Электронный образовательный ресурс
ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ
презентации к лекционному курсу
Автор: доцент, к.т.н. Цыпин Александр Владимирович Кафедра: АСУ ТП
Москва НИУ МЭИ
2011
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
1 |
|
Содержание:
Раздел 1: Методы и средства измерений температуры
Лекция 1: Общие сведения об измерении температуры. Температурные шкалы. Волюметрические и дилатометрические термометры.
Лекция 2: Термометры сопротивления.
Лекция 3: Термоэлектрические преобразователи. Элементы теории термопар.
Лекция 4: Термоэлектрические преобразователи. Компенсация температуры свободных концов Конструкция. Измерение термо-ЭДС.
Лекция 5: Методика измерения температуры контактными средствами измерения Лекция 6: Измерение температуры бесконтактными методами (пирометры)
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
2
Автор: доцент, к.т.н. Цыпин А.В.
Содержание:
Раздел 2: Методы и средства измерений давления
Лекция 7: Общие сведения об измерении давления. Жидкостные и деформационные манометры.
Лекция 8: Электрические средства измерения давления. Грузопоршневые манометры. Методика измерений давления и разности давлений.
Раздел 3: Методы и средства измерений уровня
Лекция 9: Методы и средства измерений уровня
Раздел 4: Методы и средства измерений расхода
Лекция 10: Общие сведения об измерении расхода. Расходомеры переменного перепада давления.
Лекция 11: Расходомеры постоянного перепада давления. Тахометрические расходомеры.
Лекция 12: Электромагнитные и ультразвуковые расходомеры.
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
3
Автор: доцент, к.т.н. Цыпин А.В.
Содержание:
Раздел 6: Измерение состава и свойств веществ
Лекция 14: Измерение влажности.
Лекция 15: Анализ состава газов. Объемные химические газоанализаторы. Тепловые и магнитные газоанализаторы. Лекция 16: Оптические, хемилюсцентные и циркониевые газоанализаторы.
Лекция 17: Хроматографические газоанализаторы. Лекция 18: Анализ состава жидкостей
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы»
4
Автор: доцент, к.т.н. Цыпин А.В.
Раздел 1
Методы и средства измерений температуры
Лекция 1
Общие сведения об измерении температуры.
Температурные шкалы.
Волюметрические и дилатометрические термометры.
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
5 |
|
Методы и средства измерений температуры Общие сведения об измерении температуры
Слово «температура» возникло в те времена, когда люди считали, что в более нагретых телах содержится большее количество особого вещества — теплорода, чем в менее нагретых.
Поэтому температура воспринималась как крепость смеси вещества тела и теплорода. По этой причине единицы измерения крепости спиртных напитков и температуры называются одинаково — градусами.
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
6 |
|
Методы и средства измерений температуры Общие сведения об измерении температуры
Температура
основная, то есть введенная произвольно, физическая величина, определяющая:
•законы изменения состояния идеального газа;
•коэффициент полезного действия идеального
термодинамического цикла Карно;
•среднюю кинетическую энергию хаотического (теплового)
движения молекул;
•мощность излучения абсолютно черного тела;
•распределение атомов по уровням энергии.
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
7 |
|
Методы и средства измерений температуры Общие сведения об измерении температуры
Измерения температуры – 80% измерений в промышленности.
Непосредственное измерение температуры невозможно.
Практически все процессы, происходящие под воздействием
тепла могут быть использованы для измерения
температуры, но для количественной оценки необходима точка отсчета (реперная точка) – эталонная температура.
Температура не подчиняется закону аддитивности
(значение величины, соответствующее целому объекту не
равно сумме значений величин его частей). Следовательно требуется определять температуру через какую-либо величину, подчиняющуюся аддитивному закону – требуется шкала измерений.
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
8 |
|
Методы и средства измерений температуры Температурные шкалы
Виды температурных шкал:
• шкала Кельвина
Температура отсчитывается от абсолютного нуля (состояние, соответствующее минимальной теоретически возможной внутренней энергии тела), а один Кельвин равен 1/273.16 расстояния от абсолютного нуля до тройной точки воды (состояния, при котором лёд, вода и водяной пар находятся в равновесии).
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
9 |
|
Методы и средства измерений температуры Температурные шкалы
Виды температурных шкал:
• шкала Цельсия
За 0 °C принимают точку замерзания воды, а за 100° точку кипения воды при нормальном атмосферном давлении.
Поскольку температура замерзания и кипения воды недостаточно хорошо определена, в настоящее время шкалу Цельсия определяют через шкалу Кельвина: градус Цельсия равен градусу Кельвина, абсолютный ноль принимается за −273,15 °C.
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
10 |
|
Методы и средства измерений температуры Температурные шкалы
Виды температурных шкал:
• шкала Реомюра
Предложенна в 1730 году Р.А. Реомюром, который описал изобретённый им спиртовой термометр. Единица — градус Реомюра (°R), 1 °R равен 1/80 части температурного интервала между опорными точками — температурой таяния льда (0 °R) и кипения воды (80°R).1 °R = 1,25 °C.
В настоящее время шкала вышла из употребления.
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
11 |
|
Методы и средства измерений температуры Температурные шкалы
Виды температурных шкал:
• шкала Фаренгейта
В настоящее время шкала Фаренгейта – это температурная шкала, 1 градус которой (1 °F) равен 1/180 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении, а точка таяния льда имеет температуру +32 °F.
Ноль градусов Цельсия — это 32 градуса Фаренгейта, а градус Фаренгейта равен 5/9 градуса Цельсия.
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
12 |
|
Методы и средства измерений температуры Температурные шкалы
Термодинамическая температурная шкала
Термодинамическая температурная шкала (шкала Кельвина) –
базируется на втором начале термодинамики и является основной температурной шкалой.
Реперная точка термодинамической температурной шкалы –
тройная точка воды tт,в = 273,16 К.
Достоинства шкалы:
•независимость от свойствв термометрического вещества
•высокая точность воспроизведения tт,в.
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
13 |
|
Методы и средства измерений температуры Температурные шкалы
Соотношение температурных шкал
Описание |
Кельвин |
Цельсий |
Фаренгейт |
Ранкин |
Delisle |
Ньютон |
Реомюр |
Rømer |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Абсолютный ноль |
0 |
−273.15 |
−459.67 |
0 |
559.725 |
−90.14 |
−218.52 |
−135.90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура таяния смеси Фаренгейта (соль и |
255.37 |
−17.78 |
0 |
459.67 |
176.67 |
−5.87 |
−14.22 |
−1.83 |
лёд в равных количествах) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура замерзания воды (Нормальные |
273.15 |
0 |
32 |
491.67 |
150 |
0 |
0 |
7.5 |
условия) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Средняя температура человеческого тела ¹ |
310.0 |
36.8 |
98.2 |
557.9 |
94.5 |
12.21 |
29.6 |
26.925 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура кипения воды (Нормальные |
373.15 |
100 |
212 |
671.67 |
0 |
33 |
80 |
60 |
условия) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Плавление титана |
1941 |
1668 |
3034 |
3494 |
−2352 |
550 |
1334 |
883 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поверхность Солнца |
5800 |
5526 |
9980 |
10440 |
−8140 |
1823 |
4421 |
2909 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в\из |
Кельвин |
Цельсий |
Фаренгейт |
|
|
|
|
Кельвин (K) |
= K |
= С + 273,15 |
= (F + 459,67) / 1,8 |
|
|
|
|
Цельсий (°C) |
= K − 273,15 |
= C |
= (F − 32) / 1,8 |
|
|
|
|
Фаренгейт (°F) |
= K · 1,8 − 459,67 |
= C · 1,8 + 32 |
= F |
|
|
|
|
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
14 |
|
Методы и средства измерений температуры Температурные шкалы
Международная температурная шкала МТШ-90
Положение о международной температурной шкале – это главный законодательный документ в области термометрии.
Он устанавливает значения температур основных реперных точек (фазовых переходов чистых веществ) и способ интерполяции между точками.
Цель разработки и изменений МТШ – максимальное приближение к термодинамической температурной шкале, которая реализуется через основные физические законы, связывает температуру с другими основными физическими величинами и универсальными постоянными, но реализация которой очень трудоемка и не может быть воспроизведена с достаточной точностью и стабильностью во всех национальных метрологических центрах
– хранителях государственных эталонов.
Введение новой редакции температурной шкалы сказывается на градуировках всех средств измерения температуры.
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
15 |
|
Методы и средства измерений температуры Температурные шкалы
Международная температурная шкала МТШ-90 Основные реперные точки.
|
Реперная точка |
T90/K |
t90/°C |
e-H2 |
Тройная точка |
13.8033 |
–259.3467 |
e-H2 |
Давление паров |
≈17 |
≈ –256.15 |
e-H2 |
Давление паров |
≈20.3 |
≈ –252.85 |
Ne |
Тройная точка |
24.5561 |
–248.5939 |
O2 |
Тройная точка |
54.3584 |
–218.7916 |
Ar |
Тройная точка |
83.8058 |
–189.3442 |
Hg |
Тройная точка |
234.3156 |
–38.8344 |
H2O |
Тройная точка |
273.16 |
0.01 |
Ga |
Точка плавления |
302.9146 |
29.7646 |
In |
Точка затвердевания |
429.7485 |
156.5985 |
Sn |
Точка затвердевания |
505.078 |
231.928 |
Zn |
Точка затвердевания |
692.677 |
419.527 |
Al |
Точка затвердевания |
933.473 |
660.323 |
Ag |
Точка затвердевания |
1234.93 |
961.78 |
|
|
|
|
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
16 |
|
Методы и средства измерений температуры Средства измерения температуры
Средства измерения температуры
Контактные Бесконтактные
волюметрические (изменение объема)
стеклянные термометры 
манометрические термометры
дилатометрические (изменение длины)
биметаллические термометры
термоэлектрические (изменение термо ЭДС)
термосопротивления (изменение сопротивления)
пирометрические |
спектрального отношения |
полного излучения |
монохроматические |
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
17 |
|
Методы и средства измерений температуры Волюметрические термометры
Средства измерения температуры
Контактные Бесконтактные
волюметрические (изменение объема)
стеклянные термометры 
манометрические термометры
дилатометрические (изменение длины)
биметаллические термометры
термоэлектрические (изменение термо ЭДС)
термосопротивления (изменение сопротивления)
пирометрические |
спектрального отношения |
полного излучения |
монохроматические |
Электронный образовательный ресурс: «Технические измерения и приборы» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
18 |
|