Методические указания и контрольные задания по дисциплине Технические измерения и приборы

11

Интегральная энергетическая яркость определяется законом Стефана-

Больцмана, который для абсолютно черного тела имеет вид

где - постоянная, равная 1,805-10-8 Вт/(ср м2 К4).

Энергетическая яркость реальных физических тел меньше яркости абсолютно черного тела. Спектральная энергетическая яркость реального тела связана с яркостью абсолютно черного тела выражением

,

где - монохроматический коэффициент теплового излучения при температуре Т.

Интегральную энергетическую яркость реального тела можно определить из выражения

,

где - интегральный коэффициент теплового излучения при температуре Т.

На законах излучения основывается ряд бесконтактных методов измерения температуры. Наибольшее распространение получили следующие методы измерения температуры по излучению:

-квазимонохроматической (яркостный) метод, использующий зависимость спектральной энергетической яркости тела от температуры;

-метод спектрального отношения (цветовой), основанный на перераспределении с температурой спектральных энергетических яркостей внутри данного участка спектра (отношения двух спектральных энергетических яркостей);

-метод полного излучения (радиационный), основанный на зависимости энергетической яркости тела от температуры в широком спектральном интервале.

В связи с чрезвычайным разнообразием излучательных свойств

реальных тел пирометры излучения градуируются по излучению абсолютно

изменение показаний вызовет изменение барометрического давления Рб на

0,005 МПа на отметках шкалы 0 и 500 °С.

1.4. Будет ли изменяться термо-ЭДС термоэлектрического термометра типа ХК при изменении температуры рабочего конца, но при сохранении разности температур рабочего конца и свободных концов, например

Е (300, 50 °С) и Е (600, 350 °С)?

1.5. Введите поправку в показания термоэлектрического термометра и определите температуру рабочего конца, если известно, что термо-ЭДС термометра типа S (платинородий—платиновый) равна 3,75 мВ, а

температура свободных концов 32 °С.

1.6. Термоэлектрический термометр типа S (платинородий—плати-

новый) подключен к измерительному прибору медными проводами.

Температура рабочего конца 700, свободных концов 20 °С. Изменится ли термо-ЭДС, если температура места подключения медного провода к платино-родиевому термоэлектроду увеличилась до 100 °С, а температура места подключения медного провода к платиновому термоэлектроду осталась равной 20 °С?

1.7. Температура пара измеряется термоэлектрическим термометром типа К, который с помощью удлиняющих термоэлектродных проводов подключен к милливольтметру. Милливольтметр установлен в помещении блочного щита, имеющего температуру 20 °С. Сопротивление милливольтметра 323, термометра в рабочих условиях 0,35 Ом. Подгонка сопротивления внешней линии до значения 5 Ом осуществляется при температуре 20 °С. Сопротивление удлиняющих термоэлектродных проводов 3,47 Ом при общей длине 150 м (в том числе 3 м внутри блочного щита).

Оцените относительное изменение показаний милливольтметра,

вызванное изменением температуры проводов от 20 до 65 °С. Температур-

15

проводов равно 4,5 вместо градуировочного значения 5 Ом.

Как изменится эта погрешность, если действительное сопротивление соединительных проводов будет 0,1, а градуировочное значение 0,6 Ом?

1.15. Каким образом оценить дополнительную погрешность измерения температуры медным термометром сопротивления, вызванную отклонением действительных значений R' и ' от номинальных.

Действительные значения: R0 = 49,90 Ом, 1 = 4,25-10-3 К-1.

Номинальные значения: Ro = 50 Ом; α = 4,28-10-3 К-1.

Текущее значение сопротивления термометра Rt = 75,58 Ом.

1.16. Равномерна ли шкала неуравновешенного моста при условии, что сопротивление источников питания равно нулю, а входное сопротивление измерительного прибора ИП бесконечно большое. Rt - термометр сопротивления градуировки 50 М.

16

1.17. Одинаков ли коэффициент преобразования S = dUвых/dRt

для трех мостовых схем, изображенных на рисунке, если внутреннее сопротивление источника равно нулю и R1= R2= R3= R.

1.18. Определите значение сопротивления Rк логометра, которое служит для контроля работы и подгонки сопротивления соединительных проводов. Логометр градуировки 100 П имеет шкалу 0-600 °С, красная черта нанесена на отметке шкалы 350 °С.

1.19. Оцените погрешность измерения температуры измерительной системой «термометр сопротивлений - логометр». Термометр сопротивления градуировки 50М. Логометр типа Л-64 со шкалой 0-150 °С, класса I. Стрелка прибора стоит на отметке 120 °С. Сопротивление соединительных проводов подогнано с точностью ±0,05 Ом. Допускаемая основная погрешность термометра 1°С.

17

2. Измерение давления

Единицей измерения давления в Международной системе единиц (СИ)

является паскаль (Па). Однако до настоящего времени применяются также приборы, отградуированные в кгс/см2, мм вод.ст., мм рт. ст. и барах. Между

этими единицами и паскалем имеют место следующие соотношения:

распространение получили различные виды жидкостных и пружинных (с

упругим чувствительным элементом) приборов.

В жидкостных приборах измеряемое давление (разность давлений)

уравновешивается давлением столба жидкости (разностью давлений столбов жидкости). Давление столба жидкости определяется высотой столба,

плотностью и ускорением свободного падения, поэтому погрешности измерения давления жидкостными манометрами связаны с погрешностями измерения высоты столба жидкости, точностью определения плотности,

которая зависит от температуры, и ускорения свободного падения,

определяемого географической широтой и высотой над уровнем моря.

Для решения задач, связанных с измерением давления, достаточно сведений в [2]. Основной формулой для жидкостных приборов давления является формула, устанавливающая зависимость между измеряемым избыточным давлением или перепадом давлений р, плотностью заполняющей жидкости р и разностью ее уровней h в обоих сосудах прибора:

р = hpg.

Из этой формулы легко могут быть получены выражения для погрешностей измерения, вызванных ошибками отсчета h или отклонением р и g от значений, принятых при градуировке. При решении задач следует внимательно следить за единицами получающихся величин, например, если

18

в вышеприведенную формулу подставить h в м, в кг/м3, gв м/с2, то р

будет в Па.

В пружинных приборах давление определяется по деформации упругих чувствительных элементов или развиваемой ими силе. На показания пружинных приборов может оказывать влияние температура окружающей среды, которая вызывает изменение свойств чувствительного элемента и передаточного механизма. Большое распространение получили приборы для измерения давления с унифицированным выходным сигналом, работающие по принципу компенсации усилий. Приборы этого типа применяются для измерения давления, разрежения, вакуума и разности давлений в широком

диапазоне значений измеряемого параметра.

При решении задач по приборам с силовой компенсацией следует четко представлять, что в статическом режиме в кинематической схеме этих

приборов происходит уравновешивание усилия, развиваемого

чувствительным элементом, усилием, действующим на этот элемент со стороны устройства обратной связи (электрического или пневматического).

Эти усилия легко могут быть рассчитаны по известным усилиям,

развиваемым отдельными элементами, и соотношению плеч. В настоящее время практически все выпускаемые приборы с силовой компенсацией имеют унифицированный выходной сигнал (электрический или пневматический).

Контрольные задачи

2.0. Определите цену деления чашечного манометра в единицах давления, если он заполнен ртутью. Диаметр минусовой трубки 6 мм,

диаметр плюсового сосуда 60 мм. Деления на шкале нанесены через 1 мм.

19

2.1. Рассчитайте, каким должно быть соотношение между диаметрами плюсового и минусового сосудов чашечного манометра, чтобы при отсчете уровня жидкости только в минусовом сосуде погрешность

измерения разности давления не превосходила 0,1 %.

2.2. Определите цену деления спиртового микроманометра с наклонной трубкой, если диаметр трубки 4 мм, диаметр плюсового сосуда

70 мм, угол наклона трубки микроманометра 48° 23', плотность спирта

(концентрация 96 %) в условиях градуировки при 20 °C 20 = 808 кг/м3.

Расстояние между отметками шкалы равно 1 мм. Ускорение свободного

плотности спирта, если микроманометр работает при температуре 35 °С

( 35 = 793 кг/м3).

2.3. Определите погрешность манометра с токовым выходным сигналом (0-5 мА) с пределами измерения 0-4 МПа, если при измерении давления 3,2 МПа выходной сигнал составил 3,93 мА.

2.4. Определите погрешность манометра с пневматическим выходным сигналом (0,02-0,1 МПа) и пределом измерения 0-0,6 МПа, если при давлении 0,45 МПа значение выходного сигнала составило 0,084 МПа.

2.5. Манометр, измеряющий давление пара, установлен на 5 м

ниже точки отбора. Манометр показывает р = 5 МПа, среднее значение температуры конденсата в импульсной линии t = 60 °С.

2.6. Какой должна быть жесткость пружины в колокольном дифманометре с пружинным уравновешиванием, чтобы изменение перепада давления от 0 до 1,6 кПа вызывало перемещение колокола на

4 мм? Диаметр колокола 50 мм.

2.7. Влияет ли плотность жидкости, заполняющей колоколь-

ный дифманометр, на его диапазон измерения?

20

2.8. Рассчитайте вес уравновешивающего груза кольцевого дифманометра с диапазоном измерения 0-4 кПа. Средний диаметр кольца

100 мм, сечение кольца 12,8 см2, расстояние от оси вращения кольца до центра тяжести грузов 65 мм. Максимальный угол поворота 50°.

2.9. В схеме напоромера с унифицированным токовым выходным сигналом при р = 01=0 катушка обратной связи находится в каком-то начальном положении. Определите, должна ли катушка втягиваться в магнитопровод при увеличении или, наоборот, выталкиваться для обеспечения компенсации усилий.