Заглавная страница
Избранные статьи
Случайная статья
Познавательные статьи
Новые добавления
Обратная связь

ТОП 10 на сайте

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Техника нижней прямой подачи мяча.

Франко-прусская война (причины и последствия)

Организация работы процедурного кабинета

Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний

Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Обработка изделий медицинского назначения многократного применения

Образцы текста публицистического стиля

Четыре типа изменения баланса

Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву

Мы поможем в написании ваших работ!

ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Влияние общества на человека

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Практические работы по географии для 6 класса

Организация работы процедурного кабинета

Изменения в неживой природе осенью

Уборка процедурного кабинета

Сольфеджио. Все правила по сольфеджио

Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления

Главная Избранные Случайная статья Познавательные Новые добавления Обратная связь FAQ

Понятие измерительная информация, единицы измерений.

Стр 1 из 5Следующая ⇒

Понятие измерительная информация, единицы измерений.

Измерения реализуют сбор или получение информации об объекте измерения, посредством какой либо измеряемой величиной.

Физической величиной называется одно из свойств физического объекта (явления, процесса) общее в качественном отношении для многих физических объектов, но в количественном отношении индивидуально для каждого из них.

Измерение физической величины – совокупность операций, выполняемых с помощью технических средств, хранящих единицу величины, позволяющих сопоставить измеряемую величину с ее единицей и получить искомое значение измеряемой величины. Полученное значение будет результатом измерения.

Единица измерения – физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение равное единице.

Для выбранной единицы измерения результат сравнения может быть представлен в виде формулы

Q – измеряемая величина

q – единица измерения

a – численное значение измеряемой величины в принятых единицах измерения.

Эта запись в виде

- основное уравнение измерения.

Как говорилось ранее, для каждой физической величины устанавливается единица измерения. Необходимо учитывать, что физические величины связаны между собой определенными зависимостями. Их совокупность рассматривается как система физических единиц. Существуют основные и производные физические величины.

С 1961 г. Общепринята Международная система единиц (СИ, SI – The international Sistem Units).

В России Гостом 8,417-81 приняты следующие «Единицы физических величин».

Основные единицы СИ:

- метр (м) – единица длины

- килограмм (кг) – единица массы

- секунда (с) – единица времени

- ампер (А) – единица силы тока

- кельвин (К) – единица термодинамической температуры

- кандела (кд) – единица силы света

- моль (моль) – единица количества вещества.

В качестве дополнительных единиц используются:

- радиан (рад) – единица плоского угла

- стерадиан (ср) – единица телесного угла.

Погрешности измерений.

Истинные значения физических величин – это значения, идеальным образом отражающие свойства данного объекта как в количественном, так и в качественном отношении

Разница между результатами измерения и истинным значением измеряемой величины называется погрешностью измерения.

Во-первых, погрешность может быть связана с несовершенством применяемого метода измерения (методическая погрешность).

Во-вторых, погрешность может быть обусловлена несовершенством используемых средств измерения (инструментальная погрешность), а также условий проведения измерения (влияние различных внешних факторов).

Инструментальная погрешность подразделяется на основную и дополнительную.

Основной погрешностью называется погрешность средств измерений в условиях, которые установлены нормативно-техническими документами как нормальные для данных измерений.

Дополнительными погрешностями называют изменения погрешности средства измерений, вызванные отклонениями влияющих величин от нормальных значений или их выходом за пределы нормальных областей значений

Погрешность может возникнуть из-за индивидуальной физиологии оператора (близорукость или наоборот дальнозоркость и т.п.) – это так называемая субъективная погрешность.

В зависимости от закономерности проявления погрешности могут быть систематические и случайные.

Систематическая – это такая погрешность, когда определенная составляющая часть погрешности остается постоянной или изменяется закономерно при всех повторных измерениях одной и той же величины.

Случайная – погрешность, при которой изменяется составляющая часть погрешности случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины.

К разряду погрешностей следует отнести грубые погрешности или промахи.

Грубая погрешность измерения – погрешность, существенно превышающая ожидаемую. Результаты с грубыми погрешностями обнаруживают с помощью специальных статистических критериев и исключают из рассмотрения.

Промах – следствие неисправности средства измерений, нарушение правил его применения, ошибочного считывания показаний, их записи, и т. п. Промахи обнаруживаются непосредственно в процессе выполнения измерений.

В некоторых случаях в процессе измерения происходит отклонение реальной характеристики СИ от номинального значения. При этом возникают аддитивная (не зависящая от измеряемой величины; «нулевая» погрешность) и мультипликативная (зависящая от измеряемой величины) погрешности.

Абсолютная погрешность равна разности между значением, полученным при измерении, и его истинным значением:

где x – полученное (измеренное) значение,

x _ист – истинное значение измеряемой величины.

Относительная погрешность:

или как правило выражается в процентах.

Для сравнения приборов и устройств с различными пределами измерения вводится понятие приведённой погрешности

, где x _ном – нормирующее значение.

Погрешности измерительных средств принято подразделять на статические, имеющие место при измерении постоянных величин после завершения переходных процессов в элементах приборов и преобразователей, и динамические, появляющиеся при измерении переменных величин и обусловленные инерционными свойствами средств измерений.

Поверка – это сличение показаний средства измерения с показателями более точного средства измерения.

4 Структурные схемы измерительных приборов, схемы последовательного преобразования, дифференциальные схемы.

а) Последовательная схема соединения преобразователей.

Простейшая схема – схема последовательного преобразования. Это схема, в которой входная величина каждого последующего преобразователя меняется выходной величиной предыдущего. Входная величина 1 преобразователя – измеряемая величина. Различные преобразователи могут различаться по сложности. Рассмотрим схему последовательного преобразователя, показанную на рисунке.

S – чувствительность i- го преобразователя.

Чувствительность преобразователя, имеющего последовательно соединенные звенья, определяется следующим образом:

Приведенная погрешность схемы последовательного преобразования определяется как сумма приведенных погрешностей отдельных звеньев.

где – приведенная погрешность i- го звена.

Формула (4) применима для случайных систематических погрешностей.

Для случайных погрешностей, если функция преобразования пропорциональная (линейная), приведенная среднеквадратическая погрешность схемы определяется как

где – приведенная среднеквадратическая погрешность соответствующего элемента.

Достоинства схемы последовательного преобразования – простота, дешевизна. Недостатком является высокая погрешность.

б) Дифференциальная схема соединения преобразователей.

Дифференциальная схема состоит из двух каналов с последовательно соединением преобразователей, причем выходные сигналы каждого канала подаются на два входа вычитающего преобразователя. Вычитающий преобразователь имеет два входа, а выход – разность величин этих входов.

Дифференциальная схема соединения преобразователей показана на рисунке.

Оба канала делаются одинаковыми по чувствительности и погрешности. Дифференциальные схемы могут работать в двух режимах:

Первый режим – измеряемая величина воздействует на вход одного канала (x₁); на вход другого канала (x₂) – действует физическая величина той же природы, но имеющее постоянное значение (например, равна ”0”). Второй канал компенсирует погрешность, вызываемую условиями работы прибора.

Второй режим – измеряемая величина после определенных преобразований поступает на оба канала, но различна по знаку или по модулю.

Для первого случая включения чувствительность схемы

где – чувствительность каждого канала.

Для схемы второго типа чувствительность в 2 раза больше.

При наличии аддитивных составляющих погрешностей

Где – аддитивная составляющая погрешностей, а они равны между собой, так как каналы идентичны, тогда

т. е. в дифференциальных схемах аддитивные составляющие погрешностей взаимокомпенсируются.

Основные понятия об измерение количества вещества

Расход — это количество вещества, протекающее через данное сечение в единицу времени.

Прибор, измеряющий расход вещества, называется расходомером, а массу или объем вещества — счетчиком количества или просто счетчиком (ГОСТ 15528-86). Прибор, который одновременно измеряет расход и количество вещества, называется расходомером со счетчиком. К этим терминам следует добавлять название измеряемого вещества; например: расходомер газа, счетчик воды, расходомер пара со счетчиком

Устройство, непосредственно воспринимающее измеряемый расход (например, диафрагма, сопло, напорная трубка) и преобразующее его в другую величину (например, в перепад давления), которая удобна для измерения, называется преобразователем расхода.

Рассмотрим основные требования.

1) Высокая точность измерения — одно из основных требований, предъявляемых особенно к счетчикам и дозаторам. К числу наиболее точных относятся камерные счетчики жидкости (в частности, с овальными шестернями и лопастные). Погрешность первых не более 0,5 %, а вторых даже не более 0,2 % от измеряемой величины. Расходомеры и счетчики о сужающими устройствами менее точны.

2) Надежность (наряду с точностью) — одно из главных требований, предъявляемых к расходомерам и счетчикам количества. Основным показателем надежности является время, в течение которого прибор сохраняет работоспособность и достаточную точность. Это время зависит как от устройства прибора, так и от его назначения и условий применения.

Тахометрические приборы, элементы которых при измерении непрерывно движутся, имеют меньший срок службы. Так, у турбинных расходомеров износ оси и опор будет тем меньше, чем лучше смазывающая способность измеряемого вещества и чем оно чище

3) Большой диапазон измерения (Q_max/Q_min) необходим, когда значения расхода могут изменяться в значительных пределах. У приборов с линейной характеристикой, например электромагнитных, этот диапазон равен восьми — десяти. У расходомеров с сужающими устройствами он очень мал и равен трем.

Ультразвуковые расходомеры

Эти методы основаны на изменении скорости ультразвуковых колебаний в подвижной среде, которая равна геометрической сумме скорости среды и скорости звука в данной неподвижной среде, которая известна. Если ультразвуковые колебания распространяются в неподвижной среде со скоростью с, то в той же среде, движущейся со скоростью u, они будут распространяться в направлении движения потока со скоростью с + u cos(a), а против потока — со скоростью с — u cos(a), где a — угол между направлениями потока и ультразвукового излучения

Времяимпульсный метод основан на измерении разности времени прохождения ультразвуковых импульсов по движению потока и против него

Работа ультразвукового расходомера, основанного на частотно-импульсном методе, аналогична работе частотного расходомера действие, которого основано на методе ядерного магнитного резонанса. Каждый излучатель посылает импульс ультразвуковых колебаний в момент прихода предыдущего импульса на соответствующий приемник. Разность частот двух работающих таким образом автогенераторов пропорциональна измеряемому расходу:

Всем ультразвуковым методам измерений расхода присуща методическая погрешность, обусловленная отличием измеряемой этими методами скорости движения среды, осредненной по пути от излучателя до приемника ультразвуковых колебаний, от скорости движения среды, осредненной по площади сечения трубопровода. Эта погрешность зависит от структуры потока, которая определяется рядом факторов, например шероховатостью трубопровода, физико-химическими свойствами перемещающейся среды и др.

Бесконтактная пирометрия, закон Планка.

Пирометрические методы измерений температуры охватывают широкий диапазон температур — от 173 до 6000 К. Эти методы основаны на определении параметров теплового излучения объекта без нарушения его температурного поля. Тепловое излучение представляет собой электромагнитное излучение, возбуждаемое тепловым движением атомов и молекул в твердых, жидких и газообразных веществах. При температурах выше 400О К излучение вызывается процессами диссоциации и ионизации.

Теория пирометрических методов измерений температуры основана на законах, устанавливающих связь между излучением абсолютно черного тела (АЧТ) и его температурой

Закон Планка устанавливает связь между абсолютной температурой и спектральным распределением потока излучения (светимости) АЧТ:

(12-2)

Где - спектральная плотность потока излучения АЧТ; Вт·м²; - соответственно первая и вторая постоянные излучения; с — скорость света; h —постоянная Планка; r — постоянная Больцмана.

При малых значениях можно вместо выражения (12-2) пользоваться законом Вина

Зависимость

изображена на рис(12-11).

Полная энергия, излучаемая с единицы поверхности АЧТ в единицу времени, определяется законом Стефана – Больцмана

, где =5,67032·10^-8 Вт/(м²·К⁴) – постоянная Стефана - Больцмана.

Как видно, с увеличением температуры максимумы кривых сдвигаются в ультрафиолетовую область спектра, т. е. в сторону более коротких волн. Сдвиг максимума излучения подчиняется закону смещения Вина, установленному в виде двух зависимостей:

где А= 28978·10^-7 м·К; b₁=12816·10^-9Bт/(м³·К⁵)

Приборы для измерения температур объектов по их тепловому электромагнитному излучению называются пирометрами.

Пирометры прямого преобразования обычно состоят из оптической системы, приемника излучения, измерительной цепи с вторичным прибором.

Радиационные пирометры.

Яркостные пирометры.

Основаны на использовании зависимости от температуры мощности излучения в ограниченном диапазоне длин волн. Рабочий: диапазон измерений таких пирометров от –100 до +6000°С. Основная погрешность измерения для различных типов пирометров лежит в пределах 0,25— 2,5%, быстродействие 0,001 - 2,5 с.

Разновидностью пирометра частичного излучения является монохроматический яркостный пирометр, основанный на сравнении энергетической яркости объекта исследования с энергетической яркостью образцового излучателя в узком участке спектра излучения.

Вследствие неполноты излучения реальных тел яркостные пирометры измеряют не действительную температуру тела Т,а так называемую яркостную температуру Т_я.Соотношение между действительной и яркостной температурами, как следует из законов излучения, определяется выражением

где — коэффициент теплового излучения для длины волны . Большинство яркостных пирометров, работающих в видимой области спектра, снабжаются красным светофильтром, обеспечивающим эффективную длину волны. В зависимости от материала излучателя и состояния его поверхности значения коэффициента теплового излучения колеблются в широких пределах: 0< ≤1. Сравнение энергетических яркостей объекта исследования и образцового излучателя может осуществляться автоматически или визуально человеком. Широкое применение для измерения температур в диапазоне 300—6000°С получили визуальные пирометры с исчезающей нитью. В таком пирометре изображение объекта путем перемещения объектива совмещается с плоскостью нити лампы накаливания. Наблюдая изображения объекта и нити через светофильтр и окуляр,наблюдатель меняет ток накала нити лампы до тех пор, пока середина накаленной нити не исчезнет на фоне изображения объекта. Это свидетельствует о равенстве энергетических яркостей излучающего объекта и нити в области спектра, определяемого характеристикой пропускания красного фильтра и спектральной характеристикой чувствительности глаза наблюдателя , максимум которой для нормальных глаз соответствует длине волны мкм. Зависимость между током лампы и яркостной температурой определяется путем градуировки термометра по температуре АЧТ. Шкала такого пирометра имеет резко нелинейную характеристику, поскольку яркость нити примерно пропорциональна пятой степени тока накала нити. Равномерную шкалу можно получить, если ток накала нити и, следовательно, ее температуру поддерживать постоянными, а выравнивание яркости нити и объекта осуществлять перемещением нейтрального поглотителя с переменной плотностью, устанавливаемого между объективом и температурной лампой. Яркостная температура в этом случае определяется по шкале отсчетного устройства, регистрирующего положение клина. Для увеличения верхнего предела измерения пирометров применяются нейтральные поглотители с известным коэффициентом пропускания ,который определяется из выражения

где — длина волны; С₂ — вторая постоянная излучения; Т₁- температура АЧТ, измеренная пирометром без поглотителя; Т₂ - температура АЧТ, измеренная при наличии поглотителя.

30 Цветовые пирометры.

Пирометры спектрального отношения, или цветовые пирометры. Они показывают так называемую цветовую температуру тела Т_ц - условную температуру, при которой АЧТ имеет такое же относительное спектральное распределение энергетической яркости, что и исследуемое реальное тело с действительной температурой Т.

Показания пирометра спектрального отношения соответствуют действительной температуре, если объект является абсолютно черным или серым телом, т. е. таким телом, у которого излуча-тельная способность для всех длин волн одинакова.

Если зависит от длины волны, то связь между действительной и цветовой температурой определяется выражением:

(12-3)

Где — коэффициенты излучательной способности тела соответственно на длинах волн

Из выражения (12-3) следует, что пирометры спектрального отношения, в отличие от пирометров полного или частичного излучения, показывают действительную температуру серых тел и их показания не зависят от излучательной способности тела до тех пор, пока .

Для многих тел не остается постоянным с изменением длины волны. У металлов уменьшается сростом длины волны, у неметаллических тел в ряде случаев , наоборот, увеличивается. Поскольку при величина … , то измеренная цветовая температура, как следует из выражения (12-3), может быть больше, меньше действительной температуры или равна ей. Из этого же выражения следует, что цветовая температура Т_цтела тем ближе к действительной температуре, чем больше разность .

В целом погрешности пирометров спектрального отношения меньше, чем у пирометров полного или частичного излучения. Их показания принципиально не зависят от расстояния до объекта исследования, а также от поглощения излучения в промежуточной среде между объектом и пирометром, если .

В большинстве серийно выпускаемых пирометров модуляция излучения осуществляется при помощи механических модуляторов, приводимых в движение синхронными микродвигателями. В качестве приемников излучения применяются термобатареи (в пирометрах полного излучения), фотодиоды, фоторезисторы или пироэлектрические приемники. В некоторых приборах приемники излучения термостатированы. Большинство пирометров имеют стандартный выходной сигнал постоянного тока 0—5 мА или 4—20 мА и постоянного напряжения 0—100 мВ или 0—10 В.

Вихревые расходомеры

Вихревыми называются расходомеры, основанные на зависимости от расхода частоты колебаний давления, возникающих в потоке в процессе вихреобразования или колебания струи. Они разделяются на три группы, существенно отличные друг от друга.

1) Расходомеры, имеющие в первичном преобразователе неподвижное тело, при обтекании которого с обеих его сторон попеременно возникают срывающиеся вихри, создающие пульсации давления.

2) Расходомеры, в первичном преобразователе которых поток закручивается и, попадая затем в расширенную часть трубы, прецессирует, создавая при этом пульсации давления.

3) Расходомеры, в первичном преобразователе которых струя, вытекающая из отверстия, совершает автоколебания, создавая при этом пульсации давления.

Для исследования характеристик вихревых расходомеров наряду с числом Рейнольдса Re служит число или критерий Струхаля Sh, характеризующий периодические процессы, связанные с движением жидкости или газа. Этот критерий, возникающий при изучении обтекания потоком воздуха цилиндра (струны), имеет вид Sh = f×du ^-1

где f — частота пульсаций давления газа (или жидкости) в результате периодического срыва вихрей; d — диаметр цилиндра (характерный размер); u — скорость потока.

Преобразователи расхода у этих расходомеров многоступенчатые. В первой ступени в процессе вихреобразования или осцилляции струи создаются пульсации давления и скорости, частота которых пропорциональна объемному расходу. Во второй ступени эти пульсации преобразуются в выходной сигнал, обычно электрический. Работу вихревых расходомеров могут нарушать акустические и вибрационные помехи, создаваемые различными источниками: насосами и компрессорами, местными сопротивлениями, завихрителями, вибрирующими трубами и т. д. Если частота вредных пульсаций отличается от частоты измерительного сигнала, то ее влияние можно устранить с помощью электрических фильтров. Сложнее их устранить, если эти частоты совпадают. Термопреобразователи менее чувствительны к помехам, чем преобразователи давления. Вибрации не отражаются на их показаниях, но механически они менее прочны.

Достоинства.

отсутствие подвижных частей, простота и надежность преобразователя расхода, независимость показаний от давления и температуры, большой· диапазон измерения линейность шкалы, хорошая точность частотный измерительный сигнал,

недостатки

значительная потеря давления и некоторые ограничения возможности их применения: они непригодны при малых скоростях из-за трудности измерения сигнала

Влияние вязкости.

Возможны три режима движения жидкости в проточной части турбинки: ламинарный, переходный и турбулентный. Основной диапазон работы соответствует турбулентному режиму.

Степень возрастания зависит от конструкции турбинного преобразователя. Она снижается с уменьшением высоты лопастей и уменьшением угла их подъема (хода лопастей).