Введение. Ответственный редактор Ю

Ответственный редактор Ю. С. Борцов

Корректор Г. Бибикова

Лицензия ЛР № 065164 от 02.06.97 г.

Формат 84х108/32. Бумага газетная.

Усл. п. л. 26,88. Тираж 10 000 экз. Зак. № 45.

ISBN 5-222-00224-1

Издательство «Феникс»

344007, г. Ростов-на-Дону, пер. Соборный, 17

Отпечатано с готовых диапозитивов в ЗАО «Книга»

344019, г. Ростов-на-Дону, ул. Советская, 57

Технические измерения и приборы

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

ПЕРМЬ 2012

Оглавление

Введение. 6

Измеряемые и регулируемые величины.. 7

1. Государственная система приборов. 9

1.1. Основные понятия и определения ГСП.. 10

1.2. Принципы построения ГСП.. 11

1.3. Классификация средств измерения и автоматизации ГСП.. 13

1.3.1. Функциональные группы изделий ГСП.. 14

1.3.2. Примеры агрегатных комплексов. 15

1.4. Основные ветви системы.. 16

Контрольные вопросы.. 18

2. Общие характеристики средств измерения. 19

2.1. Классификация средств измерения. 19

2.1.1. Классификация компонентов измерительных устройств. 21

2.2. Типовые структурные схемы измерительных устройств. 23

2.2.1. Структурные схемы средств измерения неэлектрических величин. 23

2.2.2. Структурные схемы измерительных систем. 26

2.3. Статические характеристики и параметры измерительных устройств. 27

2.4. Динамические характеристики измерительных устройств. 29

2.5. Погрешности средств измерений. 34

2.6. Нормирование метрологических характеристик средств измерений. 41

2.6.1. Нормирование метрологических характеристик измерительных устройств 41

2.6.2. Нормирование метрологических характеристик измерительных систем 43

Контрольные вопросы.. 45

3. Измерительные информационные системы.. 46

3.1. Основные понятия об измерительных информационных системах. 46

3.1.1. Поколения измерительных информационных систем. 46

3.1.2. Классификация ИИС.. 47

3.1.3. Требования, предъявляемые к ИИС.. 48

3.1.4. Основные компоненты ИИС.. 49

3.2. Виды информационно-измерительных систем. 50

3.2.1. Измерительные системы.. 50

3.2.2. Системы автоматического контроля. 53

3.2.3. Системы технической диагностики. 55

3.2.4. Система телеизмерения. 56

3.2.5. Перспективы развития ИИС.. 57

Контрольные вопросы.. 58

4. Электрические измерения и приборы.. 59

4.1. Аналоговые средства измерений. 60

4.1.1. Электромеханические приборы.. 60

4.1.2. Компенсаторы постоянного тока. 72

4.1.3. Электронные аналоговые вольтметры.. 74

4.2. Цифровые электронные вольтметры.. 77

4.2.1. Цифровой вольтметр с ГЛИН.. 79

4.2.2. Времяимпульсный цифровой вольтметр двойного интегрирования. 81

4.3. Измерение параметров элементов электрических цепей. 85

4.3.1. Метод вольтметра-амперметра. 86

4.3.2. Метод непосредственной оценки. 88

4.3.3. Компенсационный метод измерения сопротивлений. 91

4.3.4. Метод дискретного счета. 93

4.4. Электронно-счетный частотомер. 95

Контрольные вопросы.. 97

5. Передающие преобразователи неэлектрических величин. 98

5.1. Дифференциально-трансформаторные преобразователи. 99

5.2. Передающие преобразователи с магнитной компенсацией. 103

5.3. Электросиловые преобразователи. 107

5.4. Измерительные тензопреобразователи. 109

Контрольные вопросы.. 111

6. Измерение температур. 112

6.1. Практические температурные шкалы.. 112

Средства измерения температур. 115

6.2. Термометры расширения. 115

6.2.1. Стеклянные жидкостные термометры.. 115

Технические электроконтактные термометры.. 117

6.2.2. Манометрические термометры.. 119

6.3. Термоэлектрические термометры.. 122

6.3.1. Характеристики материалов для термоэлектрических преобразователей 127

6.3.2. Конструкция термоэлектрических термометров. 131

6.3.3. Удлиняющие термоэлектродные провода. 134

6.4. Термометры сопротивления. 135

6.4.1. Медные термометры сопротивления. 136

6.4.2. Никелевые термометры сопротивления. 137

6.4.3. Платиновые термометры сопротивления. 137

6.4.4. Неметаллические термометры сопротивления. 139

6.4.5. Устройство термометров сопротивления. 140

6.4.6. Способы подключения термометров сопротивления. 142

6.5. Динамическая характеристика термопреобразователей. 146

6.6. Промышленные термопреобразователи. 147

6.6.1. Преобразователи термоэлектрические ТХА «Метран-201» и ТХК «Метран-202». 147

6.6.2. Термопреобразователи сопротивления медные взрывозащищенные ТСМ «Метран-253» (50М) и ТСМ «Метран-254» (100М) 147

6.6.3. Термопреобразователи сопротивления платиновые ТСП «Метран-245»; «Метран-246». 148

6.6.4. Термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом ТХАУ «Метран-271», ТСМУ «Метран-274», ТСПУ «Метран-276». 148

6.6.5. Термопреобразователи микропроцессорные ТХАУ «Метран-271МП», ТСМУ «Метран-274МП», ТСПУ «Метран-276МП». 148

6.6.6. Интеллектуальные преобразователи температуры «Метран-281», «Метран-286». 149

Контрольные вопросы.. 151

7. Измерение давления. 152

7.1. Классификация манометров. 153

7.1.1. По виду измеряемого давления. 153

7.1.2. По принципу преобразования измеряемого давления. 153

7.2. Деформационные манометры.. 154

7.2.1. Трубчато-пружинные манометры.. 157

7.2.2. Электроконтактные манометры.. 158

7.2.3. Манометры с ДТП.. 159

7.2.4. Манометры с компенсацией магнитных потоков. 159

7.2.5. Преобразователи давления с силовой компенсацией. 160

7.2.6. Сильфонные манометры и дифманометры.. 162

7.2.7. Мембранные манометры и дифманометры.. 162

7.3. Пьезоэлектрические манометры.. 164

7.4. Манометры с тензопреобразователями. 165

7.5. Методика измерения давления и разности давлений. 170

Контрольные вопросы.. 174

8. Измерение уровня. 175

8.1. Уровнемеры с визуальным отсчетом. 175

8.2. Гидростатические уровнемеры.. 176

8.3. Поплавковые и буйковые уровнемеры.. 181

8.4. Емкостные уровнемеры.. 184

8.5. Индуктивные уровнемеры.. 187

8.6. Ультразвуковые уровнемеры.. 187

Контрольные вопросы.. 190

9. Измерение расхода. 191

9.3. Измерение расхода по переменному перепаду давления. 191

9.3.1. Расходомеры с сужающими устройствами. 191

9.3.2. Измерение расхода по переменному перепаду давления в осредняющей напорной трубке. 196

9.4. Расходомеры постоянного перепада. 198

9.4.1. Ротаметры.. 198

9.4.2. Тахометрические расходомеры.. 202

9.4.3. Электромагнитные расходомеры.. 206

9.4.4. Ультразвуковые расходомеры.. 211

9.4.5. Вихревые расходомеры.. 216

9.4.6. Вихреакустические расходомеры.. 217

9.4.7. Массовые кориолисовые расходомеры и плотномеры.. 219

9.5. Обзор имеющихся расходомеров. 225

Контрольные вопросы.. 227

10. Измерение положения, скорости, ускорения. 228

10.2. Фотоэлектрические преобразователи положения. 228

10.3. Кодовые датчики положения. 232

10.5. Инерционные датчики ускорения, скорости, положения. 234

Контрольные вопросы.. 236

11. Метрологическое обеспечение измерений. 236

11.1. Передача размера единиц измерения. 237

11.2. Регулировка, градуировка и поверка средств измерений. 238

11.3. Метрологическое обеспечение средств измерений давления. 241

Контрольные вопросы.. 242

Заключение. 243

Список литературы.. 245

«В физике существует только то, что можно измерить»

Макс Планк

Введение

Производством измерений человечество занимается с давних времен, еще за четыре тысячелетия до нашей эры древние вавилоняне проводили астрономические измерения. Строительство египетских пирамид было бы невозможным без производства измерений. Развитие науки и производства требовало увеличения количества измерений, повышения их точности, включения в круг измеряемых все новых и новых величин. Исторически развитие измерительной техники неразрывно связано с развитием потребностей общества. Современные условия характеризуются ускоренным развитием науки и промышленного производства, что немыслимо без широчайшего применения самых разнообразных измерений и измерительных устройств.

Под понятием «измерять», с одной стороны, в быту понимают простейшую операцию получения либо численного значения какой-либо величины, либо операцию сравнения: «больше», меньше», которые без труда выполняются с помощью простых средств. С другой стороны, современные фундаментальные научные исследования требуют проведения сложнейших измерений, постановку и выполнение которых осуществляют целые научные организации, располагающие специалистами высшей квалификации.

Общей для всех измерений является осуществляемая при каждом измерении экспериментальная операция, состоящая в сравнении измеряемой физической величины с одноименной ей величиной, принятой за единицу. Целью такого сравнения является определение количественной оценки измеряемой величины в виде определенного числа принятых для нее единиц.

Затраты на измерительную технику в конце двадцатого века составляли 10÷15 % всех материальных затрат на общественное производство, а в таких отраслях промышленности, как радиоэлектроника, авиастроение, нефтеперерабатывающая, нефтехимическая, химическая, эти затраты доходили до 25 %.

В СССР ежедневно проводилось более 20 млрд. измерений. Выполнением измерений и связанных с ними операций контроля было занято более 3 млн. трудящихся. В настоящее время без измерений не может обойтись практически ни одна область деятельности человека.

Основной потребитель измерительной техники – промышленность. Здесь измерительная техника является неотъемлемой частью технологических процессов, так как используется для получения информации о многочисленных режимных параметрах, определяющих ход процессов. На использовании разнообразных и часто сложных измерительных устройств и установок базируется в промышленности контроль качества продукции и сырья.