Экзамен. выучить. Yax основное уравнение измерения y
 Скачать 30.14 Kb.
|
|
Основные понятия об измерении y=ax – основное уравнение измерения. y – измеряемая величина; a – числовое значение измеряемой величины; x – единица измерения. Измерение – процесс получения опытным путем соотношения между измеряемой величиной и единицей измерения: прямые и косвенные. Принцип измерения – совокупность физ.явлений, на которых основаны измерения. Метод измерения – совокупность приемов использования принципов и средств измерения. Средства измерения – технические средства, имеющие нормированные метрологические характеристики: меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи. Мера – средство измерения, которое предназначено для воспроизведения физической величины заданного размера (гиря). Измерительный прибор – средство измерения, которое предназначено для выработки сигнала измерительной информации в удобной для непосредственного восприятия форме. Измерительный преобразователь – средство измерения, которое предназначено для выработки сигнала измерительной информации в удобной для последующей передачи этой информации форме. Метрологические характеристики Точность измерения – качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины Погрешность – отклонение результатов измерения от истинного значения измеряемой величины Причины погрешности: 1. Несовершенство средств измерения 2. Непостоянство условий измерения 3. Субъективные ошибки наблюдателя Абсолютная погрешность – разность между показанием прибора yп и действительным значением измеряемой величины y: Δy= yп – y Относительная погрешность – отношение абсолютной погрешности измерительного прибора к действительному значению физической величины: ε= Δy/y Приведенная погрешность – отношение абсолютной погрешности измерительного прибора к нормирующему значению (разность между верхним и нижним пределами шкалы) δ= Δy/yн Основная погрешность – погрешность при нормальных условиях (20 0С, 1 атм) Дополнительная погрешность – погрешность при изменении условий эксплуатации Класс точности – обобщенная характеристика средства измерения, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительной погрешностей, а также другими влияющими на точность свойствами средств измерения, значение которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерения. Он равен приведенной погрешности. Чувствительность – отношение изменения сигнала на выходе Δy к вызывающему его изменению измеряемой величины Δx на входе в прибор: S= Δy/Δx = dy/dx– производная Порог чувствительности – наименьшее изменение измеряемой величины, способное вызвать перемещение указателя. Вариация – отношение разницы между прямым и обратным ходами к нормирующему значению: V=(yпр-yобр)/yн Случайная погрешность – погрешность измерения, изменяющаяся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Определяется по теории вероятностей. Систематическая погрешность – погрешность измерения, остающаяся постоянной (аддитивная составляющая) или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же величины (мультипликативная составляющая). Исключается поправкой. Грубая погрешность – погрешность измерения, существенно превышающая ожидаемую при данных условиях. Измерение температуры Температура – физическая величина, характеризующая степень нагретости тела. Определяется средней кинетической энергией теплового движения молекул. Жидкостные термометры (-200 – 650 0С) Принцип действия: использование различных коэффициентов теплового расширения термометрической жидкости и материала оболочки термометра Конструкция: капилляр, термометрическое вещество, баллон Достоинства: низкая стоимость, стабильность характеристик, высокая точность измерения Недостатки: хрупкость, невозможна дистанционная передача информации Манометрические термометры (-150 – 600 0С) Принцип действия: изменение давления вещества в замкнутом объеме в зависимости t0 Конструкция: термобаллон (внутрь среды), металлический капилляр, деформационный элемент В зависимости от рабочего в-ва в термобаллоне делятся на: газовые, конденсационные и жидкостные Достоинства: простота конструкции, низкая стоимость Недостатки: невысокая точность измерения, ограниченная передача сигнала (до 50 м) Термометры сопротивления (термопреобразователи) (-200 – 1100 0С) Принцип действия: зависимость сопротивления от температуры Конструкция: термопреобразователь (медь, платина, полупроводники), соединительные линии, источник питания, вторичный прибор (уравновешанный и неуравновешанный мосты, цифровые омметры, потенциометр, логометр) Платиновые термопреобразователи: Rt=R0(1+At+Bt2) при t≥0 0С. 3 класса точности: А, В, С Градуировка (в зависимости от R0): 1П, 5П, 10П, 50П, 100П, 500П Медные термопреобразователи: Rt=R0(1+αt) α=4,28∙10-30С-1. 2 класса точности: В, С Градуировка (в зависимости от R0): 10М, 50М, 100М Полупроводниковые термопреобразователи: Rt=R0eb(1/T - 1/T0) Особенность: не отвечают требованию воспроизводимости (индивидуальная градуировка) Достоинства: компактность, диапазон измерений, возможность передачи сигнала на расстояние, высокая точность Недостатки: наличие источника питания Термоэлектрические термометры (-200 – 2000 0С) Принцип действия: возникновение термоЭДС в спае разнородных металлов при их нагрева Конструкция: термопара, специальные соединительные линии, вторичный прибор (магнитоэлектрический милливольтметр, неуравновешанный мост, аналоговые автоматические самопишущие потенциометры) Достоинства: достаточно высокая точность и стабильность характеристик преобразователя, но несколько уступает по этим показателям термометрам сопротивления Недостатки: необходимость стабилизации или автоматического введения поправки на t0 свободных концов, необходимость применения специальных термоэлектродных проводов для подключения термометров к вторичным приборам. Пирометры (до 10000 0С) Принцип действия: измерение температуры тел по их тепловому излучению Методы измерения: 1. Квазимонохромотический (яркостный) метод: зависимость спектральной энергетической яркости от t0 (высокая чувствительность, Т всегда меньше Тд) 2. Метод полного излучения (радиационный): зависимость энергетической яркости от t0 (меньше чувствительность, чем у яркостного, но осуществляется проще, ненадеженый) 3. Метод спектрального отношения (цветовой): перераспределения спектральных энергетических яркостей внутри данного участка спектра (при высоких температурах не обладает высокой чувствительностью, самый точный, сравниваются 2 спектральные энергетические яркости на 2 длинах волн в пределах видимого спектра красный – зеленый/синий) Измерение давления Жидкостные приборы: U-образные и чашечные. Принцип действия: зависимость уровня жидкости от давления Деформационные манометры – приборы давления с упругими чувствительными элементами (мембраны, мембранные коробки, сильфоны, трубчатые пружины) Принцип действия: зависимость перемещения определенной точки от давления Мембраны: плоские, выпуклые, гофрированные Сильфоны– трубка с поперечной гофрировкой Трубчатая пружина– чувствительный элемент в форме согнутой по кругу на 2700 трубки не круглого сечения Грузопоршневые манометры (образцовый прибор) Принцип действия: уравновешивание давления измеряемой среды на свободно перемещающийся поршень силой, создаваемой колиброванным грузом Недостатки: трение поршня в цилиндре, что приводит к снижению чувствительности Тензометрические (тензорезистивные) манометры Принцип действия: тензорезистивный эффект: изменение электрического сопротивления упругого тела при его деформации Достоинства: простота устройства, высокая точность, надежность и быстродействие, незначительные габариты и масса, большая виброустойчивость. Емкостные приборы давления Сенсор: 2 разделительные мембраны, через которые и через специальную жидкость давление передается сенсорной мембране Измерение уровня жидкости Волноводный уровнемер Принцип действия: технология рефлектометрии: микроволновые радиоимпульсы малой мощности направляются вниз по зонду, который погружается в воду; когда радиоимпульс достигает раздела сред происходит отражение микроволнового сигнала в обратном направлении. Достоинства: радиоимпульсы почти не восприимчивы к составу среды, t0 и давлению среды, удобны для применения в узких баках Недостатки: нижняя и верхняя зоны нечувствительности Радарные уровнемеры Принцип действия: принцип бесконтактного радиолокационного измерения на основе метода линейного частотно-моделированного излучения. Буйковые уровнемеры Преобразуют изменение выталкивающей силы во вращательное движение Емкостные уровнемеры Принцип действия: различие диэлектрической проницаемости водных растворов солей, щелочей, кислот от диэлектрической проницаемости воздуха 2 типа: для проводящих и для непроводящих сред Акустические и ультразвуковые уровнемеры В реализуется метод, основанный на использовании эффекта отражения ультразвуковых колебаний от границы раздела 2 сред Принцип действия акустических уровнемеров: метод локации уровня жидкости через газовую среду => плотность жидкости не влияет на распространение волн Принцип действия ультразвуковых уровнемеров: метод, основанный на отражения ультразвуковых колебаний со стороны жидкости Гидростатические уровнемеры Измерение уровня в барабане котла (3 вида) Измерение расхода Расходомер – прибор, измеряющий расход, т.е. количество вещества, проходящее через данное сечение трубы за единицу времени. Счетчик количества – прибор, измеряющий количество вещества, проходящее через данное сечение трубы за некоторый промежуток времени Методы измерения расхода: Метод переменного перепада давления сужающего устройства На местном сужение создается перепад давлений Δp, который зависит от расхода среды. Δp – мера расхода среды, измеряется в деформационных манометрах. 2. Метод измерения расхода опорной трубкой (расходомеры типа АННЮБАР) Достоинства: низкая стоимость, простота установки, меньше потери давления Недостатки: при Re<20000 имеет место понижение точности, не применяется для жидкостей с высокой вязкостью 3. Метод измерения электропроводных сред, основанный на законе электромагнитной индукции (электромагнитные расходомеры) - электромагнитные расходомеры с постоянным магнитным полем Достоинства: собственный источник питания, почти нет потерь давления, высокое быстродействие, помехозащищенность Недостатки: эффект поляризации электродов (ЭДС поляризации направлено против основной ЭДС) - электромагнитные расходомеры с переменным магнитным полем В данном случае поляризация электродов много меньше 4. Метод преобразования поступательного движения среды в вихревую дорожку (вихревые G-меры) Принцип действия: преобразование поступательного движения среды в вихревую дорожку с помощью установленного поперек потока тела обтекания и дальнейшего измерения частоты срыва вихрей Достоинства: простота установки, надежность, стабильность метрологических характеристик, линейность характеристики, минимальное влияние параметров потока на погрешность Недостатки: при Re<20000 снижается точность измерения, не применим для вязких жидкостей 5. Метод, основанный на определении времени прохождения случайными неоднородностями некоторого расстояния (корреляционные расходомеры) Случайные неоднородности – обычно турбулентные неоднородности (по средствам ультразвука) 6. Метод на основе доплеровского метода измерения средней скорости (ультразвуковые расходомеры) Принцип действия: явление смещения звукового колебания движущейся средой Основные методы определения Δτ: А) Фазовый метод, основанный на измерении фазовых сдвигов двух ультразвуковых колебаний, направленных по потоку и против потока Б) Частотно-импульсный метод, основанный на измерении разности частот импульсов по и против потока В) Времяимпульсный метод, который непосредственно измеряет Δτ. Он основан на измерении разности времени прохождения коротких импульсов по направлению скорости потока и против него Достоинства ультразвуковых расходомеров: любые среды (жидкости предпочтительно), возможность измерять близкие к 0 расходы, простота установки, почти нет потерь давления и отсутствует контакт со средой 7. Метод, основанный на кориолисовом ускорении (кориолисовые расходомеры) Основные элементы: сенсорные трубки, катушка возбуждения, 2 тензодатчика с электромагнитными катушками Эффект Кориолиса: поступательное движение среды во вращательном движении сенсорной трубки приводит к возникновению кориолисового ускорения => кориолисовой силе, которая направлена против движения трубки, которое задает катушка. После изгиба трубки направление силы меняется на противоположное. Во входной части трубки сила препятствует смещению трубки, а в выходной – способствует. Это приводит к изгибу трубки. Средства измерения состава газов (газоанализатор) Газоанализатор – средство измерения, предназначенное для контроля концентрации компонентов в газовых смесях, принцип действия которого основан на различных физико-химических свойствах газов. Газоанализатор состоит из системы пробоподготовки, первичного преобразователя и измерительного преобразователя. Система пробоподготовки: отбор пробы газа, очистка газов от механических и химических примесей, охлаждение (нагрев), стабилизация расхода и давления Отбор пробы газа осуществляется: 1. Замкнутый отбор с принудительной циркуляцией 2. Замкнутый отбор с естественной циркуляцией 3. Отбор со сбросом анализируемой среды в ОС Химическая очистка – пропускание газовой среды через жидкий/сухой поглотитель, который реагирует с ядовитым компонентом Термомагнитный газоанализатор Принцип действия: явление возникновения потока паромагнитного газа (О2), окружающего нагретое тело, внесенное в магнитное поле Термокондуктометрический газоанализатор Принцип действия: использование зависимости теплопроводности анализируемой газовой среды от содержания в ней анализируемого компонента, теплопроводность которого должна значительно превышать теплопроводность других компонентов Оптико-акустический газоанализатор Принцип действия: явление поглощения газами лучистой энергии (для газов с полосами поглощения в инфракрасном спектре) Термохимический газоанализатор Принцип действия: измерение полезного теплового эффекта химических реакций, протекающих в присутствии катализатора. 2 типа схем: схема, в которой реакции происходит на платиновой нити, и схема с реакцией на насыпном катализаторе Электрохимический газоанализатор с твердым электролитом Принцип действия: использование зависимости ЭДС цепи от концентрации О2 – кислород-ионная проводимость Оптоэлектронный газоанализатор Принцип действия: бесконтактный оптоэлектронный метод, основанный на поглощении молекулами газов световой энергии в определенном диапазоне длин волн, типичном для каждого газа Системы дистанционной передачи информации: Пневматическая Дифференциально-транспортная Токовая Цифровая |