- •А. А. Кузнецов, о. Б. Мешкова, т. А. Тигеева
- •Методы и средства измерений,
- •Испытаний и контроля
- •Омск 2009
- •Основы метрологии – науки об измерениях
- •Термины и определения
- •Основы теории передачи единиц физических величин
- •1.2.1. Виды поверок
- •1.2.2. Поверочные схемы
- •1.3. Методы поверки
- •1.3.1. Метод непосредственного сравнения
- •1.3.2. Метод сравнения с помощью компаратора
- •1.3.3. Метод косвенных измерений
- •1.4. Межповерочные интервалы
- •1.5. Процедура утверждения типа
- •Общие сведения об измерениях
- •2.1.Термины в области измерений
- •2.2. Классификация средств измерений
- •Основы теории погрешностей измерения
- •Систематические погрешности, их обнаружение и исключение
- •Компенсация систематической погрешности в процессе измерения
- •Случайная погрешность
- •Прямые измерения с многократными наблюдениями
- •Погрешность прямых однократных измерений
- •3.5.1. Однократное измерение с точным оцениванием погрешности
- •3.5.2. Однократное измерение с приближенным оцениванием погрешности
- •Погрешность косвенных измерений
- •Погрешности шкальных приборов
- •Измерительные преобразователи
- •4.1.Метрологические характеристики измерительных преобразователей
- •Приборы и методы измерения электрических величин
- •Измерения неэлектрических величин
- •Методы измерения параметров движения
- •6.1.1. Методы измерения перемещения и скорости
- •6.1.2. Тахометры
- •6.1.3. Методы измерения ускорений
- •Методы измерения вибрации
- •6.2.1. Индукционный датчик виброметра
- •6.2.2. Вихретоковый датчик вибраций и перемещений
- •6.2.3. Пьезоэлектрические акселерометры
- •6.3. Методы измерения расхода жидкостей и газов
- •6.3.1. Измерение расхода по перепаду давления
- •6.3.2. Объемные методы измерения расхода
- •6.4. Методы измерения давления
- •6.4.1. Методы и средства измерения давления
- •6.4.2. Виды конструкций чувствительного
- •Измерение вакуума
- •Измерение температуры
- •6.7. Методы измерения уровня заполнения резервуаров
- •Методы измерения концентрации вещества
- •Кондуктометрический метод измерения концентрации газов
- •Кондуктометрический метод измерения влажности
- •7.3. Магнитный метод измерения концентрации газов
- •7.4. Анализаторы газовой смеси по ее теплопроводности
- •7.5. Спектроскопия
- •Часть 1
- •644046, Г. Омск, пр. Маркса, 35
6.4. Методы измерения давления
Измерение давления необходимо практически в любой области науки и техники как при изучении происходящих в природе физических процессов, так и для нормального функционирования технических устройств и технологических процессов, создаваемых человеком. Давление характеризует напряженное состояние физических тел (твердое тело, жидкость, газ) в условиях всестороннего сжатия и определяется частным от деления силы, нормальной к поверхности, на площадь этой поверхности:
(6.3)
где Р – давление; F – нормальная сила, действующая на поверхность; S – площадь поверхности.
Понятие давления как физической величины во всех его проявлениях одинаково. Однако многие технологические процессы и работа технических средств определяются не самим давлением, а его изменением относительно другого (начального) значения давления. Такой вид давления называется относительным. Например, именно разность относительного давления в трубопроводе определяет движение газа, нефти, жидкости. Абсолютное давление – давление, значение которого при измерении отсчитывается от давления, равного нулю. Пример: абсолютное давление воздушной оболочки Земли на ее поверхность называется атмосферным давлением.
Следует выделить понятия «разность давлений» и «избыточное давление»: разность давлений – разность двух произвольных давлений, значение одного из которых принято за начало отсчета; избыточное давление – разность давлений, одно из которых, принятое за начало отсчета, является абсолютным давлением окружающей среды; парциальное давление – абсолютное давление одного из компонентов газовой смеси. Под этим понимается абсолютное давление одного компонента газа, которое определяется при условии, что газ займет весь объем; вакуум – состояние среды, абсолютное давление которой существенно меньше атмосферного.
С учетом специфики каждого из видов давления применяются специальные средства измерения – манометры и измерительные преобразователи давления. Манометр – измерительный прибор или измерительная установка для измерения давления или давлений с непосредственным отсчетом их значений. Дифференциальный манометр – прибор для измерения разности двух давлений, каждое из которых отличается от атмосферного давления. Международным комитетом по метрологии в качестве единицы давления принят паскаль (Па). По определению единица давления «паскаль» является отношением единицы силы к единице площади.
Размер единицы давления «паскаль» очень мал, для образного представления – это давление, вызываемое столбом воды высотой 0,1 мм.
6.4.1. Методы и средства измерения давления
Давлением называют силу, действующую на единицу площади поверхности, поэтому давление может быть определено непосредственно измерением силы, действующей на данную поверхность. На этом методе основаны грузопоршневые манометры, в которых сила, действующая на поршень с известной площадью, уравновешивается гирями.
Модификацией такого манометра являются жидкостные манометры, в которых измеряемое давление определяется по высоте и удельному весу столба жидкости. Исторически жидкостные манометры появилась раньше. Леонардо да Винчи (1452 – 1519 гг.) использовал пьезометрическую трубку для измерения давления воды в исследовании ее движения, однако изобретателем жидкостного манометра считают Торричелли и Вивиани (1643 г.). Давление в такой трубке вычислялось по формуле:
(6.4)
где Н – высота столба жидкости, м; g – ускорение свободного падения, ; – плотность жидкости,
Метрологическим достоинством указанных методов является способ воспроизведения физической величины с использованием трех основных единиц СИ – длины, массы и времени. Отсюда следует, что методы определения давления по указанным величинам являются фундаментальными и применяются для воспроизведения единицы давления эталонами грузопоршневого и жидкостного типов. Жидкостные и грузопоршневые манометры не требуют калибровки по эталонным измерителям, так как их показания могут быть определены путем измерения линейного размера и массы, и более того, они сами могут служить для аттестации образцовых средств измерения.
Средства измерения (измерительные преобразователи) давления по принципу действия чувствительного элемента можно разделить на группы:
средства измерения, принцип действия которых основан на прямых абсолютных методах: поршневые манометры, манометры с нецилиндрическим неуплотненным поршнем, колокольные, кольцевые и жидкостные;
средства измерения, использующие относительные методы: деформационные манометры и измерительные преобразователи, манометры других типов, принцип действия которых основан на изменении физических свойств чувствительного элемента под действием давления;
средства измерения, принцип действия которых основан на методах косвенных измерений: установки и приборы для определения давления по результатам измерения параметров физических свойств измеряемой среды