М. Бабаев - Приборостроение
Для повышения устойчивости работы термометров, например, с платиновым датчиком, изготавливают проволоку с диаметром больше 1 мкм и регистрируют показания датчика с помощью моста из сопротивлений.
Широкое применение нашли термодатчики из сплавов двух металлов, которые могут быть использованы в разных сочетаниях.
Термическая электродвижущая сила меняется по закону:
ε = x (T1-T2)
где T1, T2 – начальная и конечная (рабочая) температуры датчика при измерении, х – коэффициент термической электродвижущей силы, Мв/градус.
48. Бесконтактные методы измерения температуры
Бесконтактные методы измерения температуры. Методы также называют пирометрами. Их преимущества перед предыдущими в том, что из-за их мало-инерционности, которая повышает точность измерений, становится возможной регистрация температуры быстро изменяющихся объектов.
У пирометров вероятный предел измерения не ограничен: однако это не значит, что их нельзя применять для измерения температур в других диапазонах.
Погрешности в показаниях пирометров, к тому же немалые, вызваны необходимостью введения различных поправок при градуировании шкалы прибора.
Пирометры работают по следующему принципу. Из курса атомной и ядерной физики известно, что если имеется абсолютно черное тело с температурой Т, то полная энергия его излучения связана с температурой уравнением:
в котором δ = 5,75 ×10-12 вт × см2 × град-4– постоянная.
При этом имеется такая энергия, которая излучается с площади 1 см2 черного тела за 1 с.
Однако ни одно физическое тело в действительности не является абсолютным черным телом.
Поэтому температуру нагретого тела определяют по формуле
в которой ET определяется эмпирически или из таблицы, является коэффициентом черноты полного излучения.
В пирометрах для компенсации изменений в окружающей среде применяются компенсаторы в виде катушек из никелевой проволоки с конструктивным оформлением в виде термобатареи.
Визирование на расстоянии 1 м от излучателя – это номинальное визирование. Определение погрешности параметра сводится к определению
Δε = (ε2 – ε1),
где ε2, – практическая термическая электродвижущая сила черного тела (излучателя); ε1 – табличные данные термической электродвижущей силы пирометра с соответствующим телескопом (устройство, которое служит для концентрации излучения источника (черного тела) на термоприемник (датчик), состоит из многослойной термобатареи и оптической системы).
Инерционность пирометра – это время, требуемое для установления термической электродвижущей силы, равной 99 % от табличных данных термической электродвижущей силы при комнатной температуре 20 ± 2 °C.
49. Приборы для измерения давления
Давление – это напряженность жидкостей и газов, а также паров, которую формирует некоторое внешнее воздействие на них.
Как измерять эту напряженность?
С этой целью измеряют данные, приходящие на единичную площадь той поверхности, на которую приложено это усилие: причем усилие распределено нормально и равномерно по этой поверхности.
Это усилие определяется с помощью датчика. После данные датчика (датчиков) преобразуются в сигналы упругости, электричества и т. п.
Может случиться, что усилие на поверхности, т. е. напряженность среды, настолько мала, что чувствительность датчиков не может «замечать» это: тогда пользуются другими свойствами среды: теплопрово-димостью, степенью ионизации и другими свойствами, связанными с давлением.
Когда измеряется давление газов, то в определенных пределах его изменение с повышением высоты не учитывается.
С жидкостью же, наоборот: из курса «Гидравлика» известно, что увеличение глубины и давления имеют отношение прямой пропорциональности.
P = ρ0 + γz;
где: P – искомое или измеряемое давление; ρ0 – давление, которое воздействует на поверхность жидкости; γ – удельный вес поверхности, на которую действует давление ρ0; z – высота столба жидкости или глубина жидкости относительно поверхности.
Зависимость является одним из основных принципов, по которым измеряется давление не только жидкостей, но и других сред: кстати, уравнение можно применить для создания заданных давлений.
Основным, т. е. наиболее распространенным прибором для измерения давления является манометр: он имеет много разновидностей, вплоть до работающих на разности давлений.
Единицы измерения давления: как правило, оно измеряется в 1 кг/см2.
Однако основной единицей является Н/м2.
Между ними существуют следующие соответствия:
1) 1 мм вод. ст. = 9,8 Па;
2) 1 мм рт. ст. = 133,3 Па;
3) 1 атм = 760 мм рт. ст.
Для измерения очень сильных давлений пользуются килобарами (кбар), 1 кбар = 1000 атм. Формула для относительной погрешности.
50. Причины начальных погрешностей
Начальные погрешности в измерение могут вноситься по следующим причинам.
1.Удельный вес:
1) степень однородности среды нарушена вследствие нахождения в ней примесей (в том числе и растворимых газов; такие жидкостные среды в гидравлике называются вязкими жидкостями. Из-за нарушения этой вязкости и изменяется удельный вес рабочей жидкости);
2) может измениться ускорение силы тяжести: оно не всегда равно 9,8 Н, например, на уровне моря, где напор на поверхности H = 0, ускорение g = 6,65. С учетом этого измерения g, относительная погрешность, вносимая в измерение давления, выражается формулой:
где φ – значение географической широты. К изменению плотности приводит изменение не только вязкости, но и температуры, а это требует изменения длины самой шкалы для отсчета высоты столба. Изменение температуры на величину Δt вызывает температурную погрешность.
где β – коэффициент температурного расширения по объему; xm, хш – то же самое, но для линейного расширения узлов прибора (трубы и шкалы).
2. Высоты столбца:
1) погрешность введена при изготовлении шкалы, принято показания погрешности считать на ±0,5 мм; при использовании оптических устройств удается снизить эту погрешность до ±0,01 мм и даже больше; 2) изменение силы поверхностного натяжения также вносит погрешности, поскольку, по законам гидравлики, смачивается поверхность трубки и подъем жидкости увеличивается. Но в зависимости от этой силы, жидкость может не подниматься.
Уменьшение диаметра до величины <4мм тоже вносит погрешность.
3. Положение манометра.
Если отклонение трубки от вертикали составит угол X, то погрешность увеличивается на:
если угол очень небольшой, то согласно законам тригонометрии:
Если манометр изготовлен в 2-трубном исполнении (У-образный), то:
где h1, h2 – уровни жидкостей в соответствующих трубках.
51. Разновидности манометров
Жидкостные манометры: они не позволяют измерять значительных давлений: максимальные показания манометра зависят от самих линейных параметров манометра.
Особенностью этого манометра является то, что середина змееобразной трубки, которая получается после обьединения несколькиходнотрубных манометров У-образной формы, заполняется более легкой жидкостью, чем в рабочих концах.
При определении значений давления показания всех однотрубных или чашечных соединяются в одно.
ρ = γh1 + (γ – γ1)(h2 + h3 + ... + ...hn)
Погрешность, в основном, вносится в измеряемое значение ρ с параметрами γ и h.
Следовательно, нижняя граница измерений задается ценой деления шкалы, например, манометра. Измерения можно и нужно проводить до тех пор, пока величина погрешности не сопоставима, точнее, меньше либо равно цене деления.
Для получения более точной высоты столба, пользуются оптическими фото– и электронными следящими системами.
Применение металлических труб в этих случаях имеет свои преимущества: можно применять индуктивные следящие системы. При изменении положения манометра по вертикали увеличивается погрешность: но это происходит при х < 15°С.
Точность при наклонных трубках больше при x > 15°C. Более того, повышается чувствительность прибора
(в этом случае, его называют микроманометром):
где ρ – измеряемое давление; х – перемещение уровня жидкости в трубке.
Чувствительность может быть повышена еще значительнее, если воспользоваться двухжидкостным манометром: в манометре У-образная трубка переходит в концах в чашечки и заполнена разными жидкостями, близкими по удельному весу.
Для такого манометра, чувствительность
