- •«Оренбургский государственный университет»
- •«Методы и средства измерений, испытаний и контроля»
- •Содержание
- •Предисловие к третьему изданию
- •Введение
- •1 Предмет, задачи и содержание дисциплины
- •Метрологические истины
- •2 Классификация измерений (Виды измерений)
- •3 Области измерений
- •4 Величина, физические измерения
- •5 Методы измерений
- •6 Подготовка к измерениям
- •7 Погрешности измерений
- •8 Учет систематической погрешности и способы их уменьшения
- •9 Обработка результатов наблюдений и оценка погрешности
- •9.1 Прямые измерения с многократными наблюдениями
- •9.2 Прямые измерения с однократными наблюдениями
- •9.3 Косвенные измерения
- •9.3.1 Косвенные измерения при линейной зависимости
- •9.3.2 Косвенные измерения при нелинейной зависимости
- •9.4 Формы представления и интерпретация результатов измерений
- •9.5 Правила округления и записи результатов наблюдений и измерений
- •10 Средства измерений и их классификация по гси
- •10.1 Погрешности измерительных устройств
- •11 Нормирование метрологических характеристик
- •11.1 Структурные схемы и метрологические характеристики измерительных систем
- •11.2 Надежность средств измерений
- •11.2.1 Основные понятия и показатели теории надёжности /36/.
- •12 Метрологическое обеспечение измерений
- •12.1 Метрологические испытания средств измерений методом сравнения их погрешностей с эталонами при соотношении 1/3 показателей метрологической точности /32/.
- •12.1.2 Для чего существует метрологическая аттестация и поверка средств измерений, виды поверок и способы их выполнения /32/.
- •12.1.3 Достоверность поверки /32/.
- •12.1.4 Определение объема поверочных работ /32/.
- •12.1.5 Поверка по сокращенной программе. Методы поверки многопредельных и многоцелевых средств измерений /32/.
- •12.1.6 Способы определения числа поверяемых отметок в диапазоне измерений в аналоговых и цифровых измерительных приборах /32/.
- •12.1.7 Назначение и корректировка межповерочных интервалов /32/.
- •13 Применение вычислительной техники в средствах измерений /12/
- •14 Применение средств измерений /8, 11, 14, 16/
- •14.1 Измерение геометрических величин
- •14.1.1 Линейно-угловые измерения
- •14.1.1.1 Штангенинструменты
- •Штангенциркуль с двумя нониусами с пределами измерений 0—200 мм и 0—320 мм и величиной отсчета по нониусу 0,1 мм
- •Проверка на ощущение измерительного усилия при измерении большого внутреннего диаметра
- •14.1.1.2 Микрометрические измерительные средства
- •Соединение барабана с микровинтом
- •Положение измерительных поверхностей относительно измеряемых
- •Микрометр с циферблатом
- •14.1.1.3 Плоскопараллельные концевые меры длины
- •Примеры расчета размеров плоскопараллельных концевых мер
- •Составление плоскопараллельных концевых мер в блоки
- •14.1.2 Измерения линейно-угловых величин оптическими приборами
- •В) Закрепление кронштейна г) Установка стола
- •Настройка горизонтального оптиметра
- •С) Закрепление пиноли
- •Чтение показателей
- •Измерительная машина изм
- •Пример:
- •Установка машины в нулевое положение
- •А) Грубая установка пинольной бабки на нуль
- •Б) Грубая установка измерительной бабки на нуль
- •К) Стопорение пинольной трубки
- •Чтение показаний
- •Ж) Микроподача продольного хода стола
- •Измерение угла профиля и шага резьбы
- •Цена наименьшего деления штриховой окулярной головки 1’
- •Проекционный метод
- •Измерение методом осевого сечения
- •Выбор средств измерений
- •14.2 Средства измерения давления. Общие сведения
- •14.2.1 Жидкостные средства измерений давления с гидростатическим уравновешиванием
- •14.2.2 Чувствительные элементы деформационных средств измерений давления
- •14.2.3 Деформационные приборы для измерения давления
- •14.2.3.1 Измерительные приборы с одновитковой трубчатой пружиной
- •14.2.3.2 Измерительные приборы с многовитковой трубчатой пружиной
- •14.2.3.3 Измерительные приборы с сильфонным чувствительным элементом
- •14.2.3.4 Деформационные измерительные преобразователи давления, основанные на методе прямого преобразования
- •14.2.3.5 Емкостные измерительные преобразователи давления
- •14.2.3.6 Деформационные измерительные преобразователи основанные на методе уравновешивающего преобразования
- •Измерения тепловых величин
- •14.3.1 Общие сведения
- •14.3.2 Температурные шкалы
- •14.3.3 Классификация средств измерений температуры
- •14.3.4 Манометрические термометры
- •14.3.5 Жидкостные манометрические термометры
- •14.3.6 Конденсационные манометрические термометры
- •14.4 Термоэлектрические термометры
- •14.4.1 Термоэлектрический преобразователь
- •14.4.2 Включение измерительного прибора в цепь термоэлектрического преобразователя
- •14.4.3 Поправка на температуру свободных концов термоэлектрического преобразователя
- •14.4.4 Нормальный термоэлектрод
- •14.4.5 Удлиняющие термоэлектродные провода и термостатирование свободных концов тэп
- •14.4.6 Способы соединения тэп
- •14.4.7 Требования к материалам термоэлектродов и устройство тэп
- •14.5 Средства измерений сигналов термоэлектрических термометров
- •14.5.1 Магнитоэлектрический милливольтметр
- •14.5.2 Потенциометры
- •14.5.3 Автоматические потенциометры
- •14.5.4 Нормирующие преобразователи термоЭдс
- •14.6 Термопреобразователи сопротивления
- •14.6.1 Средства измерений, работающие в комплекте термопреобразователями сопротивления
- •14.6.1.1 Уравновешенные мосты
- •14.6.1.2 Неуравновешенные мосты
- •14.6.1.3 Нормирующие преобразователи
- •15 Электрические измерения /8, 10,11,14/
- •15.1 Измерение электрических величин аналоговыми и цифровыми преобразователями и измерительными приборами
- •15.2 Цифровые измерительные приборы.
- •16 Измерительные преобразователи неэлектрических величин
- •16.1 Параметрические измерительные преобразователи неэлектрических величин
- •16.1.1 Реостатные преобразователи
- •16.1.2 Тензочувствительные преобразователи (тензорезисторы)
- •16.1.4 Индуктивные преобразователи
- •16.1.5 Емкостные преобразователи
- •16.2 Генераторные преобразователи неэлектрических величин
- •16.2.1 Измерение температуры
- •16.2.2 Измерение перемещений
- •16.2.3 Измерение давлений, сил и крутящих моментов
- •16.2.4 Измерение скоростей и ускорений
- •Измерение расхода
- •17 Методы испытаний и контроля и их метрологическое обеспечение
- •17.1 Средства испытаний
- •17.1.1 Ареометры. Классификация ареометров /32/
- •Основные технические характеристики ареометров
- •Принцип действия ареометра. Особенности шкалы.
- •Капиллярная постоянная.
- •Основы конструирования ареометра
- •Пользование рабочими ареометрами
- •17.1.2 Ротаметры. Общие сведения о ротаметрах /31/
- •Конструкции ротаметров
- •17.2.3 Пикнометры /31/
- •17.1.4 Спиртомеры /31/
- •17.2.5 Аналитические весы /31/
- •17.2.6 Основные требования к газоанализаторам и тахометрам /31/
- •17.2.7 Торговые весы /31/
- •17.2.8 Одночашечные лабораторные весы /31/
- •17.2.9 Газоанализаторы /31/
- •17.2.10 Стеклянные жидкостные термометры /31/
- •18 Методы и средства контроля
- •18.1 Калибры и шаблоны
- •18.2 Вибростенды /33,34,35/
- •Приложение а
- •Приложение б
- •Приложение в
- •Приложение г
17.2.7 Торговые весы /31/
Рисунок 17.2.31 - Настольные гирные весы
Рисунок 17.2.31, лист 2
Рисунок 17.2.32 - Схема настольных гирных весов
Рисунок 17.233 - Настольные медицинские весы в роддомах.
а) общий вид; б) схема весов.
Рисунок 17.2.33, лист 2
Рисунок 17.2.34 - Настольные двухплечные циферблатные весы системы Беранже
17.2.8 Одночашечные лабораторные весы /31/
а) весы типа Робервада; в) весы типа Берчиже
Рисунок 17.2.35 - Устройство одноплечных весов:
17.2.9 Газоанализаторы /31/
ЭД – электродвигатель, 1 – Ртутный насос, 2 – Поглотительный сосуд,
3 – Колонки, 4 – Перо, 5 – Диаграмма на барабане
Рисунок 17.2.36 - Схема автоматического химического газоанализатора
1 – Источник инфракрасного излучения, 2 - Синхронный электродвигатель, 3 – Лампа осветителя, 4 – Фотосопротивление, 5 – Диск обтюратора, 6 – Фильтровая камера, 7 – Рабочая камера, 8 – Отражатель, 9 – Лучеприемник, 10 – Компенсирующая камера, 11 – Реверсивный двигатель, 12 – Реохорд, 13 – Источник питания, 14 – Микрофонный каскад усилителя, 15 Синхронный усилитель мощности, 16 – Усилитель мощности, 17 – Вторичный прибор.
Рисунок 17.2.37 - Схема оптико-акустического газоанализатора типа ОА
а - Лабароторный хроматограф типа ГСТЛ – 3; б - Промышленный хроматограф типа ХТП - 63
Рисунок 17.2.38 – Хроматографы
17.2.10 Стеклянные жидкостные термометры /31/
Благодаря сравнительно высокой точности, несложности устройства и дешевизне изготовления стеклянные жидкостные термометры являются наиболее распространенными приборами для измерения температур. В зависимости от требований, предъявляемых к термометрам, изготовляется много различных типов и разновидностей стеклянных жидкостных (в особенности ртутных) термометров, отличающихся конструкцией, размерами, пределами измерения и другими характеристиками. Принцип действия стеклянных жидкостных термометров основан на зависимости между температурой и объемом термометрической жидкости, заключенной в термометре.
Основными элементами конструкции термометра являются: стеклянный резервуар с припаянными к нему стеклянным капилляром; термометрическая жидкость, заполняющая резервуар и часть капилляра; шкала, градуированная в градусах температуры, расположенная вдоль капилляра. При повышении температуры термометра объем жидкости увеличивается, что заметно по изменению длины столбика жидкости в капилляре.
Конструкция и виды.
Стеклянные жидкостные термометры по своей конструкции делятся на три вида: термометры со вложенной шкалой; палочные и термометры со вложенной шкалой; палочные и термометры с наружной шкалой.
В термометрах со вложенной шкалой прямоугольная шкальная пластина и капилляр заключены в стеклянную цилиндрическую (или овального сечения) оболочку, припаянную к резервуару. Термометры со вложенной шкалой наиболее распространены, так как более удобны для применения. В палочных термометрах применяют массивные толстенные капиллярные трубки из которых выдувается и резервуар. Шкалу термометра наносят непосредственно на наружной стенке капилляра травлением или другим способом. По методу градуировки и применения стеклянные жидкостные термометры делятся на две группы: термометры, градуируемые при полном погружении, и термометры, градуируемые при неполном (рабочем) погружении.
Все рассматриваемые термометры по назначению и области применения могут быть разделены на следующие группы:
лабораторные общего и специального назначения; технические общего и специального назначения.
Термометрические жидкости.
В качестве основных термометрических жидкостей для заполнения стеклянных жидкостных термометров применяют ртуть, керосин, толуол, этиловый спирт, петролейный эфир и пентан. Температурные пределы применения этих жидкостей и их средние коэффициенты объемного теплового расширения приведены в таблице 17.2.6. Стекло по ГОСТ 1224-71.
Таблица 17.2.6 - Температурные пределы применения этих жидкостей и их средние коэффициенты объемного теплового расширения.
Термометрическая жидкость |
Температурный предел применения, оС |
Средний коэффи-циент объемного теплового расши-рения |
Нижний верхний истинный видимый |
|
|
||
Ртуть Керосин Толуол Этиловый спирт Петролейный эфир Пентан Ртутно-таллиевая амаль-гама (Нg 91,5%, Т1 8,5%) |
-35+750(+1200) -20+300 -80+100 -80+70 -120+25 -200+20 -59+20 |
0,00018 0,00095 0,00107 0,00105 0,00125 0,00092 0,00018 |
0,00016 0,00093 0,00107 0,00103 0,00150 0,00090 0,000016 |
В настоящее время все стеклянные жидкостные термометры изготовляются только из термометрических стекол.
Лабораторные термометры.
Лабораторные термометры общего применения предназначены для измерений температур в различных лабораторных и производственных условиях. Существуют четыре вида лабораторных термометров, характеристики которых представлены в таблице 17.2.7.
Таблица 17.2.7 – основные характеристики лабораторных термометров.
Вид термометров |
Температурная область применения |
Температурный интервал шкалы, оС |
Цена деления шкалы, оС |
Допустимая погрешность показаний, оС* |
I II III IV
|
10-60 55-115 140-300 300-500 |
15 10 8 4 |
4 10 20 50 |
0,01 ± 0,05 0,02 ± 0,1 0,05 ± 0,3 0,1 ± 1,2 |
*) Указанные значения допустимых погрешностей действительны при вертикальном положении термометра и нормальном давлении.
Точные лабораторные стеклянные ртутные термометры изготовляются с большой длиной градусного интервала и малой ценой деления: 0,01; 0,02; 0,05 и 0,1°С.
Технические термометры.
Технические термометры общего применения предназначены для измерения температур в самых различных отраслях производства. По форме нижней части технические термометры делятся на прямые и угловые - с углом изгиба 90 и 135 градусов. Допускаемая погрешность показаний технических термометров равна цене деления. Более подробно следует остановиться на характеристике электроконтактных термометров. По конструкции электроконтактные термометры делятся на два типа:
1) ТЗК, замыкающие и размыкающие электрические цепи при одной, двух или трех заданных и определенных для каждого данного термометра температурах;
2) ТПК с магнитной регулировкой контакта, замыкающие электрические цепи при любой температуре в пределах шкалы термометра.
Большинство термометров имеют вложенную шкалу, термометр ТС-12 и психрометры ПБУ-1М, ПС-14 - - прикладную, термометр ТЛ-3 - - палочного типа. Термометры кагатный ТС-5 и буртовой ТС-9 выпускаются соответственно в металлической и деревянной оправах. Термометр ТЛ-15 заполнен петролейным эфиром, а термометры ТП-10, ТП-11, ТС-2, ТС-3, ТС-4, ТС-5, ТС-7, ТС-8, ТС-9 -- толуолом, окрашенным в красный цвет.
Жидкостные стеклянные термометры расширения, у которых при стендовой поверке выявлены неустранимые дефекты, признают негодными для дальнейшего использования и не ремонтируют.
1 – постоянный магнит; 2 — медный провод; 3 — оболочка; 4 — верхняя шкала; 5 — микровинт; 6 — подвижный контакт; 7 — нижняя шкала; 8 — неподвижный контакт; 9 — резервуар; l — длина нижней части; L— длина верхней части; l1 — длина изогнутой части; d — диаметр нижней части.
Рисунок 17.2.39 - Термоконтактор с подвижным контактом
.
1 — зажим; 2 — оболочка; 3 — шкала; 4, 5 — контакты; 6 — капилляр; 7 — резервуар; l — длина нижней части; L— длина верхней части; l1 — длина изогнутой части; d — диаметр нижней части.
Рисунок 17.2.40- Термоконтактор с заданным контактом.
Проверка термометров перед установкой
Перед установкой на технологическом оборудовании жидкостные стеклянные термометры расширения должны пройти стендовую поверку: внешний осмотр, поверку показаний и поверку постоянства показаний.
При внешнем осмотре проверяют: целостность стеклянной оболочки термометра и капилляра; закрепление шкалы (не должна перемещаться) и четкость надписей на ней; отсутствие разрывов столбика жидкости в капилляре и следов испарившейся жидкости на его стенках; состояние выводов электрических контактов для электроконтактных термометров.
При поверке жидкостных стеклянных термометров расширения используют термостат, в который погружают поверяемый термометр и образцовый термометр более высокого класса точности. Показания отсчитывают после легкого постукивания по термометрам.
Постоянство показаний термометра поверяют путем поверки положения его нулевой точки перед основной поверкой и сразу после нее, то есть после нагрева термометра до максимальной температуры. Постоянство показаний термометров, не имеющих нулевой точки, поверяют по нижней оцифрованной отметке шкалы.
К числу устранимых дефектов жидкостных стеклянных термометров расширения относят разрыв столбика жидкости в капилляре и наличие следов испарившейся термометрической жидкости на стенках капилляра. Для устранения этого дефекта термометр подвергают шестикратному нагреванию до максимальной температуры. Если при этом налет на стенках капилляра не исчезнет или обнаружится неустранимый разрыв столбика жидкости, то термометр заменяют новым. В некоторых случаях удается устранить дефекты, связанные с окислением контактов или разрывами электрической цепи электроконтактных термометров.
