Методы и средства измерения неэлектрических величин

метки: Измерение, Величина, Измерительный, Преобразователь, Неэлектрический, Шкала, Температура, Электрический

Развитие современной измерительной техники, ориентированной на обеспечение решения проблемы автоматизации управления различными процессами (технологическими, испытательными, исследовательскими, диагностическими и т.п.) сопровождается ростом разнообразия видов измерений, расширением диапазонов измеряемых величин и условий эксплуатации средств измерений, повышением быстродействия и точности измерений.

Принципиальная особенность и основная предпосылка для расширения функциональных возможностей используемых средств измерений (СИ) заключается во введении в измерительную цепь программируемых ЭВМ. Переход от простейших измерительных приборов к современным процессорным измерительным средствам хронологически происходил в следующей последовательности:

• электромеханические измерительные механизмы (ИМ);
• измерительные механизмы с дополнительными устройствами;
• электронные измерительные приборы (ЭИП);
• цифровые измерительные приборы (ЦИП);
• информационно-измерительные системы (ИИС;
• измерительно-вычислительные комплексы (ИВК);
• процессорные измерительные средства (ПрИС)
• интеллектуальные информационно-измерительные системы (ИИИС).

Совершенствование современных средств измерений сопровождается объединением программной и аппаратной частей измерительных устройств, при возрастающей роли программного обеспечения. Расширение функциональных возможностей, повышение метрологических характеристик СИ основаны на совершенствовании методов измерений. Изучение данной дисциплины включают в себя следующие вопросы:

• алгоритмизация измерительного процесса, обусловливающая повышение уровня формализованного описания измерительных процедур;
• влияние методов измерений на метрологический уровень результатов измерений;
• перспективы совершенствования методов измерений, коррекции погрешностей, обеспечение помехоустойчивости измерений.

В связи с этим необходимо уточнить применяемую терминологию. Например, метод измерений – это логика процедур сравнения измеряемой величины со значением меры и организация процедуры получения результатов измерений.

В процессе измерений выполняются основные и дополнительные преобразования. Основные – непосредственно связаны с процедурами сравнения измеряемой величины с мерой.

К дополнительным преобразованиям измеряемых физических величин можно отнести:

Измерительные трансформаторы напряжения. Измерительные трансформаторы ...

... большие токи. Измерительные трансформаторы делятся на трансформаторы тока и трансформаторы напряжения. Их применение дает возможность пользоваться одними и теми же приборами со стандартными пределами измерения для измерения самых различных напряжений и токов. Измерительный трансформатор тока преобразует измеряемый большой ток в малый, а измерительный трансформатор напряжения ...

• нормализацию, т.е. приведение значения величины к диапазону

измерений;

• изменение вида измерительного сигнала;
• функциональные преобразования при выполнении косвенных,

статистических и других видов измерений;

• коммутацию входных сигналов;
• коррекцию результатов измерений;
• согласование масштабных сеток, промежуточных преобразований

Все они различаются физической природой, поэтому отличаются и методы, реализуемые соответствующими измерительными устройствами. Особенность современных методов измерений заключается в преобразовании измеряемой величины в электрические сигналы и обработке их с широким использованием микропроцессорной вычислительной техники.

Приблизительно 85% всех видов измерений относится к измерениям

физических величин неэлектрической природы. В том числе это измерение:

• температуры – 50%;
• расхода – 15%;
• давления, усилий – 10%;
• уровня – 5%;
• характеристик материалов – 4%;
• электрических и магнитных величин – 5%.

Получение измерительной информации обеспечивается совокупностью технических средств сбора и первичной обработки информации, к которым относятся первичные и вторичные измерительные преобразователи (ИП).

Первичные преобразователи (датчики) в большой степени определяют качество измерений и, чаще всего, работают в более тяжелых условиях по сравнению с другими элементами измерительной цепи. В связи с большим разнообразием измеряемых физических величин и условий эксплуатации парк датчиков характеризуется большим разнообразием типов и конструктивных исполнений, чем вторичные преобразователи. Всего насчитывается 18-ть методов измерения неэлектрических величин :

1. Измерение положения и перемещения объектов;
2. Контроль присутствия и перемещения объектов;
3. Измерение геометрических характеристик объектов;
4. Измерение уровня заполнения емкости;
5. Измерение силы и ее производных;
6. Измерение давлений, разности давлений, вакуума;
7. Измерение параметров движения и механических колебаний;
8. Методы и средства измерения расхода;
9. Методы и средства измерения плотности сред;
10. Методы и средства измерения вязкости жидких сред;
11. Методы и средства измерения акустических величин;
12. Измерение состава и концентрации веществ;
13. Методы и средства измерения влажности сред;
14. Методы и средства измерения световых величин;
15. Методы и средства измерения параметров ионизирующего излучения;
16. Методы и средства измерения температуры;
17. Методы и средства измерения количества тепла;
18. Методы и средства измерений химических величин;

Из всех этих методов , я решил более подробно рассмотреть методы измерения температуры.

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Существуют два основных способа для измерения температур — контактные и бесконтактные. Контактные способы основаны на непосредственном контакте измерительного преобразователя температуры с исследуемым объектом, в результате чего добиваются состояния теплового равновесия преобразователя и объекта. Этому способу присущи свои недостатки. Температурное поле объекта искажается при введении в него термоприемника. Температура преобразователя всегда отличается от истинной температуры объекта. Верхний предел измерения температуры ограничен свойствами материалов, из которых изготовлены температурные датчики. Кроме того, ряд задач измерения температуры в недоступных вращающихся с большой скоростью объектах не может быть решен контактным способом.

Температура тела. Методы измерения: история развития и современность

... встряхивания. Глава 2. Методы термометрии Термометрия тела - измерение температуры тела. Для термометрии тела чаще всего используют медицинский термометр, который имеет шкалу ... дезинфицирующий раствор. Термометр, использованный для измерения температуры в прямой кишке, хранят отдельно от других термометров. Измерение температуры тела во влагалище. Этот способ измерения температуры тела используется ...

Бесконтактный способ основан на восприятии тепловой энергии, передаваемой через лучеиспускание и воспринимаемой на некотором расстоянии от исследуемого объема. Этот способ менее чувствителен, чем контактный. Измерения температуры в большой степени зависят от воспроизведения условий градуировки при эксплуатации, а в противном случае появляются значительные погрешности. Устройство, служащее для измерения температуры путем преобразования ее значений в сигнал или показание, называется термометром .

По принципу действия все термометры делятся на следующие группы, которые используются для различных интервалов температур:

1) Термометры расширения от —260 до +700 °С, основанные на изменении объемов жидкостей или твердых тел при изменении температуры.

2) Манометрические термометры от —200 до +600 °С, измеряющие температуру по зависимости давления жидкости, пара или газа в замкнутом объеме от изменения температуры.

3) Термометры электрического сопротивления стандартные от —270 до +750 °С, преобразующие изменение температуры в изменение электрического сопротивления проводников или полупроводников.

4)Термоэлектрические термометры (или пирометры), стандартные от —50 до +1800 °С, в основе преобразования которых лежит зависимость значения электродвижущей силы от температуры спая разнородных проводников.

Пирометры излучения от 500 до 100000 °С, основанные на измерении температуры по значению интенсивности лучистой энергии, испускаемой нагретым телом,

Термометры, основанные на электрофизических явлениях от -272 до +1000 °С (термошумовые термоэлектрические преобразователи, объемные резонансные термопреобразователи, ядерные резонансные).

Методы измерения температуры

Для определения значения температуры какого-либо тела необходимо выбрать эталон температуры, то есть тело, которое при определённых условиях, равновесных и достаточно легко воспроизводимых, имело бы определённое значение температуры. Это значение температуры является реперной точкой соответствующей шкалы температур — упорядоченной последовательности значений температуры, позволяющей количественно определять температуру того или иного тела. Температурная шкала позволяет косвенным образом определять температуру тела путем прямого измерения какого-либо его физического параметра, зависящего от температуры.

Наиболее часто при получении шкалы температур используются свойства вода. Точки таяния льда и кипения воды при нормальном атмосферном давлении выбраны в качестве реперных точек в современных (но не обязательно изначальных) температурных шкалах, предложенных Андерсом Цельсием (1701 — 1744), Рене Антуаном Фершо Реомюром (1683 — 1757), Даниэлем Габриелем Фаренгейтом (1686 — 1736).

Назначение, классификация приборов для измерения температуры

... приборов и реже для передачи показаний на расстояние. Биметаллическими термометрами можно измерять температуру ... на измерении лучистой энергии испускаемой нагретым телом. Для определения зависимости между температурой и ее длинной волны ввели понятие реального тела и условных температур. Условная температура может быть: радиационной яркостной цветовой Радиационная температура равна температуре ...

Последний создал первые практически пригодные спиртовой и ртутный термометры, широко используемые до сих пор. Температурные шкалы Реомюра и Фаренгейта применяют в настоящее время в США, Великобритании и некоторых других странах.

Введенную в 1742 году температурную шкалу Цельсия, который предложил температурный интервал между температурами таяния льда и кипения воды при нормальном давлении (1 атм. или 101 325 Па) разделить на сто равных частей (градусов Цельсия), широко используют и сегодня, правда в уточненном виде, когда один градус Цельсия считается равным одному кельвину (см. ниже).

При этом температура таяния льда берется равной 0 C, а температура кипения воды становится приблизительно равной 99,975 C. Возникающие при этом поправки, как правило, не имеют существенного значения, так как большинство используемых спиртовых, ртутных и электронных термометров не обладают достаточной точностью (поскольку в этом обычно нет необходимости).

Это позволяет не учитывать указанные, очень небольшие поправки.

После введения Международной системы единиц (СИ) к применению рекомендованы две температурные шкалы. Первая шкала — термодинамическая, которая не зависит от свойств используемого вещества (рабочего тела) и вводится посредством цикла Карно. Эта температурная шкала подробно рассмотрена в третьей главе. Отметим только, что единицей измерения температуры в этой температурной шкале является один кельвин (1 К), одна из семи основных единиц в системе СИ. Эта единица названа в честь английского физика Уильяма Томсона (лорда Кельвина) (1824 — 1907), который разрабатывал эту шкалу и сохранил величину единицы измерения температуры такой же, как и в температурной шкале Цельсия. Вторая рекомендованная температурная шкала — международная практическая. Эта шкала имеет 11 реперных точек — температуры фазовых переходов ряда чистых веществ, причём значения этих температурных точек постоянно уточняются. Единицей измерения температуры в международной практической шкале также является 1 К.