Приборостроение
Шрифт:
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
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 = 5,75 x10– 12 вт x см2 x 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
= (2 – 1),
где 2, – практическая термическая электродвижущая сила черного тела (излучателя); 1 – 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 = 0 + z;
где: P – искомое или измеряемое давление; 0 – давление, которое воздействует на поверхность жидкости; – удельный вес поверхности, на которую действует давление 0; 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 – 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 t вызывает температурную погрешность.
где – коэффициент температурного расширения по объему; xm, хш – то же самое, но для линейного расширения узлов прибора (трубы и шкалы).