Методы и средства измерений

Термоэлектрические термометры. Сущность термоэлектрического метода заключается в возникновении электродвижущей силы в проводнике, концы которого имеют различную температуру.

Кварцевый  термометр. Резонансная частота кристалла кварца зависит от температуры окружающей среды. В головке датчика температуры расположен кварцевый резонатор, который при 0 °С колеблется с частотой f0  28,2 МГц. Зависимость этой частоты от температуры датчика характеризуется коэффициентом k = 1 кГц/К, который в основном постоянен. Для абсолютного измерения температуры частота кристалла датчика сравнивается с частотой контрольного (сравнительного) кристалла, частота которого почти не зависит от температуры; к тому же он работает в термостате с постоянной температурой. Кварцевые термометры отличаются исключительно высокой точностью.

19. М и средства бесконтактного измерения и контроля температуры.

Температурой называется статистическая величина, характеризующая тепловое состояние тела и пропорциональная средней кинематической энергии молекул тела.

Измерить температуру непосредственно, как, например, линейные размеры, невозможно. Поэтому температуру определяют косвенно — по изменению физических свойств различных тел, получивших название термометрических.

Для практических целей, связанных с измерением температуры, принята Международная практическая температурная шкала.

Для измерения температуры наибольшее распространение получили следующие методы, которые основаны:

      на тепловом расширении жидких, газообразных и твердых тел (термомеханический эффект);

      изменении давления внутри замкнутого объема при изменении температуры (манометрические);

      изменении электрического сопротивления тел при изменении температуры (терморезисторы);

      термоэлектрическом эффекте;

      использовании электромагнитного излучения нагретых тел.

Приборы, предназначенные для измерения температуры, называются термометрами. Они подразделяются на две большие группы: контактные и бесконтактные.

Бесконтактное измерение температуры. О температуре нагретого тела можно судить на основании измерения параметров его теплового излучения, представляющего собой электромагнитные волны различной длины. Термометры, действие которых основано на измерении теплового излучения, называются пирометрами. Они позволяют измерять температуру в диапазоне от 100 до 6000 С и выше.

На основании законов излучения разработаны пирометры следующих типов:

      суммарного (полного) излучения, в которых изм полная энергия излучения;

      частичного излучения (квазимонохроматические), в которых измеряется энергия в ограниченном фильтром (или приемником) участке спектра;

      спектрального распределения, в которых измеряется интенсивность излучения фиксированных участков спектра.

В пирометрах полного излучения оценивается не менее 90 % суммарного потока излучения источника. При измерении температуры реального тела пирометры этого типа показывают не действительную, а так называемую радиационную температуру тела. Поэтому эти пирометры называют радиационными. При известном суммарном коэффициенте черноты тела возможен пересчет с радиационной температуры тела на его действительную температуру.

Пирометры частичного излучения работают в узком диапазоне волн, они называются квазимонохроматическими пирометрами. К данному типу пирометров относят оптические и фотоэлектрические пирометры. Разновидностями оптических пирометров являются пирометр «с исчезающей нитью», пирометр «с оптическим круговым клином», фотоэлектрические монохроматические пирометры.

Принцип действия оптического пирометра «с исчезающей нитью» основан на сравнении яркости объекта измерения и яркости градуированного источника излучения в определенной длине волны.

Пирометр с оптическим круговым клином является модификаци­ей описанного выше. В нем яркостную температуру нити лампы накаливания поддерживают постоянной, а уравнивание яркостей осуществляется перемещением оптического клина, пропускающего больше или меньше света от объекта.

Пирометры спектрального распределения измеряют цветовую температуру объекта по отношению интенсивностей излучения в двух определенных участках спектра. Основное преимущество таких пирометров заключается в независимости их показаний от излучательной способности объекта, а также от наличия дыма, пыли и испарений в пространстве между объектом и пирометром.

В пирометрах сравнения отношение спектральных интенсивностей оценивается субъективно по цветовому ощущению, создаваемому смесью двух монохроматических пучков.

В пирометрах спектрального отношения вводится модуляция светового потока. Световой поток от объекта измерения прерывается обтюратором с двумя светофильтрами, пропускающими излучение на двух длинах волн 1 и 2 к фотоэлементу. Переменная составляющая выходного сигнала фотоэлемента усиливается в усилителе и подается на реверсивный двигатель, который перемещает уравновешивающий фильтр до тех пор, пока не уравняются интенсивности излучения на обеих длинах волн. В положении равновесия перемещение фильтра является мерой измеряемой температуры.

20. М и средства измерения и контроля влажности газов и материалов.

Для опр влаж газов чаще всего исп психрометр мет и метод точки росы.

      психрометрический метод

Психрометр имеет два одинаковых термометра. Один из них наз мокрым. Его тепловоспринимающая часть остается постоянно влажной, т.к. соприкасается с гигроскопическим телом, всас воду из сосуда.

При испарении влаги с пов-ти мокрого термометра его темп понижается. Создается разность темп влажного и сухого термометров.θс – θв

Относительная влажность φ = [pв – А(θс – θв)]/pc

pв и pc – упуругость паров при θв и θс

А – психрометрический коэффициент (опр по психрометр таблицам в зав-ти от конструкции психрометров)

Достоинства: вполне удовлетворительная точность при положительных температурах и незначительная инерционность. Недостатки: зависимость результатов измерения от скорости движения газов и колебаний атмосферного давления, а также понижение чувствительности и рост погрешности измерений в понижением температуры.

      метод точки росы

Газ охлаждают до наступления насыщения его влагой (до 100%-ной относительной влажности, иначе называемой точкой росы). При неизменном давлении точка росы зависит от температуры газа и его влажности. Для определения момента выпадения влаги из газа используют металлическое зеркало, температуру которого фиксируют как точку росы. Таким образом, температура точки росы однозначно определяет абсолютную влажность газа.

Для опр влаж тв тел прим косвенные методы, позволяющие опр влажность путем измерения функц связ с ней ФВ. Наиболее рапср:

      кондуктометрический метод

Основан на том, что используемые в промышленности материалы могут представлять собой капиллярно-пористые тела, в порах которых находится влага. В сухом виде они являются диэлектриками ρс=10^10 Ом*см и выше. В результате увлажнения становятся проводниками, причем их электрическое сопротивление резко снижается ( до ρу=10^-2 Ом*см)

Зависимость сопр отвлажности R = А/w^n

А – постоянная, зав от материала

w – влажность материала

n – показатель, зав от структуры и св-в материала

1й участок – низ и ср влажность, м б апрокс прямой вида lgR = a-bw

a и b зависят от материала и условий

На этом участке влагомер очень чувст к изм влажности, а влияние др факторов незнач. Осн обл прим метода огран этим участком.

2ой – участок повышенной влажности. Чувст резко падает, начинают оказ влияние побочные эффекты

                  метод диэлектрической проницаемости

Основан на том, что большинство капиллярно-пористых тел имеет диэл прониц ε=1-6, а у воды ε=81. Т.о. присутствие влаги оказ знач влияние на проницаемость.

Опр ε сводится к измерению емкости конденсатора. Чувствит эл-ты влагомеров вып в виде пластин или двух цилиндров, пространство м/у которыми заполняется иссл материалом.

21.Методы и средства измерения и контроля плотности жидкостей.

      поплавковые методы

Используется принцип плавающего поплавка.

Жидкость поступает в переливной сосуд, а затем в измерительную камеру. Изменение плотности вызывает перемещение поплавка, это перемещение изм при помощи индуктивного преобразователя. Он включен в схему. Изм регистр на показывающем устройстве.

      весовые (пикнометрические) методы

Основаны на том, что масса жидкости при неизменном её объеме прямо пропорциональна плотности. Следовательно, при непрерывном взвешивании некоторого постоянного объема вещества, протекающего по трубопроводу,  можно измерять его плотность.

Чувст элемент – Uобр трубка. Её масса вместе с протекающей по ней жидк непрерывно меняется. Это передается на заслонку и ч/з пневмоусилитель на прибор. С пом сильфона осущ обр связь и восст равновес

Прим для изм плотности вязких жидкостей, суспензий и жидкостей с тв включениями.

      манометрические методы

Основаны на том, что давление жидкости p на глубине Н от поверхности равно массе столба жидкости при площади основания 10-4м2.

. Тогда

При неизм высоте столба жидкости давление является мерой её плотности.

Плюсовая камера диф манометра соед трубкой с уравн сосудом. Минусовая – снижней частью резервуара. В сосуде уровень жидости пост и её плотность опр по показаниям манометра

      ультразвуковые методы

Используется зависимость скорости распространения ультразвука в жидкости от её уплотнения. Измеряя скорость распространения ультразвуковых колебаний, можно судить о её плотности.

      радиоизотопные методы

Осн на измерении поглощения γ-излучения радиоактивного источника при прохождении лучей через вещество, которое изменяется в зависимости от измерения его плотности.

На участке трубопровода уст ист изл и счетчик. Излучатель уст на вращающемся диске. Изл падает на счетчик то через трубопровод, то через компенсационный клин. Со счетчика сигнал идет на интерг устр-ва и усилитель. Далее сигнал пост на двигатель, перемещ клин так,что потоки были равны. Перемещ клина проп изм плотности.

22.Методы и средства измерения и контроля вязкости жидкостей.

В технологических процессах многих отраслей промышленно важным показателем качества является вязкость жидких веществ. Вязкость жидкостей измеряется вискозиметрами.

      капиллярные методы

Изм перепада давления на капилляре, через который пропускается жидкость с постоянным расходом.

Жидкость от точки 1 подается насосом 2 через змеевик 3 и регулятор расхода 5 в капилляр 6. Основные части прибора помещены в термостат 9 с мешалкой 13 (обычно заполн маслом). Темп поддерж пост. Диф манометр 7 изм перепад давления на капилляреи передает показания на вторичный прибор.

      ротационные методы

Изм усилия, возникающего при вращении твердого тела в жидкости (плстины, цилиндры, лопасти, набор дисков и т.д.)

Круятщий момент можно опр силой тока, потр приводом вращающегося элемента, углом поворота уравновеш пружины и реактивным моментом статора электродвигателя.

6 – рабочая камера.

8 – термочувст элемент

4 – изм блок

4 содержит узел привода ротора 7  и устройство для изм крутящего момента и передает показания на устр-во 5.

      с падающим телом