Теплотехнические измерения

1.Понятие об измерении

Измерением называется процесс получения опытным путем чис­лового соотношения между измеряемой величиной и некоторым ее значением, принятым за единицу сравнения.

2. Числовое значение измеряемой величины

Число, выражающее отношение измеряемой величины к единице измерения, называется числовым значением измеряемой величины; оно может быть целым или дробным, но является отвлеченным чис­лом. Значение величины, принятое за единицу измерения, называ­ется размером этой единицы.

Чем меньше выбранная единица, тем больше для данной измеряемой величины будет числовое зна­чение. Результат всякого измерения является именованным чис­лом. Вследствие этого для определенности написания результата измерения рядом с числовым значением измеряемой величины ста­вится сокращенное обозначение принятой единицы. При выборе единиц измерения необходимо учитывать фактор «удобства» — результат измерений по возможности должен выра­жаться «удобным» числом: не слишком большим и не слишком ма­лым.

Если единица измерения представлена в виде конкретного об­разца, называемого мерой, то процесс измерения сводится к непо­средственному сравнению измеряемой величины с мерой, как мате­риальным выражением единицы измерения.

В тех же случаях, когда непосредственное сравнение невоз­можно или трудно осуществить, измеряемая величина преобразуется в некоторую другую физическую величину, однозначно связанную с измеряемой и более удобную для измерения. Например, измерение температуры жидкостно-стеклянным термометром сводится к определению длины жидкостного столбика, выраженной в деле­ниях шкалы, а измерение температуры с помощью термометра сопро­тивления к определению электрического сопротивления и т. п.

3. Прямые измерения

По способу получения числового значения искомой величины измерения можно разделить на два вида: прямые и косвенные.

К прямым измерениям относятся те, результат которых получа­ется непосредственно из опытных данных. При этом значение иско­мой величины получается либо путем непосредственного сравнения ее с мерами, либо посредством измерительных приборов, градуиро­ванных в соответствующих единицах. При прямых измерениях результат выражается непосредственно в тех же единицах, что и измеряемая величина. Прямые измерения являются весьма распространенным видом технических измерений. К ним относятся измерения длины — мет­ром, температуры — термометром, давления-—манометром и т. п.

4. Косвенные измерения

К косвенным измерениям относятся те, результат которых полу­чается на основании прямых измерений нескольких других вели­чин, связанных с искомой величиной определенной зависимостью.

К косвенным измерениям относится определение расхода жид­кости, газа и пара по перепаду давления в сужающем устройстве и т. п.

Косвенные измерения применяются в технике и научных иссле­дованиях в тех случаях, когда искомую величину невозможно или сложно измерить непосредственно путем прямого измерения или когда косвенное измерение позволяет получить более точные ре­зультаты.

5.Методы измерений

Под методом измерений понимается совокуп­ность приемов использования принципов и средств измерений.

Под принципом измерения понимается совокупность физических явлений, на которых основаны измерения, например измерение тем­пературы с использованием термоэлектрического эффекта, измерение расхода жидкостей по перепаду давления в сужающем устройстве.

Процесс измерения, способы проведения его и средства измере­ний, при помощи которых он осуществляется, зависят от измеряемой величины, существующих методов и условий измерения.

В метрологической практике кроме рассмотренных видов изме­рений применяют совокупные и совместные виды измерения .

В зависимости от назначения и от предъявляемой к ним точности измерения делятся на лабораторные (точные) и технические.

При вы­полнении теплотехнических измерений широко применяют метод непосредственной оценки, метод сравнения с мерой и нулевой метод.

Под методом непосредственной оценки понимается метод изме­рения, в котором значение измеряемой величины определяют непо­средственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия, например измерение давления манометром , измерение температуры термометром и т. п. Он является са­мым распространенным, особенно в промышленных условиях.

Метод сравнения с мерой — метод, в котором измеряемую вели­чину сравнивают с величиной воспроизводимой меры, например измерение э. д. с. термоэлектрического термометра или напря­жения постоянного тока на компенсаторе сравнением с э. д. с. нормального элемента. Его часто называют компенсационным.

Нулевым называется метод, при котором эффект действия изме­ряемой величины полностью уравновешивается эффектом известной величины, так что в результате их взаимное действие сводится к нулю. Применяемый при этом прибор служит только для установ­ления факта достижения уравновешивания и в этот момент показа­ние прибора становится равным нулю. Прибор, применяемый при нулевом методе, сам по себе ничего не измеряет и поэтому его обычно называют нулевым. Нулевой метод обладает высокой точностью измерения. Нулевые приборы, применяемые для осуществления данного метода, должны обладать высокой чувствительностью. Поня­тие точность к нулевым приборам неприложимо. Точность же ре­зультата измерения, производимого по нулевому методу, определя­ется в основном точностью применяемой образцовой меры и чувстви­тельностью нулевого прибора.

6.Общие сведения о средствах измерений

Средствами измерений называют технические средства, исполь­зуемые при измерениях и имеющие нормированные метрологиче­ские характеристики — характеристики свойств средств измерений, оказывающие влияние на результаты и погрешности из­мерений.

7.Виды средств измерений

Основными видами средств измерений являются меры, измери­тельные приборы, измерительные преобразователи и измерительные устройства.

Мера — средство измерений, предназначенное для воспроизве­дения физической величины заданного размера. Например, гиря есть мера массы; измерительный резистор - мера электрического сопротивления; температурная лампа - мера яркостной или цвето­вой температуры .

Измерительным прибором называют средство измерений, пред­назначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюда­телем.

Измерительный прибор, показания которого являются непрерыв­ной функцией изменений измеряемой величины, называют аналого­вым измерительным прибором. Если показания прибора, автомати­чески вырабатывающего дискретные сигналы измерительной инфор­мации, представлены в цифровой форме, то такой прибор называют цифровым.

Показывающим измерительным прибором называют прибор, до­пускающий только отсчитывание показаний. Если в измеритель­ном приборе предусмотрена регистрация показаний, то его называют регистрирующим.

Самопишущим измерительным прибором называют регистрирую­щий прибор, в котором предусмотрена запись показаний в форме диаграммы. Регистрирующий прибор, в котором предусмотрено печа­тание показаний в цифровой форме, называют печатающим.

Измерительным прибором прямого действия называют прибор, в котором предусмотрено одно или несколько преобразований сиг­нала измерительной информации в одном направлении, т. е. без применения обратной связи, например, показывающий манометр, ртутно-стеклянный термометр.

Измерительный прибор, в котором подводимая величина подвер­гается интегрированию по времени или по другой независимой пере­менной, называют интегрирующим измерительным прибором.

Измерительным преобразователем называют средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обра­ботки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Измерительные преобразователи в за­висимости от их назначения и функций могут быть подразде­лены на первичные, промежуточные, передающие, масштабные и другие.

Первичным преобразователем называют измерительный преобра­зователь, к которому подведена измеряемая величина, т. е. первый в измерительной цепи. В качестве примера можно привести термо­электрический термометр, термометр сопротивления, сужающее устройство расходомера . Измерительный преобразователь, занимающий в измерительной цепи место после первич­ного, называют промежуточным.

Передающим измерительным преобразователем называют изме­рительный преобразователь, предназначенный для дистанционной передачи сигнала измерительной информации .

Масштабным измерительным преобразователем называют изме­рительный преобразователь, предназначенный для изменения вели­чины в заданное число раз, например, измерительный трансформатор тока, делитель напряжения, измерительный усилитель и т. п.

Измерительными устройствами называют средства измерений, состоящие из измерительных приборов и измерительных преобразо­вателей. Измерительные устройства в зависимости от их назначения и функций, могут быть подразделены на первичные и промежуточные измерительные устройства (приборы).

Под первичным измерительным устройством (первичным прибо­ром) понимают средство измерений, к которому подведена измеряе­мая величина. Промежуточным измерительным устройством (про­межуточным прибором) называют средство измерений, к которому подведен выходной сигнал первичного преобразователя (например, перепад давления, создаваемый сужающим устройством). Первич­ные и промежуточные приборы, снабженные передающими преобра­зователями, могут быть выполнены с отсчетными устройствами или без них.

Вторичными измерительными устройствами (вторичными прибо­рами) называют средства измерений, которые предназначены для работы в комплекте с первичными или промежуточными приборами, а также с некоторыми видами первичных и промежуточных преобра­зователей.

Кроме рассмотренных средств измерений применяются более сложные измерительные устройства автоматического действия так называемые измерительные информационные системы. Под такими системами понимаются устройства с автоматическим много­канальным (во многих точках) измерением, а в некоторых случаях и обработкой информации по некоторому заданному алгоритму.

Следует отметить, что одним из важных признаков новых разра­боток средств измерений и элементов для устройств автоматизации (автоматического контроля, регулирования и управления) является унификация выходных и входных сигналов преобразователей, пер­вичных, промежуточных и вторичных приборов. Унификация вы­ходных и входных сигналов обеспечивает взаимозаменяемость средств измерений, позволяет сократить разновидность вторичных измерительных устройств. Кроме того, унифицированные приборы и элементы существенно повышают надежность действия устройств автоматизации и открывают широкие перспективы применения информационно-вычислительных машин.

9.Категории средств измерений

В зависимости от назначения, а вместе с тем и от той роли, кото­рую выполняют различные средства измерений (меры, измеритель­ные приборы и преобразователи) в процессе измерения, они делятся на три категории:

1. рабочие меры, измерительные приборы и преобразователи;

2. образцовые меры, измерительные приборы и преобразователи;

3. эталоны.

Рабочими средствами измерений называются все меры, приборы и преобразователи, предназначенные для практических повседнев­ных измерений во всех отраслях народного хозяйства. Они подраз­деляются на средства измерений повышенной точности (лаборатор­ные) и технические.

Образцовыми называются меры, приборы и первичные преобра­зователи (например, термоэлектрические термометры, термометры сопротивления), предназначенные для поверки и градуировки ра­бочих мер, измерительных приборов и преобразователей. Верхний предел измерений образцового прибора должен быть равен или более верхнего предела измерений поверяемого прибора. Допускае­мая погрешность образцового прибора или измерительного устрой­ства в том случае, когда поправки к его показаниям не учитываются, должна быть значительно меньше (в 4—5 раз) допускаемой погреш­ности испытуемого прибора .

Рабочие меры, измерительные приборы и преобразователи пове­ряются в институтах мер и измерительных приборов и в контроль­ных лабораториях системы Государственного комитета стандартов, мер и измерительных приборов.

Образцовые меры, измерительные приборы и первичные преобра­зователи, предназначенные для поверки рабочих, поверяются в Го­сударственных институтах мер и измерительных приборов и в Государственных контрольных лабораториях 1-го разряда по еще более точным образцовым мерам, приборам и преобразователям, т. е. образцовым средствам измерений более высокого разряда (напри­мер, образцовые приборы 2-го разряда поверяются методом сравне­ния с образцовыми приборами 1-го разряда). Образцовые меры, приборы и преобразователи высшего в данной области измерения разряда (1-го разряда) поверяются в Государственных институтах мер и измерительных приборов по соответствующим рабочим эта­лонам,

Меры, измерительные приборы и первичные преобразователи, служащие для воспроизведения и хранения единиц измерения с наивысшей (метрологической) точностью, достижимой при дан­ном уровне науки и техники, а также для поверки мер, приборов и преобразователей высшего разряда, называются эталонами.