Вимірювання і засоби вимірювальної техніки
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Національний університет водного господарства та природокористування
В.В. Кованько, В.В. Древецький,
А.О.Христюк
Загальнотехнічні вимірювання
І прилади
Навчальний посібник
Рівне 2012
УДК 621.317.39 (075.8)
ББК 30.10+31.221я7
К 56
Рецензенти:
В.В. Кованько, В.В. Древецький, А.О.Христюк
К 56 Загальнотехнічні вимірювання і прилади. Навчальний посібник. – Рівне: НУВГП, 2012.– 193 с.
ISBN
Відповідно до навчальної програми, у навчальному посібнику представлено загальні відомості про вимірювання, вимірювальні перетворювачі неелектричних величин у електричні, наведено методи і засоби вимірювання температури, геометричних розмірів, тиску, кількості і витрат, рівня та аналізу складу рідин,.
Посібник відповідає затвердженій робочій програмі дисципліни "Загальнотехнічні вимірювання і прилади" та призначений для студентів напряму підготовки 6.050202 "Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології".
Табл. хх. Іл. хх. Бібліогр. хх назв.
УДК 621.317.39 (075.8)
ББК 30.10+31.221я7
ISBN © Кованько В.В., Древецький В.В.,
Христюк А.О., 2012
© НУВГП, 2012
 |
Зміст
| Вступ | 5 |
| 1. Загальні відомості | 6 |
| 1.1. Вимірювання і засоби вимірювальної техніки | 6 |
| 1.2. Електричний спосіб вимірювання неелектричних величин. Різновиди вимірювальних перетворювачів | 12 |
| 1.3. Вимірювальні перетворювачі неелектричних величин з уніфікованим вихідним сигналом. Інтелектуальні вимірювальні перетворювачі | 25 |
| 1.4. Передача вимірювальної інформації на відстань | 31 |
| 2. Вимірювання температури | 39 |
| 2.1. Термометрія за допомогою терморезистивних перетворювачів | 39 |
| 2.2. Термометрія за допомогою термоелектричних перетворювачів | 51 |
| 2.3. Термометрія за випромінюванням тіла | 60 |
| 3. Вимірювання геометричних розмірів | 69 |
| 3.1. Поняття про лінійні та кутові розміри | 69 |
| 3.2. Вимірювання товщини шару покриття | 77 |
| 3.3. Вимірювання відстані між об’єктами | 84 |
| 4. Вимірювання тиску | 92 |
| 4.1. Загальні положення. Рідинні прилади для вимірювання тиску | 92 |
| 4.2. Вимірювання тиску з допомогою деформаційних приладів | 104 |
| 4.3. Електричні манометри та вакуумметри | 114 |
| 5. Вимірювання кількості та витрат | 122 |
| 5.1. Вимірювання витрат за величиною тиску та рівня | 122 |
| 5.2. Безконтактні витратоміри | 132 |
| 5.3. Лічильники кількості | 138 |
| 6. Вимірювання рівня | 142 |
| 6.1. Поплавкові і гідростатичні рівнеміри | 142 |
| 6.2. Електричні та радіоізотопні рівнеміри | 152 |
| 6.3. Вимірювання рівня безконтактним способом | 157 |
| 7. Методи і засоби для аналізу складу рідин | 162 |
| 7.1. Загальні відомості | 162 |
| 7.2. Методи аналізу розчинів | 170 |
| Література | 193 |
Вступ
|
|
|
|
|
|
В сучасних умовах технічного прогресу, вимірювання фізичних величин широко застосовуються не тільки в різних галузях науки і техніки, але й в промисловості, сільському господарстві, медицині, охороні довкілля тощо.
В процесі інженерної діяльності людини сформувалось три способи вимірювань, а саме: неелектричні вимірювання неелектричних величин, електричні вимірювання електричних величин та електричні вимірювання неелектричних величин. Причому останні вимірювання кількісно превалюють над двома іншими.
Питома вага вимірювань фізичних величин дуже відрізняється між собою, але в середньому, оціночно можна вважати, що на вимірювання температури припадає близько 50 % від усіх вимірювань, масової та об’ємної витрат 15 %, тиску 10 %, рівня 5%, маси 5 %, електричних та магнітних величин 4 % і на всі інші вимірювання приходиться 11 %.
Велика кількість різноманітних неелектричних величин, можливість вимірювання їх електричними вимірювальними засобами шляхом попереднього перетворення у функціонально зв’язані з ними електричні величини за допомогою відповідних вимірювальних перетворювачів, можливість передачі вимірювальної інформації на відстань – все це відводить зазначеним вимірюванням особливу роль.
|
|
|
В даному посібнику наведено загальні відомості про вимірювання, вимірювальні перетворювачі (ВП) неелектричних величин у електричні, зокрема ВП з уніфікованими вихідними сигналами та інтелектуальні ВП, аналіз загальної схеми передачі вимірювальної інформації на відстань, вимірювання температури, геометричних розмірів, тиску, кількості та витрат, рівня а також методи і засоби аналізу складу рідин.
Запропонований посібник написано за програмою навчальної дисципліни "Загальнотехнічні вимірювання і прилади", що передбачає підготовку студентів напряму підготовки 6.050202 "Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології".
Загальні відомості
Вимірювання і засоби вимірювальної техніки
Під вимірюванням розуміють знаходження значення фізичної величини дослідним шляхом за допомогою спеціальних технічних засобів. Вимірювання здійснюють на природних, або створених людиною об’єктах, які називаються об’єктами вимірювання.
|
|
|
Фізична величина – це властивість загальна в якісному відношенні багатьом фізичним об’єктам але в кількісному відношенні є індивідуальною для кожного з них.
Наприклад, під масою розуміють кількість речовини в тілі, міру інерції тіла відносно діючої на нього сили (загальна властивість). Але в кількісному відношенні вона може бути будь-якою: 0,5 кг; 100 кг; 350 мг тощо.
Густина – це маса тіла, що знаходиться в одиниці об’єму (загальна властивість). В кількісному відношенні вона також може бути різною: 1,02 кг/дм3 – густина морської води; 1,29 кг/м3 – повітря; 1,83 кг/дм3 – сірчаної кислоти тощо.
За визначенням тиск є відношенням сили, що діє перпендикулярно поверхні до площі цієї поверхні (загальна властивість). Кількісно діапазон сучасних засобів вимірювання тиску сягає меж від 10-12 до 1011 Па.
Об’єкт вимірювання це явище або процес, що характеризується множиною окремих фізичних величин (параметрів). Кожна з них може бути виміряною окремо, але в реальних умовах діє на вимірювальний засіб в сукупності з усіма іншими параметрами.
До загальнотехнічних вимірювань відноситься вимірювання широкого спектру параметрів технологічних процесів, таких як температура, геометричні розміри, тиск, кількість і витрати, рівень та склад рідин.
Фізична величина, яка обрана для вимірювання, називається вимірюваною фізичною величиною (ВФВ).
Вимірювання включає в себе три етапи: підготовчий, проведення вимірювання та обробку його результатів.
В процесі проведення вимірювання об’єкт вимірювання і вимірювальний засіб, який здатний вимірювати обрану фізичну величину, призводять до взаємодії між собою.
В загальному випадку вимірювальним засобом називають технічний засіб, який використовується при вимірюваннях і має нормовані метрологічні характеристики (характеристики, які необхідні при оцінці точності результату вимірювань, узагальненою метрологічною характеристикою є клас точності).
Результат вимірювання фізичної величини Х (струму І, тиску 
, сили F) можна записати у вигляді формули, яка називається основним рівнянням вимірювання
(1.1)
де А – числове значення фізичної величини; 
- одиниця фізичної величини.
Наприклад, І=5А; =101 кПа; F=100 Н.
Вираз 
називається результатом вимірювання.
Усі вимірювання можна розділити на прямі, непрямі, сукупні і сумісні.
Прямими називаються вимірювання, при яких шукане значення фізичної величини знаходять безпосередньо із експерименту. В процесі прямого вимірювання об’єкт вимірювання взаємодіє з вимірювальним засобом, по показах якого відраховується значення вимірюваної фізичної величини.
Аналітично результат прямого вимірювання можна описати рівнянням (1.1).
Приклад прямих вимірювань: вимірювання довжини лінійкою, маси з допомогою ваги, температури скляним термометром тощо.
До прямих вимірювань відносяться вимірювання більшості параметрів хіміко-технологічних процесів.
Непрямими вимірюваннями називають такі вимірювання, при яких шукане значення фізичної величини знаходять на основі відомих аналітичних залежностей за результатами прямих вимірювань.
Наприклад: вимірювання густини речовини 
за її масою 
та об’ємом 
, 
; електричного опору 
за спадом напруги 
та силою струму 
, 
тощо.
Сукупними вимірюваннями називають здійснюване водночас вимірювання кількох одноіменних фізичних величин. При цьому, шукані значення величин знаходять шляхом розв’язання системи рівнянь, добутих за прямими вимірюваннями. Приклад – вимірювання електричного опору 
заземлення (рис. 1.1).
Оскільки пряме вимірювання тут не можливе, то попарно вимірюють опори трьох заземлень – основного та допоміжних 
і 
. Результати записують у вигляді системи рівнянь (1.2), в яких ліві частини є виміряними і відомими.
Рис. 1.1. Вимірювання електричного опору заземлення
(1.2)
Розв’язавши систему рівнянь, знаходять шукане значення
Водночас можна визначити опори і допоміжних заземлень:
.
Сумісними називають одночасні вимірювання двох або кількох різнойменних величин для знаходження залежності між ними.
Наприклад, залежність електричного опору 
провідника від температури 
має вигляд 
, де 
– опір резистора при 
; 
– температурний коефіцієнт опору. Якщо треба знайти та , то необхідно за певних значень температур 
і 
виміряти електричний опір 
і 
, потім скласти і розв’язати систему рівнянь
(1.3)
В результаті цього отримаєм, що
; 
.
Класифікація засобів вимірювальної техніки.
Засобом вимірювальної техніки називають технічний засіб, який застосовується під час вимірювань і має нормовані метрологічні характеристики.
Згідно ДСТУ2681-94, до засобів вимірювальної техніки належать засоби вимірювань та вимірювальні пристрої.
До засобів вимірювань відносяться вимірювальні та реєструвальні прилади, вимірювальні канали, вимірювальні установки, вимірювальні системи та кодові засоби вимірювань.
Вимірювальні пристрої – це міри (фізичних величин), компаратори, вимірювальні перетворювачі, обчислювальні компоненти.
Засіб вимірювань реалізує процедуру вимірювань, зокрема вимірювальний прилад – це засіб вимірювань, в якому створюється візуальний сигнал вимірювальної інформації, а реєструвальний прилад – засіб вимірювань, в якому реєструється сигнал вимірювальної інформації.
Вимірювальна установка – це сукупність функціонально об’єднаних засобів вимірювальної техніки та допоміжних технічних засобів (стабілізуючих, перемикаючих, регулюючих), яка призначена для одержання вимірювальних сигналів, придатних для безпосереднього сприймання вимірювальної інформації спостерігачем. Наприклад: установка для повірки амперметрів, манометрів, установка для дослідження феромагнітних матеріалів тощо.
Вимірювальний канал є сукупністю засобів вимірювальної техніки, засобів зв’язку та інших технічних засобів, призначений для створення сигналу вимірювальної інформації про одну вимірювану фізичну величину.
Під вимірювальною системою розуміють сукупність вимірювальних каналів і вимірювальних пристроїв, об’єднаних для створення сигналів вимірюваної інформації про декілька вимірюваних фізичних величин.
Вимірювально-інформаційна система (ВІС) – це сукупність засобів вимірювальної техніки, засобів контролю, діагностування та інших технічних засобів, об’єднаних для створення сигналів вимірювальної інформації та інших видів інформації.
Засіб вимірювань, в якому створюється кодовий сигнал вимірювальної інформації, називають кодовим засобом вимірювань, або аналого-цифровим перетворювачем (АЦП).
Вимірювальний пристрій, що реалізує відтворення та збереження фізичної величини заданого розміру є мірою цієї величини, а вимірювальний пристрій що реалізує порівняння однорідних фізичних величин – називається компаратором.
Вимірювальним перетворювачем неелектричної величини в електричну (ВП) називають вимірювальний пристрій, що реалізує перетворення вхідної неелектричної величини (температури, тиску, переміщення) у функціонально з нею зв’язану вихідну електричну величину. ВП, який контактує безпосередньо з вимірюваною фізичною величиною, називається первинним. ВП, призначений для передачі сигналу вимірювальної інформації на відстань називається передаючим. Між названими перетворювачами знаходяться проміжні перетворювачі.
Подальший розвиток ВП прямує у напрямі створення і удосконалення вимірювальних перетворювачів з уніфікованим вихідним сигналом та інтелектуальних вимірювальних перетворювачів.
Датчиком (давачем, сенсором) називається первинний ВП, який перетворює контрольовану фізичну величину (тиск, температуру, витрату, швидкість тощо) в сигнал зручний для вимірювання, передачі, обробки, зберігання, реєстрації, а також для дії ним на керовані процеси.
До складу датчиків входять сприймаючий орган та кілька проміжних перетворювачів. Часто датчик складається тільки з одного сприймаючого органу (термопара, термо- та тензорезистори). Вихідні сигнали датчика можуть бути електричні, механічні, пневматичні, гідравлічні тощо.
Вимірювальний пристрій, що є сукупністю засобів обчислювальної техніки та програмного забезпечення і виконує обчислювальні операції під час вимірювань, називається обчислювальним компонентом (компонентом засобу вимірювань) або числовим вимірювальним перетворювачем.
Запитання для самоконтролю
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 510; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!