- •С.В. Васильев, в.И. Недолугов основы измерений физических величин
- •Введение
- •Глава 1. Основы метрологии и измерительной техники
- •1.1. Измерение
- •1.1.1. Физическая величина
- •1.1.2. Виды средств измерений
- •1.1.3. Виды и методы измерений
- •1.2. Единство измерений
- •1.2.1. Единицы физических величин
- •1.2.2. Стандартизация
- •1.2.3. Эталоны
- •1.3. Точность измерений
- •1.3.1. Погрешность результата измерения
- •1.3.2. Погрешности средств измерений
- •1.3,3. Классы точности средств измерений
- •1.3.4. Основная и дополнительная погрешности
- •1.3.5. Методическая погрешность
- •1.3.6. Погрешность взаимодействия
- •1.3.7. Динамическая погрешность
- •1.3.8. Субъективная погрешность
- •1.4. Обработка результатов измерений
- •1.4.1. Обработка прямых измерений
- •1.4.2. Многократные прямые измерения
- •1.4.3. Обработка косвенных измерений
- •1.4.4. Расчет погрешности результата косвенного измерения
- •Глава 2. Аналоговые электроизмерительные приборы
- •2.1. Общие сведения
- •2.2. Электромеханические измерительные приборы
- •2.2.1. Приборы магнитоэлектрической системы
- •2.2.2. Приборы выпрямительной системы
- •2.2.3. Приборы термоэлектрической системы
- •2.2.4. Приборы электромагнитной системы
- •2.2.5. Приборы электродинамической системы
- •2.2.6. Электростатические вольтметры
- •2.2.7. Приборы индукционной системы
- •2.3. Электронные измерительные приборы
- •2.3.1. Электронные вольтметры переменного напряжения
- •2.3.2. Выпрямители (детекторы)
- •2.3.3. Особенности электронных измерительных приборов
- •2.4. Влияние формы сигнала на показания приборов
- •2.4.1. Сигнал без постоянной составляющей
- •2.4.2. Сигнал сумма переменной и постоянной составляющих
- •Глава 3. Электронно-лучевой осциллограф
- •3.1. Устройство электронно-лучевого осциллографа
- •3.1.1. Каналы вертикального и горизонтального отклонения
- •3.1.2. Электронно-лучевая трубка
- •3.1.3. Двухканальные электронно-лучевые осциллографы
- •3.2. Формирование изображений на экране электронно-лучевой трубки
- •3.2.1. Режим линейной развертки (режим y – t )
- •3.2.2. Режим y – X
- •3.2.3. Растровый режим (режим y – X – z)
- •3.3. Метрологий осциллографических измерений
- •3.3.1. Инструментальная погрешность
- •3.3.2. Погрешность взаимодействия
- •3.3.3. Субъективная погрешность
- •Глава 4. Аналоговые методы и средства регистрации
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Самопишущие приборы
- •1 Постоянным магнит; 2 ось; 3 катушка; 4 перо; 5 двигатель;
- •6 Бумага; 7 стрелка; 8 шкала
- •4.3. Светолучевые осциллографы
- •1 Источник света; 2 конденсор; 3 диафрагма; 4 зеркало; 5 постоянны
- •9 Зеркальный многогранник; 10 матовый экран
- •4.4. Измерительные магнитографы
- •4.5. Аналоговые запоминающие осциллографы
- •4.6. Сравнение возможностей аналоговых регистраторов
- •Глава 5. Цифровые измерительные приборы
- •5.1. Цифровые методы и средства измерений
- •5.1.1. Характеристики аналого-цифровых преобразователей
- •5.1.2. Методы аналого-цифрового преобразования
- •5.2. Цифровые частотомеры
- •5.2.1. Режим измерения частоты
- •5.2.2. Режим измерения периода
- •5.3. Цифровые вольтметры и мультиметры
- •5.3.1. Структура цифрового вольтметра
- •5.3.2. Структура цифрового мультиметра
- •5.4. Особенности выбора приборов
- •5.4.1. Выбор приборов по метрологическим характеристикам
- •5.4.2. Выбор диапазона измерения
- •Глава 6. Цифровая регистрация и анализ сигналов
- •6.1. Общие сведения
- •6.2. Цифровая измерительная регистрация
- •6.2.1. Устройство цифрового измерительного регистратора
- •6.2.2. Дискретизация, квантование и восстановление сигнала
- •6.2.3. Задание интервала регистрации
- •6.3. Цифровой анализ сигналов
- •6.3.1. Области анализа
- •6.3.2. Анализ во временной области
- •6.3.3. Анализ в частотной (спектральной) области
- •6.3.4. Вычисление параметров электропотребления
- •6.4. Характеристики типичных регистраторов/анализаторов
- •6.4.1. Регистраторы/анализаторы параметров электропотребления
- •6.4.2. Мини-логгеры
- •6.4.3. Компьютерные средства регистрации и анализа
- •Глава 7. Электрические измерения неэлектрических величин
- •7.1. Измерение температуры
- •7.1.1. Контактные методы и средства измерений
- •7.1.2. Бесконтактные методы и средства измерений
- •7.2. Измерение давления
- •7.2.1. Средства измерения давления
- •7.3. Измерение скорости движения потока вещества и его расхода
- •7.3.1. Основные понятия
- •7.3.2. Методы и средства измерения
- •Рекомендуемая литературы
- •Оглавление
- •Глава 1. Основы метрологии измерительной техники...…………………………………………………5
- •Глава 2. Аналоговые электроизмерительные приборы……………………………………...…………..35
- •Глава 3. Электронно-лучевой осциллограф……….70
- •Глава 4. Аналоговые методы и средства регистрации……………………………………….90
- •Глава 5. Цифровые измерительные приборы…………………103
- •Глава 6. Цифровая регистрация и анализ сигналов………………………………...…………..128
- •Глава 7. Электрические измерения неэлектрических величин…………………………………………..…..150
7.3. Измерение скорости движения потока вещества и его расхода
7.3.1. Основные понятия
Рассмотрим довольно распространенные задачи – измерения скорости движения потока вещества и его расхода. Эти физические величины часто связаны между собой и рассматривать их отдельно нецелесообразно.
При выборе измерителя расхода и/или скорости движения для конкретного эксперимента, помимо общих для всех средств измерений критериев (метрологические и эксплуатационные характеристики, начальная цена и стоимость обслуживания и др.), необходимо учитывать и специфические факторы измеряемой величины. Это – характер состояния вещества (жидкие, газообразные вещества, пар, многофазные среды, сыпучие вещества, крупные твердые предметы и др.), свойства исследуемой среды (плотность, вязкость, сжимаемость, химический состав, электропроводность, агрессивность, абразивность, смазывающие способности и др.), ее текущие характеристики (температура, давление, многофазность состояния, влажность – особенно для сыпучих сред). Немаловажными являются выбранные модели происходящих процессов – статические или динамические. Кроме того, следует учитывать условия и возможности монтажа средства измерения, возможные размеры, геометрию и материал трубопровода, условия проведения эксперимента, требования дополнительного оборудования, необходимость внешнего источника питания, время непрерывной работы, требуемую периодичность поверки и т.д. Очевидно, что при таком числе различных критериев проблема выбора становится достаточно серьезной, требующей квалифицированного и профессионального подхода.
Под расходом будем понимать количество вещества, проходящее через сечение потока в единицу времени.
Англоязычные термины измерителя скорости – Vе1оcitу Меtеr, измерителя расхода – Flowmeter.
Рассмотрим связь скорости и расхода на примере трубопровода, в котором течет жидкость. При выполнении определенных условий (трубопровод на достаточной длине прямой и полностью заполнен жидкостью, движение ее равномерное, внутреннее сечение трубопровода на достаточной длине постоянно и т.п.) значение текущего расхода Q рассчитывается по формуле
Q = ρvS = ρv (πd2/4),
где ρ – значение плотности жидкости; v – скорость движения потока; S – площадь внутреннего сечения трубопровода; d – внутренний диаметр трубопровода.
Существуют понятия текущего (мгновенного) Q и интегрального (суммарного) G расходов за определенный интервал времени t. Интегральный расход G в общем случае есть интеграл функции мгновенного (текущего) расхода q(t) на интервале t. В частном случае постоянного значения текущего расхода Q на интервале t интегральный расход G определяется простым произведением:
G = Qt.
Приборы для измерения интегрального значения часто называются счетчиками количества (Flow Totalizer). Современные приборы обычно обеспечивают оба режима работы.
Различают объемный расход (выражаемый единицами объема – л/с, м3/ч и т.п.) и массовый (выражаемый единицами массы – кг/мин, т/ч и т.п.). Объемный Qm и массовый Qm расходы связаны плотностью ρ среды исследуемого потока:
Qm = ρQV.