Предмет і завдання метрології. Роль і значення метрології в розвитку науки і техніки.

Предмет і завдання метрології. Роль і значення метрології в розвитку науки і техніки.

Метрологія -це наука про вимірювання, методи й засоби їх забезпечення та способи досягнення необхідної точності.

Предмет основ метрології передбачає вивчення методів вимірювання і контролю технологічних параметрів, вивчення, принципів роботи обладнання, засобів і методів t, витрати, рівня, тиску, засобів контролю, складу, якості речовин, а також систем дистанційної передачі вимірювальної інформації.

Основними завданнями метрології є: розвиток загальної теорії вимірювань, встановлення одиниць фізичних величин і узаконення певних одиниць вимірювань, розробка методик вимірювань та засобів вимірювальної техніки, забезпечення єдності та необхідної точності вимірювань, встановлення еталонів одиниць вимірювань; проведення регулярної повірки мір та вимірювальних прила­дів, що знаходяться в експлуатації; випробування нових засобів вимірювання тощо.

Метрологія має важливе значення для науково-технічного прогресу, оскільки без вимірювань, без постійного підвищення їх точності неможливий розвиток жодної з галузей науки і техніки. Завдяки точним вимірюванням стали можливими численні фундаментальні відкриття. Наприклад, вимірювання густини води з підвищеною точністю обумовило відкриття у 1932 р. важкого ізотопу водню — дейтерію, мізерний вміст якого у звичайній воді здатний збільшувати її густину.

Види звужуючих пристроїв, класифікація, будова, виготовлення, монтаж.

В залежності від параметрів і властивостей вимірюваного середовища, а також від діаметрів трубопроводів застосовуються різні звужуючі пристрої. Можна назвати дві основні різновиди звужуючих пристроїв, що випускаються промисловістю: діафрагми і сопла.

Дискова діафрагма безкамерна являє собою диск товщиною 4-8 мм, прохідний отвір якого розраховане на створення місцевого опору, що обумовлює вимірюваний перепад тиску. Дискова безкамерна діафрагма не в змозі забезпечити високої точності вимірювань. Справа в тому, що у дискових діафрагм відбори тиску і введені безпосередньо в трубопровід. Але оскільки швидкості в потоці середовища розподіляються по перетину трубопроводу нерівномірно, відбори тиску у дискових діафрагм реєструють якусь швидкість, характерну для даного місця відбору. Це і обумовлює недостатню точність вимірювань. Тому поряд з дисковими випускаються камерні діафрагми, здатні за своєю конструкцією забезпечити більш високу точність вимірювання.

Камерна діафрагма забезпечує усереднення тиску по колу трубопроводу кільцевими камерами, з яких і проводяться відбори тиску.

Сопло. Будь діафрагма створює в трубопроводі відчутну безповоротну втрату тиску середовища. Це обмежує область застосування діафрагм в тих випадках, де технологічні умови не допускають наявності таких втрат. Наприклад, при низькому тиску газоподібних середовищ і високих тисках пароподібних застосовують інший вид звужено пристрої - сопла, які за рахунок більш плавних конструктивних форм активної частини створюють більш низькі безповоротні втрати тиску вимірюваного середовища. Так само як діафрагми, сопла бувають камерні і безкамерні.

Звужуючі пристрої повинні монтуватися в попередньо встановлених фланцях тільки після очищення і продувки технологічних трубопроводів, бажано перед їх обпресуванням. Установка звужуючих пристроїв повинна проводитися так, щоб в робочому стані позначення на їх корпусах були доступні для огляду.

Звужуючий пристрій можна встановлювати тільки на прямій ділянці трубопроводу незалежно від положення цієї ділянки в просторі. При виборі місця установки звужено пристрої необхідно мати на увазі, що вимірюється потік в цьому місці повинен цілком заповнити перетин трубопроводу. Установка звужено пристрою повинна бути виконана таким чином, щоб точно збіглися отвори трубопроводу і звужуючого пристрою.

Місце установки звужуючого пристрою повинно вибиратися так, щоб вимірювальний ділянку трубопроводу був прямим і з круглим перетином. Не допускається установка звужуючого пристрою безпосередньо у місцевих опорів.

Похибки вимірювань, похибки засобів вимірювання. Допустима похибка, клас точності.

Похибка вимірювання (error of a measurement - англ.)— це відхилення результату вимірювання від істинного значення вимірюваної фізичної величини.

В залежності від обраної класифікаційної ознаки існують різні класифікації похибок вимірювання, серед яких можна виділити найбільш поширені:

- за формою вираження;

- за джерелами виникнення;

- за закономірностями виникнення та прояву.

Вимірювання фізичних величин не можна виконати абсолютно точно через недосконалість методів і засобів вимірювальної техніки, а також через вплив зовнішнього середовища та залежно від індивідуальних особливостей спостерігача.

Внаслідок дії багатьох випадкових та детермінованих чинників, які проявляються як у процесі виготовлення та експлуатації засобів вимірювань, так і в процесі вимірювань, покази вимірювальних приладів неминуче відрізняються від істинного значення вимірюваної величини.

Такі відхилення характеризуються похибками засобів вимірювань. Розрізняють похибки абсолютні, відносні, приведені тощо.

Абсолютною похибкою засобу вимірювань називається різниця між показом засобу вимірювань та істинним значенням вимірюваної величини за відсутності методичних похибок і похибок від взаємодії засобу вимірювань з об'єктом вимірювання.

Відносною похибкою засобу вимірювань називається відношення абсолютної похибки засобу вимірювань до істинного або дійсного значення вимірюваної величини, виражене у відсотках.

Приведеною похибкою засобу вимірювань називається відношення абсолютної похибки до розмаху шкали засобу вимірювань, виражене у відсотках.

Клас точності — узагальнена характеристика засобу вимірювальної техніки, що визначається границями його допустимих основних і додаткових похибок, а також іншими характеристиками, що впливають на його точність, значення яких регламентуються стандартами на окремі види засобів вимірювань.

Вимірювання витрати методом постійного перепаду тиску. Ротаметри пневматичні і електричні.

До приладів з постійним перепадом тиску відносяться ротаметри поплавкові. Шкала яких практично рівномірні, їх можна використовувати для виміру мали витрат тиску, витрати тиску незначні і не залежать від витрат.

Потік рідини або газу який проходить через ротаметр знизу піднімає поплавок до того моменту доки розширюється щілина між поплавком і стінкою конічної трубки, не досягне такого моменту величини при якій діючі на поплавок сили зрівноважується. При рівно дії сили поплавок встановлюється на деякій висоті яка буде залежати від величини витрати, якщо витрата не зміниться поплавок залишиться в тому ж положенні. В ротаметрі поплавок повністю занурений в вимірювальне середовище. Клас точності дорівнює 1; 1.5.

Промисловість виготовляє ротаметри 3 типів:

1) Місцеві скляні ротаметри, типу РМ-0, РС-3А;

2) З пневматичною дистанційною передачею;

3) З електричною передачею.

 

Буйкові рівнеміри.

Їх робота базується на використанні виштовхувальної сили, що діє на занурене у рідину тіло (буйок) у вигляді циліндра, довжина якого значно більша від його діаметра, а питома густина значно більша під питомої густини досліджуваної рідини.

Такий буйок механічно з'єднаний з чутливим елементом вторинного перетворювача, а його переміщення обмежується за допомогою пружини, закріпленої одним кінцем до верхньої частини буйка, а другим до нерухомої частини перетворювача. Такий буйок, що вільно підвішений на пружині, служить масштабним перетворювачем порівняно великих змін рівня (до 10-20 м) у порівняно невеликі переміщення буйка та чутливого елемента вторинного перетворювача. Залежно від рівня рідини на буйок буде діяти підйомна сила, внаслідок чого пружина стискається, а чутливий елемент, яким може бути, наприклад, плунжер індуктивного чи взаємоіндуктивного перетворювача, переміщується, змінюючи відповідно вихідну індуктивність (повний електричний опір) чи вихідну ЕРС.

Функцію перетворення буйкового перетворювача можна визначити, виходячи з таких положень. При зануренні буйка в досліджувану рідину на нього буде діяти виштовхувальна сила.

 

Вимірювання рН.

pH-метр - прилад для вимірювання водневого показника (показника pH), що характеризує концентрацію іонів водню в розчинах, питній воді, харчової продукції та сировини, об'єктах навколишнього середовища і виробничих системах безперервного контролю технологічних процесів, в тому числі в агресивних середовищах. Зокрема, pH-метр застосовується для апаратного моніторингу pH розчинів поділу урану і плутонію, де вимоги до коректності показань апаратури без її калібрування надзвичайно високі.

Дія pH-метра грунтується на вимірюванні величини ЕРС електродної системи, яка пропорційна активності іонів водню в розчині - pH (водневий показник). Вимірювальна схема по суті являє собою вольтметр, проградуйований безпосередньо в одиницях pH для конкретної електродної системи (зазвичай вимірювальний електрод - скляний, допоміжний - хлоросеребряний).

Вхідний опір приладу має бути дуже високим - вхідний струм не більше 10 в-10А (у хороших приладів менше 10 в-12А), опір ізоляції між входами не менше 10 в11Ом, що обумовлено високим внутрішнім опором зонда - скляного електрода. Це основна вимога до вхідних схемою приладу.

 

Ємнісні рівноміри типу СУС.

Будова і принцип роботи:

1. ПП – первинний перетворювач

2. ВП – вторинний перетворювач

Будова ПП:

1. Чутливий елемент має форму стержня, пластини, циліндра;

2. Корпус;

3. Електричний блок, що складається з плати з елементами електричної схеми.

Чутливий елемент з*єднається з корпусом за допомогою ущільнювача, що витримує тиск 0,25-6,4 МПа, залежно від тиску ПП який одночасно є електричним ізолятором.

Будова ВП:

1. Блок

2. Корпус

3. Кришка

Корпус і кришка забезпечує захист від проникання води і пилу завдяки гумовим прокладкам. Блок схема складається з шасі на якому розміщені реле, трансформатор, блок електробезпеки і колодки до яких підключена зовнішня проводка.

 

Індукційні витратоміри.

Електромагнітні (індукційні) витратоміри - це витратоміри, що працюють за принципом взаємодії протікає через витратомір рідини з магнітним полем. В основі процесу лежить закон електромагнітної індукції. Відповідно, вимірювана рідина повинна бути електропровідного.

Індукційні витратоміри є ідеальними приладами для вимірювання всіх рідин, електропровідність яких становить мінімально 5 μS / см.

Ці вимірники є дуже точними, вимірювання не залежить від щільності, температури і тиску вимірюваного середовища.

Принцип вимірювання

Принцип вимірювання індукційного витратоміра заснований на законі Фарадея про індукції напруги в рухомому провіднику: рухається-чи провідник в магнітному полі, то в ньому виникає електрична напруга, величина якого прямо пропорційна середній швидкості руху цього провідника.

У разі індукційного витратоміра провідником є ​​вимірювана рідина, яка рухається в магнітному полі. При русі рідини виникає електричне напруження, яке знімається за допомогою пари електродів. Величина цієї напруги прямо пропорційна середній швидкості руху вимірюваної рідини.

 

П'єзометричні рівноміри.

П'єзометрична система контролю рівня застосовується для вимірювання рівня рідини у відкритих ємностях або закритих з невеликим надлишковим тиском до 5кг*с/см2.

Будова:

1. Ємність

2. П'єзометрична трубка

3. З*єднувальна трубка

4. Ротаметр системи ДСП-4

5. Ротаметр БПВ-4(РС)

6. Редуктор повітря

7. Фільтр повітря

8. Вторинний показуючий прилад

Рівень визначається методом продування стиснутого повітря через шар стиснутої рідини. Принцип роботи оснований на властивості витіснення рідини з п'єзометричної трубки тиском повітря.Цим методом вимірюється рівень в*язких агресивних, особливо агресивних кислот і пульп, а також рівень у киплячому шарі.

П'єзометрична трубка виготовлена з нержавіючої сталі, витрати повітря повиа бути мінімальна, внутрішній діаметр трубки має свої стандарти, стиснуте повітря поступає через ротаметр за допомогою якого регулюють витрату, після чого подається одночасно на п’єзометричну трубку і датчик тиску системи ДСП.

 

Буйкові рівноміри.

У буйкових рівнемірах застосовується нерухомий занурений у рідину буйок. Принцип дії буйкових рівнемірів базується на тому, що на занурений буй діє з боку рідини виштовхуюча сила F. За законом Архімеда ця сила дорівнює вазі рідини, витиснутої буйком. Але, як очевидно, кількість витиснутої рідини залежить від глибини занурення буя, тобто від рівня в ємності H. Таким чином, у буйкових рівномірах рівень H, який вимірюється, перетворюється на пропорційну йому виштовхуючу силу. Тому залежність виштовхуючої сили від рівня, який вимірюється, лінійна.

У буйкових рівнемірах УБ-П і УБ-Э буй передає зусилля на важіль проміжного перетворювача. Вихідний сигнал першого рівнеміра – уніфікований пневматичний, іншого – уніфікований електричний сигнал (постійний струм).

Принцип дії буйкових рівнемірів дозволяє в широких межах змінювати їх діапазон виміру. Це досягається як заміною буя, так і зміною передатного підиймаючого механізму проміжного перетворювача. Рівнеміри УБ можуть вимірювати рівень у межах від 0-40 мм до 0-16 м.

Застосування буйкових, а так само і поплавкових рівнемірів ускладнено в агресивних рідинах і середовищах з осадами, що випадають. Для дистанційного виміру рівня рідини застосовуються буйкові рівнеміри з уніфікованим електричним або пневматичним сигналом типів УБ-Э й УБ-П. Вимірювальні схеми рівнемірів побудовані за принципом компенсації зусиль.

Прилад УБ-П має пневматичний вихідний сигнал, що дозволяє підключати до нього манометричний реєструючий прилад (для відліку показань рівня).

 

Логометри.

Логометр відноситься до магніто електричних систем і призначенні для вимірювання Т в комплекті з ТО стандартних градуювань. Принцип дії оснований на вимірювання відношення струмів які проходять 2 паралельних електричних кола кожна з яких включає по одній рамці.

Складається з: постійного магніту, полюсних наконечників, сердечника, 2 рамок під певним кутом, центр рамок з стрілкою зрівноважується противагою, шкала та 4 спіральних пружини.

Промисловість виготовляє логометри типу: Ш-69000, Л-64, Ш-69006, Ш-69001.

Можливі несправності:

1. При перевірці правильності показів логометра не встановлюється на контрольній відмітці.

2. Вказівник відхиляється вправо до упору.

 

Манометричні термометри.

Манометричні термометри — прилади для вимірювання температури, що включають в себе чутливий елемент (термобалон) і показуючий пристрій, які з’єднані капілярною трубкою і заповнені робочою речовиною. Принцип дії полягає на зміні тиску робочої речовини в замкненій системі термометра в залежності від температури.

У залежності від агрегатного стану робочої речовини розрізнюють манометричні термометри:

- рідинні (ртуть, ксилол, спирти);

- газові (азот, гелій);

- парові або конденсаційні (насичена пара низькокиплячої рідини: фреон, пропілен, ацетон).

Тиск робочої речовини фіксується вимірювальним перетворювачем (манометричним елементом) — трубчастою пружиною, що розкручується при підвищенні тиску в замкненій системі.

У залежності від виду робочої речовини термометра межі вимірювання температури складають від –50 до +1300°C. Прилади можуть оснащуватися сигнальними контактами, записуючим пристроєм.

Манометричні термометри відрізняються простотою конструкції, можливістю дистанційної передачі показів і автоматичного запису. Однією з важливих переваг є можливість їх використання в пожежо- та вибухонебезпечних приміщеннях. До недоліків необхідно віднести складність ремонту при розгерметизації системи, обмежену відстань дистанційної передачі і у багатьох випадках великі розміри термобалона. Газові і рідинні манометричні термометри мають клас точності 1; 1,5 і 2,5, а парові – 1,5; 2,5 і 4.

 

Термометри розширення.

Термометри розширення. Скляні рідинні термометри. Принцип дії скляних рідинних термометрів базується на розширенні термометричної рідини, вміщеної в термометр, залежно від температури. Скляні термометри за своєю конструкцією бувають кийові і з вкладеною шкалою. Скляний термометр із вкладеною шкалою складається зі скляного резервуара і припаяного до нього скляного капіляра (рис. 2.1). Уздовж капіляра розташована шкала, яка, як правило, наноситься на пластині молочного скла. Резервуар, капіляр і шкала містяться у скляній оболонці, що припаюється до резервуара. Кийові скляні термометри виготовляються з товстостінних капілярів, до яких припаюється резервуар. Шкала термометра наноситься на зовнішній поверхні капіляра. Температура вимірюваного середовища, у яку поміщені резервуар і частина капіляра, визначається за зміною об’єму термометричної рідини, відлічуваною за положенням рівня рідини в капілярі, що відградуйовано в градусах Цельсія. У зв'язку з тим, що одночасно з розширенням термометричної рідини відбувається також розширення резервуара і капіляра, фактично ми судимо про температуру не за зміною об’єму рідини, а за видимою зміною об’єму термометричної рідини у склі. Тому видиме розширення рідини трохи менше дійсного. У табл. 2.2 наведені деякі термометричні рідини та їх характеристики.

еред рідинних термометрів найбільшого поширення одержали ртутні скляні термометри. Хімічно чиста ртуть як термометрична речовина має ряд достоїнств: вона залишається рідиною в широкому інтервалі температур, не змочує скло, легко може бути отримана в чистому вигляді. Однак ртуть має відносно малий температурний коефіцієнт об'ємного розширення, що вимагає виготовлення термометрів з тонкими капілярами. Нижня межа виміру ртутних термометрів –35°С визначається температурою затвердіння ртуті. Верхня межа виміру +600°С визначається характеристиками міцності скла. У зв'язку з тим, що температура кипіння ртуті за атмосферного тиску значно менше верхньої межі застосування ртутних термометрів, у термометрах, призначених для виміру високих температур, капіляр над ртуттю заповнюється інертним газом, наприклад, азотом. При цьому для виключення утворення пари ртуті в капілярі тиск газу повинен бути тим більше, чим вище верхня межа виміру. Для термометрів з верхньою межею виміру 600 °С тиск газу над ртуттю перевищує 3 МПа (30 кгс/см2).

 

Буйкові рівноміри.

У буйкових рівнемірах застосовується нерухомий занурений у рідину буйок. Принцип дії буйкових рівнемірів базується на тому, що на занурений буй діє з боку рідини виштовхуюча сила F. За законом Архімеда ця сила дорівнює вазі рідини, витиснутої буйком. Але, як очевидно, кількість витиснутої рідини залежить від глибини занурення буя, тобто від рівня в ємності H. Таким чином, у буйкових рівномірах рівень H, який вимірюється, перетворюється на пропорційну йому виштовхуючу силу. Тому залежність виштовхуючої сили від рівня, який вимірюється, лінійна.

У буйкових рівнемірах УБ-П і УБ-Э буй передає зусилля на важіль проміжного перетворювача. Вихідний сигнал першого рівнеміра – уніфікований пневматичний, іншого – уніфікований електричний сигнал (постійний струм).

Принцип дії буйкових рівнемірів дозволяє в широких межах змінювати їх діапазон виміру. Це досягається як заміною буя, так і зміною передатного підиймаючого механізму проміжного перетворювача. Рівнеміри УБ можуть вимірювати рівень у межах від 0-40 мм до 0-16 м.

Застосування буйкових, а так само і поплавкових рівнемірів ускладнено в агресивних рідинах і середовищах з осадами, що випадають. Для дистанційного виміру рівня рідини застосовуються буйкові рівнеміри з уніфікованим електричним або пневматичним сигналом типів УБ-Э й УБ-П. Вимірювальні схеми рівнемірів побудовані за принципом компенсації зусиль.

Прилад УБ-П має пневматичний вихідний сигнал, що дозволяє підключати до нього манометричний реєструючий прилад (для відліку показань рівня).

 

Предмет і завдання метрології. Роль і значення метрології в розвитку науки і техніки.

Метрологія -це наука про вимірювання, методи й засоби їх забезпечення та способи досягнення необхідної точності.

Предмет основ метрології передбачає вивчення методів вимірювання і контролю технологічних параметрів, вивчення, принципів роботи обладнання, засобів і методів t, витрати, рівня, тиску, засобів контролю, складу, якості речовин, а також систем дистанційної передачі вимірювальної інформації.

Основними завданнями метрології є: розвиток загальної теорії вимірювань, встановлення одиниць фізичних величин і узаконення певних одиниць вимірювань, розробка методик вимірювань та засобів вимірювальної техніки, забезпечення єдності та необхідної точності вимірювань, встановлення еталонів одиниць вимірювань; проведення регулярної повірки мір та вимірювальних прила­дів, що знаходяться в експлуатації; випробування нових засобів вимірювання тощо.

Метрологія має важливе значення для науково-технічного прогресу, оскільки без вимірювань, без постійного підвищення їх точності неможливий розвиток жодної з галузей науки і техніки. Завдяки точним вимірюванням стали можливими численні фундаментальні відкриття. Наприклад, вимірювання густини води з підвищеною точністю обумовило відкриття у 1932 р. важкого ізотопу водню — дейтерію, мізерний вміст якого у звичайній воді здатний збільшувати її густину.