KURSY

1) Законы Ома

Закон Ома для электрической цепи. Согласно этому закону сила тока I в электрической цепи равна э. д. с. Е источника, поделенной на сопротивление цепи Rц, т. е. I = E / Rц

Полное сопротивление замкнутой электрической цепи можно представить в виде суммы сопротивления внешней цепи R и внутреннего сопротивления Ro источника. Поэтому сила тока

I = E / (R+Ro)

Чем больше э. д. с. Е источника и чем меньше сопротивление электрической цепи, тем больший ток проходит по этой цепи.

Э. д. с. источника электрической энергии равна произведению силы тока на полное сопротивление электрической цепи: E = IRц

Закон Ома для участка электрической цепи. Закон Ома может быть применен не только ко всей цепи, но и к любому ее участку. В этом случае э. д. с. Е источника в должна быть заменена разностью потенциалов между началом и концом рассматриваемого участка, т. е. напряжением U, а вместо сопротивления всей цепи в формулу должно быть подставлено сопротивление R данного участка. В этом случае закон Ома формулируется следующим образом. Сила тока I на данном участке электрической цепи равна напряжению U, приложенному к участку, поделенному на сопротивление R этого участка: I = U / R

2) Основные метрологические характеристики средств измерений

Абсолютная погрешность

Абсолютной погрешностью приближения называется модуль разности между истинным значением величины и её приближённым значением. , где — истинное значение, — приближённое.

Относительная погрешность

Относительной (приведенной )погрешностью приближения называется отношение абсолютной погрешности к модулю приближённого значения величины. , где — истинное значение, — приближённое.

Относительную погрешность обычно вызывают в процентах.

вариация показаний измерительного прибора

Разность показаний прибора в одной и той же точке диапазона измерений при плавном подходе к этой точке со стороны меньших и больших значений измеряемой величины.

Класс точности — основная метрологическая характеристика прибора, определяющая допустимые значения основных и дополнительных погрешностей, влияющих на точность измерения.

4) Способы измерения давления

Средства измерения, предназначенные для измерения давления и разности давлений, называются манометрами, Последние подразделяются на барометры, манометры, избыточного давления, вакуумметры и манометры абсолютного давления в зависимости от измеряемого ими соответственно атмосферного, избыточного, вакуумметрического и абсолютного давлений. Манометры, предназначенные для измерения давления или разрежения в диапазоне до 40 кПа (0,4кгс/см2), называются напоромерами и тягомерами. Тягонапоромеры имеют двустороннюю шкалу с пределами измерения до±20кПа (±0,2кгс/см2). Дифференциальные манометры применяются для измерения разности давлений. В зависимости от принципа, используемого для преобразования силового воздействия давления на чувствительный элемент в показания или пропорциональные изменения другой физической величины, средства измерения давления разделяются на жидкостные, деформационные, грузопоршневые, электрические, ионизационные и тепловые.

Поплавковые дифманометры. Принцип уравновешивания измеряемого давления силой тяжести столба рабочей жидкости используется в жидкостных поплавковых дифманометрах, которые являются разновидностью однотрубных манометров. В широком сосуде, куда подается большее из измеряемых давлений, плавает поплавок. Его перемещение, определяемое измеряемой разностью давлений, передается показывающей стрелке или записывающему устройству.

Трубчато-пружинные манометры. Большинство показывающих,

самопишущих, сигнализирующих манометров и преобразователей давления с трубчатой пружиной являются устройствами прямого преобразования, в которых давление последовательно преобразуется в перемещение чувствительного элемента и связанного с ним механически показывающего, регистрирующего, контактного устройства, элемента пневматического или электрического преобразователя.

Грузопоршневые манометры. В грузопоршневых манометрах измеряемое давление уравновешивается силой тяжести неуплотненного поршня с грузами. Манометры используются в качестве образцовых средств воспроизведения единицы давления в диапазоне от 10-1 до 1013 Па, а также для точных измерений давления в лабораторной практике.

Пьезоэлектрические манометры. Принцип действия манометров этого типа основан на пьезоэлектрическом эффекте, сущность которого состоит в возникновении электрических зарядов на поверхности сжатой кварцевой пластины, которая вырезается перпендикулярно электрической оси кристаллов кварца.

Манометры с тензопреобразователями. Манометры с тензорезистивными преобразователями по быстродействию приближаются к пьезоэлектрическим манометрам. Первые представляют собой мембраны, на которых размещены проволочные, фольговые или полупроводниковые резисторы, сопротивление которых меняется при деформации мембраны под действием давления.

5) Способы измерения расхода

1.Расходомеры переменного перепада давления.

Расходомеры переменного перепада давления основаны на зависимости от расхода перепада давления, создаваемого устройством, которое установлено в трубопроводе, или же самим элементом последнего.

2.Расходомеры с сужающими устройствами.

Они основаны на зависимости от расхода перепада давления, создаваемого сужающим устройством, в результате которого происходит преобразование части потенциальной энергии потока в кинетическую. Разность давлений до и после сужающего устройства измеряется дифманометром

3.Вентури-метры Принцип действия расходометров этого типа основан на эффекте Вентури.

Вентури-расходомер сужает поток жидкости в некотором устройстве, и датчики давления измеряют разницу давлений перед указанным устройством и непосредственно в месте сужения.

4.Дисковая диафрагма

Диафрагма представляет собой диск со сквозным отверстием, вставленный в поток. Дисковая диафрагма сужает поток, и разница давлений, измеряемая перед и после диафрагмы, позволяет определить расход в потоке. Этот тип расходомера можно грубо считать одной из форм Вентури-метров, однако имеющую более высокие потери энергии. Существует три типа дисковых диафрагм: концентрические, эксцентриковые и сегментальные.

5. Ротаметр Ротаметр состоит из конической трубки, расходящейся вверх, внутри

которой перемещается поплавок-индикатор. Измеряемый поток жидкости или газа проходит через трубку снизу вверх и поднимает поплавок. Чем выше поплавок, тем больше площадь вокруг него, через которую может течь поток. Поднявшись настолько, что сила тяжести FG уравновешивает подъёмную силу Fr со стороны потока, поплавок останавливается. Таким образом, каждому положению поплавка соответствует определённый расход.

6. Электромагнитный В основе электромагнитных расходомеров лежит взаимодействие

движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем, подчиняющееся закону электромагнит-ной индукции.

7. Кориолисовый Кориолисовые расходомеры — приборы, использующие эффект Кориолиса

для измерения массового расхода жидкостей, газов. Принцип действия основан на изменениях фаз механических колебаний U-образных трубок, по которым движется среда. Сдвиг фаз пропорционален величине массового расхода. Поток с определенной массой, движущийся через входные ветви расходомерных трубок, создает кориолисову силу, которая сопротивляется вибрации расходомерных трубок. Наглядно это сопротивление чувствуется, когда гибкий шланг извивается под напором прокачиваемой через него воды. 8) Вихревой Вихревой расходомер — разновидность расходомера, принцип действия

которого основан на измерении частоты колебаний, возникающих в потоке в процессе вихреобразования. В вихревых расходомерах для создания вихревого движения на пути движущего потока жидкости, газа или пара устанавливается тело обтекания, обычно в виде трапеции в сечении.

9) Тепловой Тепловой расходомер — расходомер, в котором для измерения скорости

потока жидкости или газа используется эффект переноса тепла от нагретого тела подвижной средой.

10) Ультразвуковой Простой способ измерения объемного расхода основан на свойствах

распространения ультразвука в жидкости. В результате ультразвукового измерения можно получить среднюю скорость жидкости, которая определяется по скорости распространения ультразвуковых волн.

Ультразвуковое измерение выполняется с помощью двух пьезоэлектрических преобразователей, помещенных по разные сторонам трубы на расстоянии

(вдоль оси трубы) по крайней мере, 100 мм друг от друга; они могут работать как в режиме излучения (прямо), так и в режиме отражения.

6) Способы измерения температуры

Температура-степень нагретости тела. Контактный. Бесконтактный.

Термометр жидкостный. Зависимость объёма от температуры.

Термометр манометрический. Зависимость давления от температуры. Действие манометрических термометров основано на изменении давления газа, пара или жидкости в замкнутом объеме при изменении температуры. Манометрический термометр состоит из термобаллона, гибкого капилляра и манометра. В зависимости от заполняющего вещества манометрические термометры делятся на газовые, парожидкостные и жидкостные. Термобаллон манометрического термометра помещают в измеряемую среду. При нагреве термобаллона внутри замкнутого объема увеличивается давление, которое измеряется манометром. Шкала манометра градуируется в единицах температуры. Капилляр (обычно латунная трубка внутренним диаметром, составляющим доли миллиметра) позволяет удалить манометр от места установки термобаллона. Капилляр по всей длине защищен оболочкой из стальной ленты. Манометрические термометры могут применяться во взрывоопасных помещениях. При необходимости передачи результатов измерений манометрические термометры снабжают промежуточными преобразователями с унифицированными выходными пневматическими или электрическими сигналами.

Термометр сопротивления. Зависимость сопротивления от температуры.

Действие термометров сопротивления основано на свойстве тел изменять электрическое сопротивление при изменении температуры. У металлических термометров сопротивление с возрастанием температуры увеличивается практически линейно, у полупроводниковых, наоборот, уменьшается.

Термопары

Принцип действия термопар (термоэлектрических пирометров) основан на свойстве двух разнородных проводников создавать термоэлектродвижущую силу (термо-э. д. с.) при нагревании места их соединения — спая. Проводники в этом случае называются термоэлектродами, а все устройство

— термопарой.

Пирометры излучения

Пирометры излучения предназначены для бесконтактного измерения температуры по тепловому излучению нагретых тел. Наиболее распространены радиационные пирометры. Действие радиационного

пирометра основано на измерении всей энергии излучения нагретого тела. Лучи от нагретого тела объективом фокусируются на зачерненной пластинке и нагревают ее. Температура пластинки при этом оказывается пропорциональной энергии излучения, которая, в свою очередь, зависит от измеряемой температуры. Для измерения температуры пластинки обычно применяют батарею последовательно включенных термопар, э. д. с. которой измеряется автоматическим потенциометром.

7) Способы измерения уровня

1.Гравитационные методы, при которых прямо или косвенно используется проявление силы тяжести контролируемой среды (законы Архимеда, сообщающихся сосудов, весовой метод и т. д.).

2.Полевые методы, в которых используются различного рода физические поля для идентификации границы раздела «жидкость–воздух» и эффекты их поглощения и отражения в контролируемой среде.

3.Лучевые методы, при которых используются лучи частиц или сфокусированный оптический луч источника света или лазера.

Первая группа методов – гравитационная – представлена пневматическим, гидростатическим, совмещённым, весовым методами. Полевые методы – это наиболее многочисленная группа методов, к ней относятся: ёмкостной; индуктивный; резистивный (омический);резонансный; СВЧ; ультразвуковой. В группу лучевых методов входят и радиоизотопный и оптический методы.

I . Контактные методы 1) Поплавковый

В них ЧЭ является поплавок, плавающий на поверхности жидкости. Перемещение его вместе с жидкостью преобразуется в электрический сигнал или в метрические единицы. Простейший УМ содержит поплавок, подвешенный на гибком тросе или тягах. На другом конце троса закреплён указатель – стрелка, перемещающаяся по метрической шкале, откалиброванной в единицах уровня. В УМ с дистанционной передачей поплавок соединяется с преобразователем линейных погрешностей в электрический сигнал (индуктивный или трансформаторный преобразователи).

2) Емкостной ЧЭ емкостного уровнемера представляет собой конденсатор, обкладки

которого погружены в среду. Он может быть выполнен в виде двух концентрических труб, пространство между которыми заполняется средой, либо в виде стержня, при этом роль второй обкладки играет металлическая стенка емкости. В случае проводящей жидкости ЧЭ покрывается изолятором, обычно фторопластом. Изменение уровня жидкости приводит к изменению емкости ЧЭ, преобразуемой в выходной электрический сигнал.

3) Гидростатический В основе принципа действия гидростатических уровнемеров - измерение

давления создаваемого гидростатическим столбом жидкости находящимся выше чувствительного элемента датчика и преобразование измеренного значения в действительное значение уровня. Так как значение уровня создаваемого гидростатическим давлением зависит от плотности среды и совершенно не зависит от формы, размера и объема емкости. Конструктивно из можно отнести к датчикам дифференциального давления. На мембрану с одной стороны воздействует давление создаваемое столбом измеряемой жидкости, с другой стороны на мембрану воздействует атмосферное давление для обеспечения точности измерения. При измерении уровня продукта находящегося в емкости по давлением, на мембрану вместо атмосферного давления, необходимо подавать давление, имеющееся в емкости.

Более точными методами являются измерения не относительного, а дифференциального (разностного) давления, которое получается в результате вычитания давлений подаваемых на чувствительный элемент дифференциального манометра (дифманометра) из разных точек.

4) Буйковый В уровнемерах применяется неподвижный, погруженный в жидкость буек 3 –

рисунок 55. Принцип действия буйковых уровнемеров основан на том, что на погруженный буек действует со стороны жидкости выталкивающая сила F.

5) Кондуктометрический Принцип действия основан на измерении электрической проводимости.

Если контролируемая жидкость покрывает электрод ВЕ, то между электродом и корпусом резервуара образуется электролитический контакт, то получает питание обмотка электромагнитного реле КV1. Реле срабатывает и через его замыкающий контакт КV1,1 получает питание лампа НL, сигнализирующая о достижении заданного уровня.

При обнажении электрода электрическая цепь питания реле и сигнальной лампы прерывается.

II . Бесконтактные методы

1) Зондирование ультразвуком Ультразвуковые и акустические уровнемеры. Действие основано на

измерении времени прохождения импульса ультразвука от излучателя до поверхности жидкости и обратно. При приеме отраженного импульса излучатель становится датчиком. Если излучатель1 расположен над жидкостью, уровнем называется акустическим, а если внутри жидкости - ультразвуковым.

2) Зондирование электромагнитным излучением Магнитное поле возбуждения создается одинаковыми катушками 3 и 4, по

которым протекают токи возбуждения, образованные соответственно от источников тока 9 и 8. Сигнал, возбуждаемый взаимодействием потока жидкости с магнитным полем на основе закона Фарадея, снимается с