Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы исследований процессов и материалов. Практикум
.pdf
К. П. Латышенко
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПРОЦЕССОВ И МАТЕРИАЛОВ
Практикум
2-е издание
Вузовское образование
Саратов • 2019
УДК 543
ББК 30.10
Л27
Рецензенты:
кафедра оптико-электронных приборов
Московского государственного университета геодезии и картографии;
Головин В. В. — кандидат технических наук, НПФ ХИМЭКОТЕК
Латышенко, К. П.
Л27
Методы исследований процессов и материалов [Электронный
ресурс] : практикум / К. П. Латышенко. — 2-е изд. — Электрон. дан.
и прогр. (6 Мб). — Саратов: Вузовское образование, 2019. — 197 с.
ISBN 978-5-4487-0400-0
В практикуме рассматриваются физические методы неразрушающего
контроля, методы и средства исследований процессов и материалов,
определяются их метрологические характеристики, правила обработки
результатов измерений.
Предназначен студентам, изучающим курсы «Методы исследования
процессов и материалов», «Технологические измерения и приборы», «Методы и
средства измерений, испытаний и контроля», «Автоматизация аналитического
контроля».
Для создания электронного издания использовано:
Приложение pdf2swf из ПО Swftools, ПО IPRbooks Reader,
разработанное на основе Adobe Air
© Латышенко К. П., 2013
© ООО «Вузовское образование», 2019
Введение
Научно-технический прогресс во многом определяется
объёмом и качеством измерительной информации,
получаемой с помощью средств измерительной техники.
Измерения являются одним из основных путей познания
человеком природы, они служат для контроля качества
веществ, материалов и изделий, совершенствования
технологии, автоматизации производств, учёта мате-
риальных ценностей, охраны здоровья и окружающей среды,
обеспечения безопасности труда и для многих других
областей человеческой деятельности.
Поэтому всё более возрастающие требования
предъявляют к качеству подготовки технических кадров, в
том числе подготовки специалистов в высшей школе.
С этой целью на кафедре мониторинга и автоматических
систем контроля (МАСК) МГУИЭ был создан лабораторный
практикум по методам исследований процессов и
материалов.
Лабораторный практикум составлен в соответствии с
программами изучаемых дисциплин, в нём использован
многолетний опыт проведения лабораторных работ на
кафедре МАСК.
Целью лабораторного практикума является изучение
физических методов неразрушающего контроля, методов
исследований процессов и материалов, средств измерений,
определение их метрологических характеристик,
приобретение навыков обработки результатов измерений,
измерение тех или иных физических величин.
Практикум включает в себя три взаимосвязанные части:
методы измерения параметров процессов, физикомеханических свойств материалов, а также качества изделий,
обеспечивающие в совокупности необходимый уровень
подготовки специалистов по указанным дисциплинам.
Лабораторный практикум состоит из введения и шести
глав.
3
В первой главе дан необходимый минимум сведений об
измерении и контроле, средствах измерений и их
характеристиках.
Во второй главе описано семейство измерительных
преобразователей типа «Корунд».
В третьей – изложена цель лабораторного практикума.
В четвёртой главе рассмотрено измерение таких
параметров процессов, как температура, давление, уровень и
расход с помощью измерительных преобразователей
семейства «Корунд» (7 лабораторных работ).
В пятой главе описано определение таких физикомеханических свойств материалов, как углы, геометрические
размеры изделия, шероховатость его поверхности, масса и
вес, удельная плотность и удельный вес изделия,
коэффициент трения скольжения, твёрдость (7 лабораторных
работ).
В шестой главе изучаются такие физические методы
неразрушающего контроля, как капиллярный, течеискания,
акустический, магнитный, электрический, оптический и
радиационный (7 лабораторных работ).
В зависимости от специализации и профиля подготовки
специалистов, а также возможностей конкретного вуза и
кафедры по предлагаемым методикам можно выполнять и
другие работы.
Практикум не претендует на полноту охвата
номенклатуры технических средств, применяемых в
настоящее время, и не заменяет справочников по средствам
измерения и автоматизации. Из-за ограниченного времени,
отводимого на проведение лабораторных работ, в практикуме
допущены отклонения от инструкций по работе с приборами.
Например, не требуется в полном объёме выдерживать время
прогрева приборов, время измерения температуры и т.п. Тем
не менее, хочется надеяться, что практикум позволит
активизировать самостоятельную работу студентов, укрепить
их знания и навыки, повысить успеваемость.
4
В работе над лабораторным практикумом принимали
также участие следующие преподаватели кафедры МАСК
МГУИЭ: доц. С.А. Дегтярёва, ст. преп. Е.Г. Куприн, проф.
В.Г. Патрикеев, а также студенты старших курсов и
аспиранты, обучающиеся на кафедре: И.А. Андреев, В.В.
Головин, А.В. Дырдин, Б.А. Иполитов, П.Н. Кова-ленко, П.А.
Мандрик, О.М. Мелехина, М.М. Мишина, В.А. Патрикеев,
Ю.В. Синёв, Д.В. Утенков.
5
ГЛАВА 1. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Получение продукции с заданными свойствами
предусматривает управление процессом её производства.
Управление – это целенаправленное изменение состояния
или параметров машины, объекта, системы, процесса в
соответствии с требуемым алгоритмом функционирования.
Автоматическое, т.е. без участия человека, управление
включает в себя следующие операции:
– измерение параметров процесса (объекта);
– принятие решения (управляющего воздействия) вычислительной машиной;
– выполнение (реализация) принятого решения исполнительным механизмом, воздействующим на объект.
Получение информации о процессе (объекте), т.е.
измерение, является обязательным и необходимым эта-пом
процесса управления. Поэтому рассмотрим процесс
получения и обработки информации более подробно.
Информация (от лат. informatio – разъяснение, изложение) – общенаучное понятие, включающее обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, автоматом и
автоматом.
В соответствии с Рекомендациями РМГ 29–99
метрология (от лат. metron – мера и …логия) – это наука об
измерениях, методах, средствах обеспечения их единства и
способах достижения требуемой точности. Различают
теоретическую, законодательную и практическую
(прикладную) метрологию.
Физическая (греч. , от – природа)
величина – одно из свойств физического объекта, физической
системы, явления или процесса, общее в качественном
отношении для многих физических объектов, но в
количественном отношении индивидуальное для каждого из
них.
6
Размер физической величины – это качественная
определённость физической величины, присущая
конкретному материальному объекту, системе, явлению или
процессу.
Значение физической величины – выражение размера в
виде некоторого числа принятых для неё единиц.
Истинное значение физической величины есть её
значение, которое идеальным образом характеризует в
качественном и количественном отношении физическую
величину. Оно может быть получено только в результате
бесконечного процесса измерений с бесконечным
совершенствованием методов и средств измерений.
Действительное значение физической величины –
значение физической величины, полученное экспериментальным путём и настолько близкое к истинному значению,
что в поставленной измерительной задаче может быть
использовано вместо него.
Измерение – это процесс нахождения значения физической величины опытным путём с помощью специаль-ных
технических средств.
Измерения могут быть однократные и многократные,
статические (от греч. ) и динамические (от греч.
– сила), контактные и бесконтактные, абсолютные и
относительные, равно- и неравноточные и др.
Абсолютное измерение – измерение, основанное на
прямых измерениях одной или нескольких основных величин
и (или) использовании физических констант (от лат. constans
– постоянный). Так измерение силы F = mg основано на
измерении основной величины – массы m и использовании
физической постоянной g.
Относительное измерение – измерение отношения
величины к одноимённой величине, играющей роль единицы,
или измерение изменения величины по отношению к
одноимённой величине, принимаемой за исходную.
7
Принцип (от лат. principium – начало, основа) измерений –
физическое явление или эффект, положенные в основу
измерений.
Метод (от греч. – исследование) измерений –
приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой
физической величины с её единицей измерения в
соответствии с реализованным принципом измерений. Метод
измерений обычно обусловлен средством измерений.
Вид измерений – часть области измерений, имеющая свои
особенности и отличающаяся однородностью измеряемых
величин.
По способу получения численного значения измеряемой
величины выделяют четыре вида измерений: прямые,
косвенные, совокупные и совместные.
Прямое измерение – измерение, при котором искомое
значение физической величины получают непосредственно
(измерение температуры термометром, длины – линейкой).
Прямые измерения проводят следующими основными
методами: непосредственной оценки, сравнения с мерой,
нулевым, замещением, дополнением и дифференциальным.
Косвенное измерение – определение искомого значения
физической величины на основании результатов прямых
измерений других физических величин, функционально
связанных с искомой величиной. Примеры косвенного
измерения: определение плотности одно-родного тела по его
массе и геометрическим размерам; удельного электрического
сопротивления проводника – по его сопротивлению, длине и
площади поперечного сечения, расхода – по перепаду
давления и т.п.
Совокупные измерения – это проводимые одновременно
измерения нескольких одноимённых величин, при которых
искомые значения величин определяют путём решения
систем уравнений, получаемых при измерениях этих величин
в различных сочетаниях.
Совместные измерения – проводимые одновременно
измерения двух или нескольких неодноимённых величин для
8
определения зависимости между ними, например,
определение температурного коэффициента линейного
расширения.
Совокупные и совместные измерения применяют, как
правило, в научно-исследовательской практике.
Кроме того, различают технические и технологические
измерения, контроль.
Технические измерения – это измерение количественных
и качественных характеристик свойств продукции (линейных
и угловых размеров, массы, шероховатости и т.п.).
Технологические измерения – измерение режимов,
характеристик и параметров технологического процесса
(уровня, температуры, давления, расхода, плотности, состава
среды и т.п.).
Контроль – операция, заключающаяся в определении
соответствия измеряемых величин допускам, установленным
на их значения для обеспечения нормального
функционирования технического объекта, процесса.
Средство измерений – средство, применяемое для
измерений, имеющее нормированные метрологические
характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу
физической величины, размер которой принимают
неизменным (в пределах установленной погрешности) в
течение известного интервала времени.
Автоматическое средство измерений – средство
измерений, производящее без непосредственного участия
человека измерения и все операции, связанные с обработкой
результатов измерений, их регистрацией, передачей данных
или выработкой управляющего сигнала.
Автоматизированное средство измерений – средство
измерений, производящее в автоматическом режиме одну
или часть измерений.
В общем случае средство измерений имеет следующую
структурную схему (рис. 1.1).
9
X Y
ПИП
ИП
ВП
Рис. 1.1. Структурная схема средства измерений
На этом рисунке приведены следующие обозначения и
сокращения:
X – входной сигнал (измеряемая величина);
Y – выходной сигнал;
ПИП – первичный измерительный преобразователь, на
который непосредственно воздействует измеряемая
физическая величина;
ИП – измерительный преобразователь, т.е. техническое
средство с нормированными метрологическими
характеристиками, служащее для преобразования
измеряемой величины в другую величину или
измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения;
дальнейших преобразований, индикации или передачи. По
характеру преобразований различают аналоговые,
цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи.
ВП – вторичный (показывающий) прибор, т.е. совокуп-
ность элементов средств измерений, которые обеспечивают
визуальное восприятие значений измеряемой величины или
связанных с ней величин.
Метрологические характеристики средств измерений
являются составной частью исходной информации:
– для определения результатов измерений и расчётной
оценки характеристик инструментальной составляющей
погрешности измерений;
– для расчёта метрологических характеристик каналов из-
мерительных систем, состоящих из средств измерений
с нормированными метрологическими характеристиками;
– для оптимального выбора средств измерений;
– для использования в качестве проверяемых
характеристик при контроле средств измерений.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]