Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы и средства измерений. Учебное пособие для поверителей средств теплотехнических и физико-химических измерений
.pdf
В молодости он усиленно занимался чтением книг. В 17 лет
получил место у адвоката Иселина в Базеле и ввиду достаточного свободного времени увлекался изучением философских трудов
и юриспруденции.
В 1758 г. он издает свою первую книгу «Особенности прохождения света в воздухе». Через год выходит его новая работа
под названием «Большие перспективы». К этому времени он уже
приобрел авторитет среди физиков своей «Фотометрией», хотя
еще не в полной мере освоил практику эксперимента.
В 1761 г. изданы очередные работы Ламберта «О характере
движения комет» и «Космологические письма о строении вселенной». Он много занимается наукой. В 1765 г. Ламберт стал
действительным членом Берлинской академии. К 1772 году завершает свой четырехтомный труд «К вопросу об использовании математики».
Ламберт работал много, активно, разнообразно и беспрерывно с юношеских лет. Такой труд истинного ученого не мог не
отразиться на его здоровье. Диапазон его интересов в науке был
обширен. Он написал 21 самостоятельную научную работу,
большое количество статей и заметок в разных областях науки.
Ламберт в математике доказал иррациональность числа π.
Важное место в его научном творчестве занимают труды по
алгебре, проблеме параллельных теорем, перспективы сферической тригонометрии. В астрономии — исследование кометных
орбит, изучение строения Вселенной. Ламберт — автор идеи
универсального языка знаний.
Ламберт умер 25 сентября 1777 г. в Берлине.
Показатель преломления
Показатель преломления (рефракции) — физическая величина, характеризующая изменение скорости потока электромагнитного излучения при переходе из среды с одной оптической плотностью в среду с другой оптической плотностью; определяется
отношением скоростей потока электромагнитного излучения.
Абсолютный показатель преломления определяется отноше-
нием скорости электромагнитного излучения в вакууме к скорости излучения в данной среде.
Относительный показатель преломления характеризует со-
стояние потока электромагнитного излучения при переходе
из одного реального вещества в другое и равен отношению абсо-
dx
dv
dx
dv
SF η
dx
dv
лютных показателей преломления второго вещества к первому.
Показатель преломления является безразмерной величиной.
Вязкость
Вязкость — физическая величина, характеризующая свойство жидкостей или газов оказывать сопротивление перемещению
соседних слоев.
Иногда вязкость называют внутренним трением.
Основой закон вязкости установил Ньютон, который установил, что сила вязкости F, которую необходимо преодолеть при
перемещении смежных слоев жидкости или газа друг относительно друга, пропорциональна площади слоев S и градиенту
скорости в направлении, перпендикулярном движению
:
.
Коэффициент η называют динамической вязкостью, а произ-
водную
— скоростью сдвига. Жидкости, у которых динами-
ческая вязкость не зависит от скорости сдвига, называют ньюто-
новыми. Остальные — неньютоновыми.
Динамическая вязкость определяет свойство газа или жидкости, характеризующее сопротивление их течению.
Кроме динамической вязкости различают кинематическую
и условную вязкость.
Кинематической называют вязкость, определяемую отноше-
нием динамической вязкости к плотности вещества.
Условной вязкостью называют некий параметр, который может условно характеризовать вязкость данного материала. Например, вязкость может быть определена в виде времени истечения строго определенного объема жидкости через калиброванное
сечение прибора для измерения вязкости — вискозиметра. В этом
случае единицей вязкости является секунда. В вискозиметрах типа ВУ условную вязкость определяют как отношение времени
истечения 200 мл исследуемого вещества при температуре окружающей среды ко времени истечения того же объема при температуре 20 °С. В этом случае единица условной вязкости — безразмерная величина. Иногда ее обозначают в градусах ВУ (°ВУ).
Вязкость консистентных смазок характеризуют понятием
«эффективная вязкость» как вязкость, измеренную при заданной
скорости деформации и температуре.
Вязкость является производной физической величиной.
Единица динамической вязкости — паскаль-секунда, Па·с.
Применяется также единица динамической вязкости — пуаз
(0,1 Па · с).
Единица кинематической вязкости — квадратный метр на секунду, м2/с.
Применяется также единица кинематической вязкости стокс
(10–4 м2/с).
Единица вязкости стокс названа в честь английского физика
и математика Джорджа Габриеля Стокса.
Джордж Габриель Стокс родился 13 августа 1819 г.
в г. Скрин в Ирландии. Он окончил Кембриджский университет
и в 1841 г. стал преподавателем университета. В возрасте 30 лет
зачислен на должность профессора физики и математики
и в этой должности работал до конца жизни.
В 1845–1850 г.г. Стокс публикует ряд работ по вязкости
жидкостей. Он сделал расчет поправки на трение при колебаниях маятника в воздушной среде. Исследовал явление оптической
интерференции, работал в области динамической теории дифракции, рассмотрел общие вопросы прохождения волн от источника колебаний через упругие среды. В тот же период Стокс
формулирует закон о падении тел в вязкой среде, согласно которому скорость падения тел зависит от их массы.
В 1849 г. Сток опубликовал работу по исследованию гравитации на поверхности земли, что по существу явилось созданием
новой науки — геодезии. В 1851 г. Стокса избирают членом Лондонского королевского общества.
Через год он опубликовал работу по явлению, названному им
флюоресценцией. Стокс показал, что растворы некоторых веществ, которые в нормальных условиях бесцветны, становятся
цветными в ультрафиолетовом освещении. Стокс обосновал это
явление тем, что молекулы вещества, на которые падает свет,
начинают совершать колебательные движения, вызывая флюоресценцию. Он сформулировал правило Стокса, согласно которому длина волны флюоресцентного света больше, чем длина
волны возбуждающего света.
В 1854 г. Стокс становится секретарем Лондонского королевского общества, а с 1885 по 1890 г.г. — его президентом.
В 1854 г. он предположил, что черные линии, которые наблюдал Фраунгофер в солнечном спектре, могут быть результатом поглощения света более холодными атомами внешних
слоев Солнца. Впоследствии способ применения спектрального
анализа к небесным телам исследовали Кирхгоф и Бунзен, которые считаются авторами этого метода.
В Стоксе удачно сочетались талант математика и способности экспериментатора. Он проводил исследования свойств
ультрафиолетового излучения, работал над теорией морских
волн, теорией звука.
Умер Стокс 1 февраля 1903 г. в Кембридже.
Влажность
Влажность — свойство влажного вещества, качественная характеристика его состава, указывающая на содержание в нем влаги.
Количественными характеристиками влажности являются
величины влажности, например:
– массовая концентрация влаги — отношение массы влаги, содержащейся в веществе, к объему этого влажного вещества, кг/м3;
– молярная концентрация влаги — отношение количества
влаги, содержащейся в веществе, к объему этого влажного веще-
ства, моль/м3;
– массовая доля влаги — отношение массы влаги, содержащейся в веществе, к общей массе этого влажного вещества, %, ‰,
млн–1;
– объемная доля влаги — отношение объема влаги, содержащейся в веществе, к общему объему этого влажного вещества, %,
‰, млн–1;
– массовое отношение влаги — отношение массы влаги, содержащейся в веществе, к массе сухой части этого влажного ве-
щества, %, ‰, млн–1;
– объемное отношение влаги — отношение объема влаги, содержащейся в веществе, к объему сухой части этого влажного
вещества, %, ‰, млн–1;
– молярная доля влаги — отношение количества влаги, содержащейся в веществе, к общему количеству этого влажного
вещества, %, ‰, млн–1;
– молярное отношение влаги — отношение количества влаги,
содержащейся в веществе, к количеству сухой части этого влаж-
ного вещества, %, ‰, млн–1;
– парциальное давление водяного пара — давление, которое
имел бы водяной пар, находящийся во влажном газе, если бы он
занимал объем, равный объему этого влажного газа, при той же
температуре, Па;
– температура точки росы (инея) — температура, при которой водяной пар, содержащийся в газе, охлаждаемом изобарически, становится насыщенным над водой, °С, К.
РАЗДЕЛ 2
МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Три пути ведут к знанию:
путь размышления — это путь самый благородный,
путь подражания — это путь самый легкий
и путь опыта — это путь самый горький.
Конфуций
Изыскание истины должно
быть целью нашей деятельности:
это единственная цель, которая
достойна ее.
Анри Пуанкаре
Глава 2. ВИДЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
2.1. Основные понятия
Итак, метрология — это наука об измерениях. Следовательно, основное внимание эта наука уделяет процессу оценки размеров физических величин, а точнее — определению их числовых
значений. И, конечно, в каждом конкретном случае измерение
следует проводить с необходимой точностью.
Измерение — нахождение значения физической величины
опытным путем при помощи специальных технических средств.
Различают принцип, метод и вид измерений.
Принцип измерений — физическое явление или эффект, положенное в основу измерений. Например, измерение температуры термоэлектрическим преобразователем основано на термоэлектрическом эффекте, открытом Зеебеком.
Вид измерений — часть области измерений, имеющая свои
особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин. Например, измерение давления, измерение температуры, измерение рН и т.д.
Метод измерений — прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений.
К методам измерений относятся метод непосредственной
оценки, методы сравнения с мерой, дифференциальный метод.
Кроме того, различают контактный и бесконтактный методы
измерений. При контактном методе чувствительный элемент
средства измерений приводится в контакт с объектом измерения.
Например, измерение давления газа в трубопроводе с помощью
деформационного манометра. При бесконтактном методе измерений чувствительный элемент средства измерений не приводится в контакт с объектом измерений. Например, измерение температуры в трубчатой печи оптическим пирометром.
2.2. Виды измерений
По способам получения измерительной информации все измерения можно разделить на четыре вида: прямые, косвенные,
совокупные и совместные. Основными являются прямые измерения. Косвенные, совокупные и совместные измерения основаны
на некоторой комбинации прямых измерений.
По признаку «точность измерения» измерения делятся на
равноточные и неравноточные. Равноточные — измерения, которые выполнены одинаковыми средствами измерений в одинаковых условиях. Неравноточными называют измерения, которые
выполнены средствами измерений разной точности или в разных
условиях.
По числу измерений различают однократные и многократные
измерения. Однократными называют измерения, которые выполняются один раз. К многократным относят измерения физической
величины одного и того же размера, выполненные последовательно друг за другом. Основной задачей многократных измерений является уменьшение случайной погрешности измерения.
Прямые измерения
Если искомое значение величины находят непосредственно
из опытных данных, такое измерение называют прямым. В этом
процессе может участвовать одно или несколько технических
средств.
Иногда прямое измерение проводят путем сравнения измеряемой величины с мерой: например, измерение объема жидкости с помощью мерника. Чаще применяют такое средство, которое позволяет произвести отсчет показаний либо по шкале или
цифровому табло (дисплею), либо по записи на диаграммной бумаге.
Например, значение температуры в термостате можно измерить прямым измерением с помощью ртутного термометра. Значение давления в емкости можно определить прямым измерением
по показаниям деформационного манометра.
Косвенные измерения
Косвенным называют измерение, при котором искомое значение величины находят по известным зависимостям с использованием величин, найденных посредством прямых измерений.
Пример 1 косвенного измерения. На рис. 2.1 качестве примера косвенного измерения представлена схема измерения расхода
газа расходомером переменного перепада давления. Для измерения расхода выполняются прямые измерения перепада давления
на сужающем устройстве, температуры газового потока и давления газа перед сужающим устройством.
Рис. 2.1. Схема измерения расхода газа
газа) состав,(
1
p
pf
газа) состав,,(2TpfK
KT
T
p
p 1
с
с
с
с
с
p
с
T
(косвенное измерение)
1 — сужающее устройство; 2 — манометр;
3 — автоматический мост; 4 — дифманометр;
5 — термопреобразователь сопротивления
Перепад давления Δp на сужающем устройстве 1 измеряют
с помощью дифманометра 4. Температуру газа T измеряют комплектом «термопреобразователь сопротивления 5 — автоматический уравновешенный мост 3». Давление газа p измеряют манометром 2.
Полученные по результатам прямых измерений значения перепада давления, температуры и давления газа применяют для
расчета значения расхода газа в следующей последовательности:
– рассчитывают коэффициент расширения ε как функцию
перепада давления Δp и давления p и состава газа
;
– рассчитывают коэффициент сжимаемости K как функцию давления, температуры и состава газа
;
– рассчитывают плотность газа ρ по формуле
;
где
— плотность газа при стандартных условиях.
= 101,3 кПа и
= 20 °С — стандартные условия.
– окончательно определяют значение расхода газа Qо по
формуле
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]