1. Международная система единиц физических величин
 Скачать 5.97 Mb.
|
|
1.Международная система единиц физических величин Для развития международного научно–технического сотрудничества специальной Международной комиссией была разработана и получила одобрение Международная система единиц, сокращенно обозначаемая СИ (система интернациональная), единая для применения во всех странах мира. Основные единицы системы СИ: метр (м) килограмм (кг) секунда (с) ампер (А) кельвин (К) кандела (кд) моль (моль) радиан (рад) стерадиан (ср) Если при измерениях и расчетах основные или производные единицы оказываются чрезмерно малы или велики, то пользуются кратными или дольными единицами, образуемыми путем умножения или деления единиц на степени числа 10. Названия таких единиц получаются прибавлением к наименованиям основных или производных единиц приставок. 2.Методы измерения Измерения физических величин делятся на промышленные (технические) и лабораторные. Промышленные измерения имеют сравнительно невысокую точность, достаточную для практических целей, и производятся приборами, устройство которых отвечает их назначению и условиям работы. Лабораторные измерения отличаются высокой точностью благодаря применению более совершенных методов и приборов в учету возможных погрешностей. Этот вид измерений производится при выполнении научно–исследовательских наладочных и поверочных работ. Для определения значений измеряемой величины служат прямые и косвенные измерения. Прямые измерения, заключаются в непосредственном сравнении измеряемой величины с единицей измерения при помощи меры или измерительного прибора со шкалой, выраженной в этих единицах. Косвенные измерения предусматривают определение искомой величины Q не непосредственно, а путем прямого измерения одной или нескольких других величин: А, В, С,..., с которыми она связана функциональной зависимостью. 3. Классификация измерительных приборов Основная классификация предусматривает деление приборов по ряду измеряемых величин: -температуры— термометры и пирометры; -давление— манометры, вакууометры и др.; -расход и количество— расходомеры и др.; -уровня жидкости и сыпучих тел— уровнемеры и указатели уровня; -состав дымовых газов— газоанализаторы; -количество воды и пара— кондуктометры и кислородометры. Дополнительная классификация подразумевает приборы: -по названию— промышленные, лабораторные, образцовые и эталонные; -по характеру показаний— показывающие и регулирующие; -по форме предоставления показаний— аналоговые и цифровые; -по принципу действия— механические, электрические и др.; -по местоположению— местные и с дистанционной передачей показаний; -по габаритам— полногаборитные, малогаборитные и миниатюрные. 4. Погрешности измерений Измерение физических величин не может быть произведено абсолютно точно вследствие несовершенства методов и средств измерений, а также из–за влияния условий измерений, индивидуальных особенностей наблюдателя и ряда случайных причин. Возникающие при этом отклонения результатов измерений от истинных значений измеряемой величины называются погрешностями измерений. При каждом измерении должна быть известна степень точности его результата, оцениваемая погрешностью измерения. Только тогда полученное значение той или иной величины имеет практический смысл. Погрешность изменения может быть выражена в виде абсолютной или относительной величины и бывает положительной или отрицательной. Абсолютная погрешность , выражаемая в единицах измерений, представляет собой разность между измеренным значением (показанием прибора) x и действительным значением измеряемой величины Хд, под действительным значением понимают значение измеряемой величины найденное экспериментально, например с помощью образцового прибора. X , а относительная погрешность(у) указываемая в процентах, есть отношение абсолютной погрешности к действительному значению. Обычно для определения действительного значения к показанию прибора вводится поправка С, которая равна абсолютной погрешности с обратным знаком. Систематическими погрешностями называются такие погрешности, которые при повторных измерениях одной и той же величины остаются постоянными или изменяются по определенному закону. Грубые погрешности связаны с факторами, заведомо и существенно искажающими результат измерения, например внезапным снижением напряжения электрического питания прибора. Случайные погрешности являются заведомо неопределенными по своей величине и природе. 5. Допускаемые погрешности. Класс точности приборов Допускаемая основная погрешность характеризует наибольшее возможное отклонение показаний прибора от действительного значения в обе стороны, в связи с чем перед ней ставятся знаки . Если при поверке прибора основная погрешность в любой точке шкалы не превышает допускаемой, то прибор признается годным к применению. В противном случае он должен быть подвергнут ремонту или переградуировке. Приведенная допускаемая основная погрешность , δ прибора определяется как отношение абсолютной допускаемой основной погрешности ∆' к диапазону показаний и выражается в процентах согласно равенству  Для измерительных приборов различного назначения приведенные допускаемые основные погрешности в среднем равны: Промышленные приборы – (±0,6-2,5) % и более Лабораторные, образцовые и эталонные приборы – ±0,6% и менее По приведенной допускаемой основной погрешности приборы разделяются на различные классы точности, условное обозначение которых соответствует размеру этой погрешности. Так, например, приборы, допускаемые основные погрешности которых равны ±0,6 и ±l,5%, относятся соответственно к классам точности 0,6 и 1,5. Согласно государственному стандарту измерительные приборы могут иметь следующие классы точности: 0,01; 0,015; 0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0,06; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,4; 0,5;0,6; 1; 1,5; 2,5 и 4. Обычно класс точности указывается на циферблате прибора в кружочке. 6. Методы измерения температуры. Общие сведения о температурных шкалах и единицах измерения температуры. Температурой называют физическую величину, характеризующую степень нагретости тела. Она является не экстенсивной (параметрической), а интенсивной (активной) величиной. Поэтому не представляется возможным создание эталона температуры, подобно тому, как созданы эталоны экстенсивных величин (длина, масса и др.). Измерить температуру можно только косвенным путем, основываясь на зависимости от температуры таких физических термометрических свойств тел, которые поддаются непосредственному измерению (длина, объем, плотность и т. д.). Средство измерения температуры называют термометром. Для создания термометра необходимо иметь температурную шкалу, т. е. конкретную функциональную числовую связь температуры со значениями измеряемого термометрического свойства. В 1848 г. Кельвином была создана термодинамическая шкала, не зависящая от термометрических свойств веществ. Термодинамическая шкала температур основана на использовании второго закона термодинамики и называется абсолютной шкалой температур. Чтобы абсолютная температура имела определенное значение, было предложено принять разность термодинамических температур между точками кипения воды Тк.в. и таяния льда Тт.л. равной 100°. Таким образом, один градус термодинамической температуры равен 1/100 части работы, совершаемой в цикле Карно между температурой кипения воды и таяния льда (при условии, что в обоих циклах количество теплоты, отдаваемой холодильнику, одинаково). Температура таяния льда по абсолютной термодинамической шкале составляет  К. Любая температура в шкале Кельвина определяется как  (где t – температура в °С).7. Термометры расширения. Манометрические термометры. Термометры расширения основаны на свойстве тел изменять под действием температуры свой объем. Жидкостные термометры являются местными показывающими приборами, точность показаний которых во многом зависит от способа установки. Неправильная установка термометра приводит к большой потере тепла в окружающую среду и может вызвать занижение показаний на 10–15 %. Цена деления шкалы технических термометров расширения находится в пределах от 0,5 до 10°С. Для лабораторных термометров цена деления шкалы находится в пределах от 0,1 до 2°С (повышенной точности – от 0,01 до 0,1 °С). Допускаемая погрешность технических термометров не должна превышать цены деления шкалы. К дилатометрическим термометрам относятся стержневой и пластинчатый (биметаллический), действие которых основано на относительном удлинении под влиянием температуры двух твердых тел, имеющих различные температурные коэффициенты линейного расширения. Получили применение в качестве чувствительных элементов в сигнализаторах температуры и для компенсации влияния температуры окружающего воздуха на показания приборов. Принцип работы манометрических термометров основан на изменении давления газа, жидкости или насыщенного пара в замкнутом объеме в зависимости от температуры. Предназначен для измерения температуры до 600 градусов. Манометрические термометры состоят из термобаллона 1, деформационного элемента 3 и капиллярной трубки 2, соединяющей последний с термобаллоном (рис. 2.1, а, б). Чувствительный элемент термометра (термобаллон) погружается в объект измерения и термометрическое вещество в баллоне достигает температуры измеряемой среды. При изменении температуры рабочего вещества в термобаллоне изменяется давление, которое через капиллярную трубку передается на пружинный манометр  Класс точности—1-2,5. 8. Электрические термометры сопротивления. Их стандартные НСХ, основные характеристики. Измерение температуры термометрами сопротивления основано на свойстве металлов и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление при изменении температуры. К металлическим термометрам сопротивления предъявляется ряд требований, основными из которых являются стабильность градуировочной характеристики, а также ее воспроизводимость, обеспечивающая взаимозаменяемость изготовляемых термометров. К числу не основных, но желательных требований относятся: линейность функции, по возможности высокое значение температурного коэффициента электрического сопротивления, большое удельное сопротивление и невысокая стоимость материала. Платина является наилучшим материалом для термометров сопротивления, так как легко получается в чистом виде, обладает хорошей воспроизводимостью, химически инертна в окислительной среде при высоких температурах, имеет достаточно большой температурный коэффициент сопротивления , высокое удельное сопротивление. Платиновые термометры сопротивления используются для измерения температуры от –260 до +1100°С. Медь – один из недорогих металлов, легко получаемых в чистом виде. Медные термометры сопротивления предназначены для измерения температуры в диапазоне от –50 до +200 °С. При более высоких температурах медь активно окисляется.  Тонкая проволока или лента 1 из платаны или меди наматывается на каркас 2 из керамики, слюды, кварца, стекла или пластмассы. Бифилярная намотка необходима для исключения индуктивного сопротивления. После намотки проволоки каркас покрывают слюдой. Длина намотки с платиновой проволокой 50–100 мм, а с медной – 40 мм. Каркас для защиты от повреждений помещают в тонкостенную алюминиевую гильзу 3, а для улучшения теплопередачи от измеряемой среды к намотанной части каркаса между последней и защитной гильзой 3 устанавливают упругие металлические пластины 4 или массивный металлический вкладыш. Гильзу 3 с ее содержимым помещают во внешний, обычно стальной, замкнутый чехол 5, который устанавливается на объекте измерения с помощью штуцера 6. На внешней стороне чехла располагается соединительная головка 8, в которой находится изоляционная колодка 7 с винтами для крепления выводных проводов, идущих от каркаса через изоляционные бусы. В качестве вторичных приборов, работающих с термометрами сопротивления, применяют уравновешенные и неуравновешенные измерительные мосты и магнитоэлектрические логометры. 9. Термоэлектрические термометры. Основные свойства термоэлектрической цепи. Принцип действия основан на возникновении термо–ЭДС в двух разнородных проводниках при различных температурах мест их соединения. Термоэлектрические термометры имеют широкий диапазон измерения: от–200 до 2200 °С (кратковременно до 2500 °С), могут измерять температуру в точке объекта или измеряемой среды, отличаются достаточно высокой точностью и стабильностью характеристик преобразования, но несколько уступают по этим показателям термометрам сопротивления. К числу недостатков можно отнести необходимость стабилизации или автоматического введения поправки на температуру свободных концов и необходимость применения специальных термоэлектродных проводов для подключения термометров к вторичным приборам. Выпускаются термоэлектрические термометры различных исполнений: погружаемые и поверхностные; переносные; разового применения, многократного применения; обыкновенные, водозащитные, взрывобезопасные и др.  10. Стандартные термопары, термоэлектродные удлиняющие провода. Методы измерения термо-ЭДС. Действие основано на свойстве металлов и сплавов создавать термоэлектродвижущую силу(термо-ЭДС) зависящую от температуры места соединения(спая) концов двух разнородных проводников, образующих чувствительный элемент термометра — термопару.  Тепловизор – это средство измерений температуры по тепловому излучению объекта, предназначенное для определения значения температуры и преобразования ее в визуальную картину (термограмму) распределения тепловых полей по поверхности объекта в реальном времени. Тепловое излучение от исследуемого объекта через оптическую систему тепловизора передается на приемник, представляющий собой неохлаждаемую матрицу ячеек (термоэлектрических детекторов), которая преобразует тепловое излучение в видеосигнал. Видеосигнал оцифровывается и отображается на жидкокристаллическом индикаторе (ЖКИ) тепловизора. Тепловизор позволяет получить обобщенную информацию – тепловую картину некоторой области и конкретное значение температуры интересующего объекта, размер которого равен или больше поля зрения одной из ячеек матрицы тепловизора. Милливольтметр является прибором магнитоэлектрической системы. Принцип его действия основан на использовании сил взаимодействия между постоянным током, протекающим по проводнику (обмотке подвижной рамки) с магнитным полем находящегося в приборе постоянного неподвижного магнита. 11. Пирометры излучения. Пирометрами называют устройства для бесконтактного измерения температуры выше 3000°С, использующие тепловое электромагнитное излучение нагретых тел. Теоретически верхний предел измерения температуры пирометрами излучения не ограничен. Классификация по основной используемой методике работы: -инфракрасные; -оптические: + яркостные + цветовые По способу прицеливания: оптические, с лазерным указателем По коэффициенту излучения: переменный, фиксированный. По способу транспортировки: переносные, стационарные. Исходя из температурного диапазона: низкотемпературные(-35…-30), высокотемпературные(от +400 и выше).  12. Единицы и методы измерения давления и разрежения. Приборы, измеряющие давление и разрежение, подразделяются на следующие основные группы: - манометры, измеряющие избыточное давление (газа, пара, жидкости) более атмосферного; - вакуумметры, измеряющие давление менее атмосферного; мановакуумметры, измеряющие давление менее атмосферного и избыточное; - тягомеры, напоромеры и тягонапоромеры, измеряющие небольшие разрежения и давления; - дифференциальные манометры, измеряющие перепад или разность давлений. Пo назначению приборы измерения давления и разрежения подразделяют на рабочие, контрольные и образцовые. По виду чувствительного элемента их можно разделить на: - жидкостные, в которых измеряемое давление или разрежение уравновешивается высотой столба жидкости; - приборы с упругими чувствительными элементами: а) мембранные, в которых измеряемое давление или разрежение уравновешивается силой упругой деформации мембраны; б) пружинные и сильфонные, в которых измеряемое давление или разрежение уравновешивается упругой деформацией пружины или сильфона; В соответствии с международной системой СИ за единицу измерения давления принят паскаль – Па, который равен давлению, создаваемому силой в один ньютон (Н), на площадь 1  .13. Манометры с упругими чувствительными элементами. Основные сведения об установке манометров. Поверка технических манометров. Для измерения давления, разрежения и разности давлении в промышленных условиях большое распространение получили приборы, основанные на использовании деформации или изгибающего момента упругих чувствительных элементов. Они охватывают диапазоны измерений от 0–160Па до 0–1000МПа, отличаются простотой и надежностью конструкций, наглядностью показаний, небольшими размерами. В качестве чувствительных элементов используются мембраны (плоские, гофрированные, неметаллические), мембранные коробки, сильфоны, трубчатые пружины. |