СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
КУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФЕДЕРАЛЬНОГО АГЕНСТВА ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ
И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ
Кафедра биологической и химической технологии
ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ И ИЗМЕРЕНИЯ
Учебное пособие
Составили: доцент Е.М. Кувардина, ст. преп. Н.В.Джанчатова, Кудрявцева Л.Е.
КУРСК – 2010
УДК
ББК
Кувардина Е.М., Джанчатова. Кудрявцева Л.Е. Теплотехнические приборы и измерения. Учебное пособие.
Учебное пособие разработано для студентов биотехнологического факультета для изучения курсов дисциплин «Процессы и аппараты химической технологии», «Техническая термодинамика».
Составители:
доцент Кувардина Е.М.
ст. преподаватель Джанчатова Н.В.
ст. преподаватель Кудрявцева Л.Е.
ISBN ББК
Коллектив авторов
СОДЕРЖАНИЕ
| Введение……………………………………………………………. | 4 |
| Средства измерения температуры……………………………….. | 6 |
| 1.Измерение температуры…………………………………………. | 6 |
| 2.Общие сведения о температурных шкалах …………………… | 6 |
| 3.Термометры ……………………………………………………… | 8 |
| 3.1. Термометры расширения. …………………………………… | 8 |
| 3.2.Термометры сопротивления…………………………………. | 13 |
| 3.3.Термоэлектрические термометры (термопары)…………… | 14 |
| 3.4.Пирометры (бесконтактные термометры)………………… | 22 |
| 4.Измерение давления……………………………………………... | 23 |
| 4.1. Жидкостные манометры и вакуумметры………………….. | 25 |
| 4.2. Пружинные манометры и вакуумметры…………………... | 27 |
| 4.3. Поршневые манометры……………………………………… | 30 |
| 4.4. Барометры……………………………………………………… | 31 |
| 4.5.Тепловые манометры…………………………………………. | 32 |
| 5. Измерение скорости и расхода жидкостей, газов и паров…. | 33 |
| 6. УРОВНЕМЕРЫ…………………………………………………… | 36 |
| Литература…………………………………………………………… | 43 |
В В Е Д Е Н И Е
|
|
|
Теплотехнические измерения сводятся к определению важных физических величин (температуры, давления, расхода, состава вещества и др.), необходимых для правильного ведения того или иного технологического процесса в промышленности.
Наиболее распространенные приборы:
1. Приборы для измерения температуры.
2. Приборы для измерения давления.
3. Приборы для измерения расхода жидкостей, газов и паров.
В зависимости от назначения, а вместе с тем и от той роли, которую выполняют различные средства измерений (меры, измерительные приборы и преобразователи) в процессе измерения. Они делятся на три категории:
|
|
|
- рабочие меры, измерительные приборы и преобразователи;
- образцовые меры, измерительные приборы и преобразователи;
- эталоны.
Рабочими средствами измерений называются все мер, приборы и преобразователи, предназначенные для практических повседневных измерений во всех отраслях народного хозяйства. Они подразделяются на средства измерений повышенной точности (лабораторные) и технические.
Образцовыми называются меры, приборы и первичные преобразователи (например, термоэлектрические термометры, термометры сопротивления), предназначенные для проверки и градуировки рабочих мер, измерительных приборов и преобразователей. Верхний предел измерений образцового прибора должен быть равен или больше верхнего предела измерений проверяемого прибора. Допускаемая погрешность образцового прибора или измерительного устройства в том случае, когда поправки к его показаниям не учитываются, должны быть значительно меньше (в 4-5 раз) допускаемой погрешности испытуемого прибора.
Рабочие меры, измерительных приборов и преобразователи проверяются в институтах мер измерительных приборов и в контрольных лабораториях системы Государственного комитета стандартов, мер и измерительных приборов.
|
|
|
Образцовые меры, измерительные приборы и первичные преобразователи, предназначенные для проверки рабочих, проверяются в
Государственных институтах мер и измерительных приборов и в Государственных контрольных лабораториях 1-го разряда по еще более точным мерам, приборам и преобразователям, т.е. образцовым средствам измерений более высокого разряда (например, образцовые приборы 2-го разряда проверяются методом сравнения с образцовыми приборами 1-го разряда). Образцовые меры, приборы и преобразователи высшего в данной области измерения разряда (1-го разряда) проверяют в Государственных институтах мер и измерительных приборов по соответствующим рабочим эталонам.
Меры, измерительные приборы и первичные преобразователи служащие для воспроизведения и хранения единиц измерения с наивысшей (метрологической) точностью, достижимой при данном уровне науке и техники, а также для проверки мер, приборов и преобразователей высшего разряда, называются эталонами [1] .
В зависимости от назначения и точности приборы в свою очередь делятся на образцовые, технические, лабораторные.
|
|
|
Образцовые – для проверки и градуирования приборов.
Технические – для измерения в промышленных условиях с классом точности 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.
Лабораторные – для измерения в лабораторных условиях с классом точности 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.
СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
Измерение температуры
Температура характеризует меру нагретости вещества (уровень его теплового состояния). Для ее измерения используют зависимость свойств тел от температуры.
Температура измеряется термометрами и пирометрами.
Действие термометров основано на использовании свойств различных тел при изменении температуры изменять свой объем при постоянном давлении (термометры расширения), изменять давление при постоянном объеме (манометрические термометры) или изменять электрическое сопротивление (термометры сопротивления), на использовании свойства металлов и сплавов создавать электродвижущую силу при нагреве спая разнородных металлов (термоэлектрические термометры или термопары). Действие пирометров основано на использовании законов излучения (пирометры излучения).
2.Общие сведения о температурных шкалах
Измерение температуры основывается на явлении теплообмена между измерителем температуры и телом. Таким образом, о температуре тела можно судить по изменению какого-либо физического свойства рабочего вещества измерителя температуры при его нагревании или охлаждении. Выбранное физическое (термометрическое) свойство должно однозначно зависеть от температуры. Однако такая температурная шкала является условной, так как справедлива лишь для конкретного рабочего вещества измерителя температуры.
Независимой от каких-либо физических свойств рабочего вещества является так называемая термодинамическая шкала температур, основанная на свойстве обратимого цикла Карко, к.п.д. которого согласно второму закону термодинамики определяется через температуры цикла
(1)
а следовательно, не зависит от свойств рабочего тела. Из выражения (1) следует, что
(2)
где Q1 и Q2 - соответственно количество теплоты, подведённой и отведенной в обратимом Цикле Карно. Обратимый цикл Карноявляется пределом, к которому реальные двигатели могут лишь приближаться по своим характеристикам, но которого они никогда не достигают. Поэтому на основе соотношения (2) непосредственное измерение температуры выполнить нельзя.
Вместе с тем известно, что термодинамическая шкала температур совпадает со шкалой идеального газового термометра, если положить принцип линейности в построении температурной шкалы и интервал от точки таяния льда до точки кипения воды. При нормальном атмосферном давлении разделить на 100 равных частей, названных градусами Цельсия.
Так как поведение реальных газов мало отличается от поведения идеального газа в сравнительно широком диапазоне измерения температур, то, зная отклонения от законов идеального газа, можно термодинамическими методами вычислить поправки к показаниям газового термометра и воспроизвести термодинамическую шкалу температур. Однако в связи с техническими трудностями газовые термометры могут быть использованы для воспроизведения термодинамической шкалы температур лишь до температуры, не превышающей 1200°С.
В 1927 г. была принята Международная температурная шкала (МТШ-27), основанная на шести постоянных и воспроизводимых реперных точках. Значения температур в реперных точках определены с помощью газовых термометров с учетом поправок на отклонение газа от идеального состояния. Международная температурная шкала была пересмотрена в 1948 г. (МТШ-48) и в 1968 г. (МТШ-68) с целью внесения в нее некоторых уточнений, полученных в результате экспериментальных исследований, и расширения области измерения низких температур вплоть до температуры, соответствующей тройной точке водорода.
В СССР в были 1976 г. установлены практические температурные шкалы, обеспечивающие единство измерения температур различными методами в диапазоне от 0,01 до 105К, при этом измеренные по этим шкалам температуры близки к термодинамическим.
Единицей температуры является кельвин (К) или градус Цельсия (°С). Между температурами t(°C) и Т(К) установлено соответствие
t = T -273,15.
Единица кельвин определена как 1/273,15 часть термодинамической температуры тройной точки воды. Градус Цельсия равен кельвину.
Термометры
Термометры расширения.
К термометрам расширения относятся жидкостно-стеклянные, стержневые, биметаллические, манометрические.
Стеклянные жидкостные термометры получили широкое распространение в практике измерения температуры вследствие достаточно высокой точности и простоты измерений. Для заполнения термометров в зависимости от области их применения используют ртуть, толуол, этиловый спирт и т. д. (рис.1).
Стеклянные жидкостные термометры, применяемые в технике, подразделяются на:
термометры широкого применения, без введения поправок к их показаниям: ртутные (—35...600СС), жидкостные (—185... 300°С);
термометры повышенной точности, к показаниям которых вводятся поправки согласно свидетельству: ртутные (—35... 600°С), ртутные для точных измерений (0...500°С), жидкостные (—80...100°С).
В основном изготовляют термометры двух типов: палочные и с вложенной шкалой. Термометры с вложенной шкалой более инерционны, но более удобны для наблюдений.
В зависимости от метода градуировки стеклянные термометры должны быть погружены в измеряемую среду либо до отсчитываемого деления, либо до определенной отметки.
В теплотехнических исследованиях используют, как правило, лабораторные термометры ТР с вложенной шкалой (табл. 1); предназначенные для точных измерений температуры в диапазоне от 0 до 500°С.
Таблица 1
| Тип термометра | Количество термометров в комплекте
| Диапазон измерения, °С | Цена деления шкалы, °С
| Погрешность измерения, °С | |
| комплекта термометров | одного термометра | ||||
| TP-I ТР-Н ТР-Ш TP-IV | 15 10 8 4 | 00...60 55... 155 140 ...300 300... 500 | 4 10 20 50 | 0,01 0,02 0,05 0,1 | ±0,01 ±0,02 ±0,05 ±0,1 |
Лабораторные термометры снабжаются свидетельством, в котором указаны поправки к показаниям термометра на смещение нулевой точки и калибр, а также коэффициент внешнего давления в °С/мм рт. ст. (для введения поправки к показанию термометра при изменении внешнего атмосферного давления) и коэффициент внутреннего давления в °С/мм рт. ст. (для введения поправки к термометрам, измеряющим температуру в горизонтальном положении).
Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 1997; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!