4.3 Универсальные методы измерения линейных и угловых размеров
Прогрессивными методами измерения линейных и угловых размеров являются бесконтактные оптические методы измерения. В качестве СИ при этом широко применяются большие и малые инструментальные микроскопы (рис. 4.6) и измерительные проекторы (рис. 4.7).
а б
Рисунок 4.6 – а-малый инструментальный микроскоп, б - автоматизированный измерительный проектор
Раздел 5 Методы и средства измерения механических величин
К механическим величинам относятся:
механическое напряжение;
деформация;
давление;
сила;
крутящий момент.
Все перечисленные механические параметры связывает то, что в результате их действия возникают механические напряжения, которые измерить непосредственно довольно сложно и трудоемко, поэтому используются некоторые промежуточные преобразования механического напряжения, в результате чего измеряется не оно само, а какая-то более удобная для измерения величина. Чаще всего такой величиной является величина электрическая: электрическое сопротивление, напряжение, ток, индуктивность и пр. Существуют и такие принципы преобразования, в которых механическое напряжение вызывает изменение каких-либо электрофизических параметров среды, например, оптической плотности, коэффициента преломления или поглощения, магнитной проницаемости и пр.
Условно процесс преобразования механических параметров можно представить в виде структурной формулы:
X → Z → Y,
где X, Z и Y являются соответственно множествами входных параметров, промежуточных и выходных величин.
В общем случае указанные переменные являются векторными величинами, поэтому необходимо учитывать как их абсолютную величину, так и направление. Но, как известно, учет векторного характера переменных аппаратурно и методически сильно усложняет процесс измерения, а также значительно сужает число возможных методов преобразования, поэтому в большинстве случаев измеряют скалярные величины. В тех же случаях, когда необходимо знать также направление действия измеряемого параметра, используются координатные методы измерения, заключающиеся в применении или многомерных СИ, или СИ, распределенных по соответствующим координатам. Наиболее характерным примером измерений, при которых необходимо учитывать направление действия параметра, является измерение механических напряжений, силы тяги и пр.
5.1. Измерение давления
Из всех параметров наиболее измеряемым является давление. Давление – одна из основных величин, связанных с описанием поведения жидких и газообразных сред. В нефтегазовом комплексе измерение давления в трубопроводах и хранилищах используется очень широко. Так, для контроля за целостностью нефте- и газопроводов и отсутствием несанкционированного доступа к ним используется непрерывный контроль за давлением в трубопроводной системе. При наличии изменения давления в какой-либо части трубопровода ниже или выше нормы он блокируется.
Еще одним характерным примером использования датчиков давления, в которых масса газа определяется по давлению в емкости, является отпуск газа, например, на газозаправочных станциях. Значительную часть выпускаемых промышленностью датчиков давления использует энергетика. В гидравлических, тепловых, ядерных и других энергетических установках необходим непрерывный контроль за давлением для обеспечения нормального режима работы, не говоря уже о риске разрыва стенок резервуаров и трубопроводов и возникновения аварийных ситуаций. В системах контроля за технологическими процессами датчики давления дают информацию о давлении сжатого воздуха, газа, пара, масла и других жидкостей, обеспечивающих надлежащее функционирование машин, механизмов, и о правильном протекании ТП.
Таким образом, необходимо более подробно рассмотреть методы измерения именно давления. Все задачи измерения давления можно разделить на следующие основные группы:
измерение абсолютного или избыточного давления;
измерение разности давлений;
измерение абсолютного давления газов;
измерение параметров звуковых волн в газовой и жидкостной среде (акустические измерения).