Шпаргалка по "Метрологии"

Цветовой. Принцип действия основан на измерении интенсивности излучения при 2-х длинах волн, соотв-их красному и синему цвету. «+» таких пирометров  - высокая чувствительность, высокая точность, показания пирометра очень слабо зависят от степени черноты.

Радиационный (пирометр полного излучения). Воспринимает излучение от объекта во всем спектральном диапазоне. Эти пирометры имеют самый малый нижний предел измерений. Благодаря появлению очень чувствительных полупроводниковых сенсеров, радиац-ые пир-ры позволяют измерять t-ры начиная от -50⁰С (инфракрасные пирометры). Разновидностью инфракрасных пирометров явл термографы, кот. предназначены для измерений и визуализации t-ых полей. Применяются для выявления утечек тепла из зданий и сооружений, а т. для выявления очагов скрытого возгорания, выявления утечек из подземных коммуникаций, инспекции составления электростанций, мощных трансформаторов. Имеюстхарактеристики: диапазон измерений -20÷200⁰С, чувствительность 0,05º, погрешность до 2-х⁰С.

Основу метрологического обеспечения составляет государств. Проверочная схема, имеющая статус гос. стандарта, в соотв-ии с которой осущ-ся воспроизведение и передача размера единицы   t-р. Эта схема опред-т порядок передачи размера единиц от первичного эталона к вторичным и рабочим средствам измерений с указанием погрешностей и методов передачи или проверки. Госуд. проверочная схема состоит из 2-х эталонов: 1-ый от 0,8К до тройной точки воды (273,16), находится под Москвой; 2-ой от 0⁰С до 2,5 тыс⁰С. Передача размера единицы осущ-ся с помощью контактных методов, а при более высоких t-ах с помощью радиационных пирометров. При t-ах до 30К исп. газовые термометры, при -200÷1000⁰С – платиновые. Для передачи t-р выше 1100⁰С – платиновые термопары. Для воспроизведения тройной точки воды исп-ют

Наиболее широко распростр. Средства воспроизведения реперных точек – ледяной и паровой термостаты. На каждый есть свой гост.

1 – пары воды, 2 – лёд, 3,4 - вода

 

11. Измерительные  преобразователи давления: трубка  Бурдона, мембраны, тензодатчики. Манометры и дифманометры: принцип действия, конструкция. Установка СИ давления.

Под давлением понимают отношение  силы нормально действующей на поверхность  к площади этой поверхности. Различают  абсолютное, избыточное и барометрическое  давление. Единицей измерения в системе  СИ явл Па (Н/м²), внесист-ые – бар, атм. Средства измерения давления наз. манометры. Главным классификац-ым признаком явл принцип действия, в соотв-ии с кот манометры делят на гидростатические и деформационные. Принцип действия гидростатич. манометров основан на уравновешивании измеряемого давления весом столба жидкости. Статическая характер-ка представляет собой з-н Паскаля: Р=ρgH.

Конструктивно манометр состоит из 2-х сообщающихся сосудов. Для повышения  точности обеспечивают соотношение: d<<D. Для Повышения чувствительности капилляр располагают под углом.«+»: 1)простота и дешевизна, 2)возможность измерения малых давлений.

«−»: 1)невозможность измерения  больших давлений, 2) невозм. передачи результатов на расстоянии, 3) большие габариты, 4)невозм. измерения давления в жидких средах.

Диформационные манометры в зависимости от вида чувствительного элемента подраздел-ся на: мембранные, сильфонные, трубчатые.

Мембранные. Чувствительный элемент – мембрана, предст. собой тонкий диск, закрепленный по периметру. Под действием давления мембрана деформируется. А величина деформации есть функция: δ=f(σ,Р,D,Е). где σ - толщина, Е- модуль Юнга.

«+»: малые габариты. 

 « - »: малая чувствительность, нелинейная статическая характ-ка,

остаточная деформация. Для повышения  линейности мембраны

делают гофрированными. Степень  линейности зависит от размера и  кол-ва гофр.

В последнее время мембраны изгот-ют из полупроводниковых материалов, что дает свои «+»: 1)чувствительность выше на 2 порядка, 2)у них отсутствует достаточная деформация, 3)технологичность изготовления. «–» : зависимость показаний от температуры.

Сильфонные. Сильфон предст. соб. Тонкостенный металлический гофрированный стакан, одна сторона которого закреплена, а другая перемещается.  Величина

перемещения δ пропорциональна:  δ=f(σ,Р,Е, D/d). Сильфоны изгот-ют

 из латуни, нержавеющей стали. «+»: более высокая чувствит-ть,

линейная статическая хар-ка. « – »:большие габариты.

Трубчатые. Трубка Бурдона (манометрическая пружина).

1. Трубка овального или эллиптического сечения, 3- зубчатое колесо
2. Стрелка, 4- зубчатый сектр, 5- тяга, 6- паз для регулировки, 7- штуцер.

Под действием давления, трубка стремиться принять круглое сечение,

при этом угол, на кот. загнута трубка, начинает уменьшаться.

«+»: 1)линейная статическая характеристика, 2) высокая точность.

« – »: 1)малое перемещение чувствительного  элемента, что делает

 необходимость применение механической  передачи, 2)невозможность передачи  информации на расстоянии.

 Дифманометры. Средства измерения разности давлений м/у точками наз.

 дифманометрами. В качестве принципов действия и чувствит-х элементов

используются все рассмотренные  выше, но дифман. отлич. от манометров

 по конструкции.                                   Р₁> Р₂  (О-образный манометр).

Дифманометром могут измерять перепад давлений намного меньший, чем абсолютн. давлений. Поэтому, во избежание разрушения чувствительного элемента, монометр подключается по след схеме:      

                                    РDI – показывающий дифманометр; В_1, В₂ – запорные вентили; В₃ –     уравнительный;  В_4, В₅ – продувочные.

                                   При подключению к процессу  вентили В₁ и В₂ (В₄ и В₅) д/б закрыты, кроме В₃. При открытии любого из клапанов В₁ или В₂ давлении срезных сторон чувствительного элемента будет изменяться одинаково. Открывают оба затворных вентиля, а В₃ закрывают, тогда прибор работает нормально. Продувочные вентили В₄ и В₅ служат для удаления из импульсных трубак конденсата.

Установка манометра. Общим недостатком всех чувствительных элементов явл-ся их контакт с измеряемой  средой, поэтому при установке необходимо свести к min физико-химич. и механич. воздействия на элемент. 1)Недопустимы вибрации и тряска. С этой целью соединительный трубопровод делают из эластичного материала, кот. не передает тряску и вибрацию.2)необходимо обеспечить min влияние t-ры на чувствительный элемент. 3) недопустимы динамические воздействия на чувствит. элемент. 4) при измерении давления агрессивных сред, чувствит-ый элемент манометра отделяют от объекта с помощью разделительных мембран или раздел-ых сосудов.

 

12. Измерение  расхода. Требования к СИ расхода.  Метод переменного перепада давлений (Расходомеры с сужающими устройствами, осредняющие трубки): статическая характеристика, область применения, преимущества и недостатки.

Под расходом понимают кол-во вещества, проходящее ч/з данное сечение в единицу времени. В зависимости от единицы измерения кол-ва в-ва различают объемный и массовый расход. G=ρQ, (кг/с, м³/с). В технике используют производные единицы: т/ч, л/ч, л/с. Основным элементом расходомера явл преобраз-ие расхода, кот. преобразует динамич-ое воздействие потока в пропорц-ый выходной сигнал. Расход – одна из наиболее часто измеряемых величин.

К расходомерам предъявляют многочисленные и противоречивые требования и как следствие существует множество методов измерения расхода.

1. высокая точность измерений. Приемлимой считается погрешность 1%. Лучше этому требованию соотв-ют ультразвуковые, электромагнитные и кареолисовые расходомеры.
2. Высокая надежность, т.е. время в течен. которого расходомер сохраняет свои метрологические характеристики. Лучшие – кареолисовые и расходомеры с трубой Вентури.
3. Малая зависимость результата измерений от изменения плотности в-ва. Этому требованию соотв-ют скоростные расходомеры: электромагнитные, ультразвуковые и объемные счетчики.
4. Быстродействие прибора.
5. Широкий динамический диапазон измерений. (электромагн., кареолисовые)
6. Широкий диапазон измеряемых значений.
7. Разнообразие наменклатуры измеряемых сред.
8. Обеспеченность метрологической базы. Независимость показаний от физико-химич. св-в среды: вязкости, фазового состояния, t-ры.
9. Стоимость. Самые дорогие - кареолисовые, дешевые - расх-ры переменного перепада.

Наиб-ее распростр-ие получили: расх-ры переменного перепада давлений (с сужающим устройством и осредняющими трубками).

10. Габариты и масса.

Расходомеры переменного перепада давлений. Принцип действия основан на зависимости расхода перепада давлений , возникающего на сужающем устройстве. Это происходит за счет перехода части потенциальной энергии в кинетическую.

«+»: 1) возможность измерения расхода  как жидкостей, т. и газа; 2) простота конструкции и низкая стоимость; 3)отсуствие подвижных частей, =>высокая надежность; 4)возможности получения статической характеристики расчетным путем; 5) малые затраты на поверку.

« - »: 1) нелинейная статическая хар-ка; 2)зависимость показаний от t-ры, вязкости; 3)узкий динамический диапазон измерений; 4) значительная погрешность – 2%; 5)дополнительное гидравлическое сопротивление; 6) большие габариты и масса; 7) значительные длины прямых участков до и после суживающего устройства.

Основной элемент – сужающее устройство (диафрагма, сопло, труба Вентури).

                                                   Гидравлическое сопротивление самое  большое у диафрагмы, самое    маленькое у трубы Вентури. Чувствительность самая высокая у диафрагмы, мал. – трубы Вентури. Вывод статической хар-ки основыв-ся на условии неразрывности потока и законе сохранения энергии. После сечения А  - деформация потока, В – max сжатие струи, С – профиль восстанавливается. Условие неразрывности потока: V_AS_A= V_ВS_В= V_СS_С. Статическая хар-ка имеет вид: Q=αfε√2∆P/p, где p-плотность среды, Q-объемный расход, α-коэфф-т расхода, f-площадь отверстия сужающего устройства, ε-коэф-т  учитывающий расширение среды в следств. уменьшения давления, ∆P-перепад давлений. Сужающее устройство изгот. из нержавеющей стали.

Расходомеры с осредняющими трубками. Принцип действия основан на измерении скоростного напора в различных точках профиля скорости. Преобразованные расход. представляют собой трубку, кот. устанавлив-ся в трубопровод ┴ потоку. На стороне трубки, обращенной к потоку, имеется ряд отверстий. Диаметр осредняющей трубки не превышает 0,1 диаметра трубопровода. Статическая характеристика аналогична расх-ру с сужающ-м устройством. Но расх-р с суж-м устройством имеет ряд «+»: 1) гидравлическое сопротивление меньше в 5-10 раз по сравнению с суж. Устр-ом.; 2)меньшая погрешность 1% в диапазоне 1:10; 3) меньшие габариты и масса; 4) меньш. затраты при монтаже; 5)высокая стабильность коэффициента расхода; 6) меньш. Длины прямых участков. « – »: зависимость показаний от точки отрыва струи.

Чтобы компенсировать погрешность (влияние) исп-ют трубки ромбовидного сечения.

 

13.Вихревые, электромагнитные и кориолисовы расходомеры.

Вихревые  расходомеры. Принцип действие основан на зависимости частоты колебаний давления при вихреобразовании в потоке.Достоинства:

1. Отсутствие подвижных частей.
2. Надежнось преобразователей.
3. Независимость показаний от плотности и давления.
4. Линейная стат. характеристика и высокая точность
5. Расход преобразуется непосредственно в частоту,к-ю проще преобразовать.
6. Простота измер.   схемы.
7. Невысокая стоимость
8. Можно измерить расход как жидкости, так и газа.

Недостатки:

1. Влияние на показание вибраций, аккустич.колебаний
2. Узкий динамический диапозон измерений
3. Дополн гидравлич сопротивление.
4. Невозможность измер малых расходов.
5. Неустойчивое вихреобразование при малых диаметрах.
6. Невозможность использования при изменении расхода загрязненных сред.

Элктромагнитные расходомеры. Принцип действия основан на законе электромагнитной индукции, в соответствии с которым в проводнике возникает электр. Ток, если он движется в магн поле.

+ :1. Линейная стат хар-ка.

2. независимость показаний  от физ-хим св-в среды.

3.Широкий динам диапозон.

4. Малая  погрешность,

5. Отсутствие дополн гидравлич сопротивлений и высокая надежность.

6. Малые длины прямых  участков до и после расходомеров.

- : 1. Невозможность измерения  расхода газа.

2. Очень маленький выходной  сигнал

3. Наличие трансформат ЭДС,к-я может в десятки и более раз превышать полезный сигнал.

Обл применения – измерение расхода воды и водн растворов,пульп.

Кориолисовы расходомеры. Принцип действия основан на зависимоти силы Кориолиса, вызывающей деформацию чувствительного элемента, от массового расхода.

+ : 1. Высокая точность

2. широкий динамич диапозон.

3. возможность измерения  расхода как жидк так и газа.

- : 1. Сложная конструкция

2. дрейф нуля.