книги из ГПНТБ / Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств учебник

W - ~/2 Р &

Кулаков М. В. Технологические измерения и приборы для хи­ мических производств. Учебник для вузов. Изд. 2-е, перераб.

идоп. М., «Машиностроение», 1974, 464 с.

Вучебнике описаны основные методы измерения и современ­ ные приборы автоматического контроля наиболее важных техно­ логических параметров химико-технологических процессов. Во вводной части ко всему курсу рассмотрены общие сведения об измерениях, приборах и погрешностях, а также математические методы обработки результатов измерений. Описаны приборы для измерения температуры, давления и разрежения, количества и расхода веществ, уровня жидкостей и твердых сыпучих материа­

Второе издание учебника переработано с учетом Государствен­ ной системы приборов, предусматривающей преобразование изме­ ряемых параметров в единую форму информации, удобную для передачи на расстояние, и дополнено новым материалом.

Учебни кнаписан по программе курса «Технологические изме­ рения и приборы» для студентов высших учебных заведений, спе­ циализирующихся по автоматизации химических производств. Он может быть полезен широкому кругу инженерно-технических работников научно-исследовательских и проектных институтов, конструкторских бюро и заводов химической и смежных отраслей промышленности.

Ил. 313, табл. 5, список лит. 33 назв.

Р е ц е н з е н т — кафедра автоматизации и комплексной механизации химико-технологических процессов Ярославского технологического института,

доцент кафедры, канд. техн. наук Ю. П. Жуков

}

1Л 31402—236 К 038 (01)—74 236—74

© Издательство «Машиностроение», 1974 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Книга является вторым изданием учебника по курсу «Технологические измерения и при­ боры» для студентов высших учебных заведений, специализирующихся по автоматизации хими­ ческих производств (1-е издание вышло в 1966 г.).

и измерения свойств веществ». В этот раздел введены новые главы и параграфы: методы измерения концентрации растворов по вели­ чине температурной депрессии и по давлению насыщенных паров, магнитомеханические газо­ анализаторы, полярографические газоанализа­ торы, аэрозольно-ионизационные газоанализа­ торы, дешифраторы дифференциальных хромато­ грамм, сорбционно-кулонометрические влагомеры газов, диэлькометрические и сверхвысоко-частот­ ные (СВЧ) влагомеры твердых тел. В учебник введен также новый раздел — системы и машины централизованного контроля.

Теоретические сведения, обосновывающие ме­ тоды измерения или принципы работы измери­ тельных приборов, даны в небольшом объеме, так как большая часть этих сведений должна быть известна студентам из пройденных теоре­ тических и общетехнических дисциплин.

Приборы сгруппированы по роду измеряемой величины, а внутри каждой группы классифи­

В ВЕД ЕН И Е

§ 1® Измерения, единицы измерения

Метрология — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точ­ ности Е Современная метрология охватывает большой круг вопросов, включающих: общую теорию измерений, единицы физи­ ческих величин и их системы, методы и средства измерений, ме­ тоды определения точности измерений, основы обеспечения един­ ства измерений и единообразия средств измерений, эталоны и об­ разцовые средства измерений, методы передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим сред­ ствам измерений.

Метрология определяет измерение как нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Измерить какую-либо физическую вели­ чину — значит сравнить ее с другой однородной величиной (ме­ рой), принятой за единицу измерения.

Мерой называется средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера (на­ пример, гиря — мера массы, температурная лампа — мера яр­ кости и т. п.).

Число, выражающее отношение измеряемой величины к еди­ нице измерения, называется числовым значением измеряемой

Уравнение (1) является основным уравнением измерения, правая часть которого называется результатом измерения. Ре-'

1 Основные термины и определения, встречающиеся при измерении, даны по ГОСТ 16263—70. «Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Термины и определения».

5

Например, на рычажных весах масса взвешиваемого груза нахо­ дится по массе установленных гирь.

Нулевой компенсационный метод — сравнение с мерой,

причем результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля. К числу приборов, основанных на компенсационном методе, относятся потенциометры, уравнове­ шенные мосты и др.

Косвенными измерениями называются такие, при которых изме­ ряемая величина определяется на основании известной зависи­ мости между этой величиной и величинами, подвергаемыми пря­ мым измерениям. Примеры косвенного измерения: определение плотности однородного тела по его массе и геометрическим раз­ мерам; величины удельного электрического сопротивления про­ водника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения и т. п. Косвенные измерения широко применяются при контроле производственных процессов, когда прямые измерения невозможны.

В общем случае числовые значения измеряемой величины опре­

При совокупных измерениях числовые значения измеряемой величины определяются решением ряда уравнений, полученных из совокупности прямых измерений одной или нескольких одно­ родных величин (например, определение температурного коэф­ фициента линейного расширения).

Совместные измерения предусматривают одновременное изме­ рение двух или нескольких неоднородных величин для отыскания зависимости между ними.

Совокупными и совместными измерениями пользуются преиму­ щественно в исследовательской практике.

Измерение любой физической величины требует прежде всего установления единиц измерения. Такие единицы устанавливаются государственными стандартами. Применение этих единиц является обязательным и подлежит государственному контролю.

Единицы физических величин делятся на основные, пре изводные, когерентные, кратные и дольные.

Основные единицы устанавливаются произвольно, независимо от других единиц. К числу основных единиц относятся, например, метр, секунда, ампер и т. п. Главное условие выбора основных единиц — возможность точного их воспроизведения.

Производная единица — единица производной физической ве­ личины, образуемая по определяющему эту единицу уравнению из. других единиц данной системы единиц. Например, 1 м/с — единица скорости системы СИ.

7

Когерентная единица — производная единица, связанная с другими единицами системы уравнением, в котором числовой коэффициент принят равным единице. Например, единица ско­

Кратные единицы равны целому числу основных или произ­ водных единиц; дольные единицы составляют определенную долю основной или производцрй единицы.

По ГОСТ 7663—55 (табл. 1) кратные и дольные единицы обра­ зуются путем умножения или деления основной или производной единицы на определенную степень числа 10. При этом к наимено­ ванию основной или производной единицы прибавляется соответ­ ствующая приставка.

Совокупность основных и производных единиц, охватывающая все или только некоторые области измерения (механические, электрические и другие измерения), называется системой единиц физических величин.

С развитием науки и техники появился ряд систем единиц, основанных на метрической системе: СГС, МКС, МТС, МКГСС и др. Кроме того, в практике большое распространение получило значительное число внесистемных единиц (атмосфера, миллиметр ртутного столба, калория и др.). В СССР указанные системы еди­ ниц и внесистемные единицы предусмотрены соответствующими стандартами (ГОСТ). Наличие нескольких систем, а также вне­ системных единиц вызвало значительные затруднения, связанные с переводом значений измеряемых величин и соответствующих констант из одной системы единиц в другую и с введением боль­ шого числа переводных коэффициентов.

Таблица 1

Образование кратных и дольных единиц по ГОСТ 7663—55

Автоматизация производственных процессов и применение вычислительно-управляющей техники настойчиво требовали уни­ фикации единиц физических величин как основных характеристик

сигналов информации, применяемых в автоматических управля­ ющих устройствах. ^

8

В октябре 1960 г. XI Генеральной конференцией по мерам и весам принята Международная система единиц (СИ). Эта си­ стема единиц является единой универсальной системой, охваты­ вающей все отрасли науки, техники и народного хозяйства; этой системой воедино связаны механические, тепловые, электри­ ческие, магнитные и другие величины.

В СССР в 1961 г. утвержден ГОСТ 9867—61 «Международная система единиц». Этим стандартом, введенным в действие с 1 января 1963 г., устанавливается предпочтительное применение Между­ народной системы единиц во всех областях науки, техники и на­ родного хозяйства, а также при преподавании.

§ 2* Измерительные приборы

Измерительными приборами называются устройства измере­ ний, служащие для выработки сигнала измерительной информа­ ции в форме, доступной для непосредственного восприятия на­ блюдателем.

При централизованном контроле любой измерительный прибор включает три основных узла: первичный измерительный пре­ образователь, канал связи и вторичный прибор.

Первичный преобразователь — первичное измерительное устройство, установленное на объекте измерения, преобразует измеряемую величину в выходной сигнал, удобный для передачи по каналу связи. Например, термопара в цепи термоэлектрического термометра.

Прибор может включать один или несколько измерительных преобразователей (ИП). Так, например, прибор с унифицирован­ ным выходным сигналом состоит из первичного ИП, воспринима­ ющего измеряемую физическую величину и преобразующего ее в унифицированную естественную величину, и вторичного ИП, преобразующего естественную выходную величину первичного ИП в унифицированный сигнал, зависящий от измеряемой величины.

Вторичный измерительный преобразователь выполняет функ­ цию звена, связывающего первичный измерительный преобразова­ тель со вторичными устройствами (приборы, сигнализаторы, регуляторы, машины централизованного контроля, цифровые вычислительные машины) с помощью стандартного унифициро­ ванного сигнала, вырабатываемого (выделяемого) вторичным ИП.

Под естественной выходной понимается такая физическая величина (электрическая— напряжение, ток, сопротивление, ча­ стота и т. п. или неэлектрическая — давление, перемещение, усилие, угол поворота и т. п.), в которую наиболее рационально и просто преобразуется измеряемая величина в первичном ИП.

Мощности на выходе первичного ИП обычно недостаточно для преобразования его выходного сигнала в унифицированный сигнал, поэтому во вторичный ИП, как правило, входят усили­ тельные элементы.

9