь в один квадратный метр (Н/м²).

До введения единицы давления системы СИ в физической и технической литературе пользовались единицей давления системы СГС: дина на квадратный сантиметр (1 дин/см² = 0,1 Па) и внесистемной единицей давления бар (1 бар = 10⁵Па = 101970 кгс/м² = 1,0197 кгс/см².

Допускаются к применению единица давления системы МКГСС килограмм-сила на квадратный метр (кгс/м²) и внесистемные единицы : килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см²), которую называют технической атмосферой (ат), миллиметр водяного столба (мм вод. ст.) и миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.). При измерении давления жидкостным столбом последний должен быть отнесен для воды к 4^оС, ртути – к 0^оС и нормальному ускорению свободного падения, равному 9,80665 м/с². Применение последних единиц давления особенно удобно при пользовании жидкостными приборами.

Кроме рассмотренных выше единиц давления применяют физическую атмосферу, равную нормальному давлению атмосферного воздуха 760 мм рт. ст. при 0^оС и нормальном ускорении свободного падения (760 мм рт. ст. = 101,325 кПа = 1,0332 кгс/см²).

Соотношения между основными применяемыми единицами давления приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4.

Единицы измерения давления и соотношение между ними


1.3.3. Виды и принцип работы

---

манометров

Давление, характеризуя внутреннюю энергию среды (жидкость или газ), является одним из основных параметров состояния. Это широкое понятие, которое определяет нормально распределенную силу, действующую со стороны одного тела на единицу поверхности другого.

Наименования приборов для измерения различных типов давления представлены в таблице 1.5.

Манометры, вакуумметры и дифференциальные манометры, предназначенные для измерения небольшого давления, разрежения и разности давлений газовых сред (до 40 кПа), называют соответственно напоромерами, тягомерами и тягонапоромерами. Для высокоточных измерений малых давлений (не выше 4,0 кПа) применяют микроманометры.

Классификация приборов для измерения давления представлена рядом групп.

Таблица 1.5.

Наименования приборов для измерения давления

Наименование прибора	Область применения прибора
Барометры	для измерения атмосферного давления
Манометры	для измерения избыточного давления
Вакуумметры	для измерения вакуумметрического давления
Дифференциальные манометры (дифманометры)	для измерения разности (перепадов) давления
Мановакуумметры	для измерения избыточного и вакуумметрического давления
Манометры абсо- лютного давление	для измерения давления, отсчитываемого от абсолютного нуля

Группа первая – жидкостныеманометры (измеряемое давление уравновешивается давлением столба жидкости соответствующей высоты (рисунок 1.2).




а б в

Рисунок 1.2. Схемы жидкостных манометров: двухтрубного (а); однотрубного (б); микроманометра с наклонной трубкой (в) 1,2 – вертикальные сообщающиеся стеклянные трубки; 3 – шкала; 4 – шкальная пластинка.

---

В этих приборах используется принцип сообщающихся сосудов, в которых уровни рабочей жидкости совпадают при равенстве давлений над ними. В качестве рабочей жидкости возможно использование ртути, спирта, трансформаторного масла и воды. При неравенстве уровней жидкость занимает такое положение, при котором избыточное давление в одном из сосудов уравновешивается гидростатическим давлением избыточного столба жидкости в другом.

Большинство жидкостных манометров имеют видимый уровень рабочей жидкости, по положению которого определяется значение измеряемого давления. Эти приборы используются в лабораторной практике и в некоторых отраслях промышленности.

Для измерения атмосферного давления применяются барометры, наиболее распространенными из которых являются чашечные барометры с ртутным заполнением, отградуированные в мм рт. ст. (рисунок 1.3).Принцип действия компрессионных манометров или манометров Мак-Леода(рисунок 1.4) основан на использовании закона Бойля-Мариотта, согласно кото- рому для фиксированной массы газа произведение объема на давление при неизменной температуре представляет постоянную величину.



Рисунок 1.3. Схема чашечного ртутного барометра: 1 – нониус; 2 – термометр.


Рисунок 1.4. Схема компрессионного манометра: 1 – резервуар; 2,5 - трубки; 3 – измерительный баллон; 4 – глухой измерительный капилляр; 6 – капилляр сравнения; 7- трехходовой кран; 8 – устье баллона.
Нижний предел измерения компрессионных манометров составляет 10^-3 Па (10^-5 мм рт. ст.), погрешность не превышает ±1 %. У приборов пять диапазонов измерения и они охватывают давления до 10³ Па.

Достоинствами рассмотренных жидкостных манометров и дифманометров являются их простота и надежность при высокой точности измерений.

Группа вторая – деформационные приборы(измеряемое давление определяется по величине деформации различных чувствительных упругих элементов или по развиваемой ими силе).

Деформационные манометры в зависимости от конструкции чувствительного элемента (рис. 1.5) делятся на трубчатые, мембранныеи сильфонные.

---