- •7.092501 “Автоматизоване управління технологічними процесами”
- •7.092502 “Комп'ютерно-інтегровані технологічні процеси і виробництва”
- •1.2. Поняття системи фв та їхніх одиниць
- •1.3. Основні характерстики якості проведених вимірювань
- •1.4. Класифікація вимірювань
- •1.5. Принципи та методи вимiрювань фiзичних величин
- •1.6. Способи вимірювань
- •Розділ 2. Засоби вимiрювань.
- •2.1. Загальні поняття
- •2.2. Основні метрологічні характеристики зв
- •2.3. Основні види засобів вимірювання
- •2.4. Структурні схеми засобів вимірювання
- •2.5. Державна система приладів та засобів автоматизації
- •2.6. Агрегатні комплекси
- •2.7. Метрологiчне забезпечення та повірка зв
- •Розділ 3. Похибки результатів та засобів вимірювання
- •3.1. Розподіл та принципи оцінювання похибок
- •Принципи оцінювання похибок.
- •3.2. Класифікація складових похибки вимірювань
- •3.3. Похибки зв та їхні нормовані значення. Клас точності зв
- •3.4. Методи нормування похибок зв та правила їхніх округлень
- •Правила округлення значень похибок
- •3.5. Похибки прямих вимірювань
- •Похибки непрямих вимірювань.
- •3.6.Систематична складова похибки та методи її усунення особливості систематичної складової похибоки
- •Визначення систематичної складової похибки (ссп)
- •Методи усунення систематичної складової похибки
- •3.7. Випадкова складова похибки та її визначення загальні положення. Поняття ймовірності
- •Iнтегральний закон розподiлу
- •Диференцiйний закон розподiлу
- •Призначення числових характеристик розподілу
- •Математичне сподiвання та його суть
- •Моменти розподілу
- •Основний закон теорії похибок
- •Нормальний закон розподілу
- •Квантільна оцінка випадкової похибки
- •Розподіл стьюдента
- •Критерії оцінки промахів.
- •3.8. Додавання похибок та визначення сумарної похибки зв та івс
- •Додавання випадкових складових похибки
- •Визначення сумарної похибки івс
- •Визначення сумарної похибки зв
- •Форми запису кінцевого результату вимірювань
- •3.9. Оптимальний вибір точності зв
- •Контрольні запитання до розділу 3
- •Розділ 4 вимірювання температури
- •4.1. Загальні положення. Температурні шкали.
- •4.2. Класифікація методів та засобів вимірювання температури
- •4.3. Термометри опору
- •4.4. Термометри розширення
- •4.6. Термоелектричні термометри
- •Установка контактних термометрів
- •4.7. Пірометри
- •Контрольні запитання до розділу 4
- •Розділ 5. Вимірювання тиску
- •5.1. Загальні положення. Види та одиниці вимірювання тиску
- •Одиниці вимірювання тиску.
- •5.2. Класифікація методів та зв зв та вимірювання тиску
- •5.3. Рідинні манометри
- •5.4. Вагопоршневі манометри
- •5.5. Деформаційні манометри (дм)
- •5.6. Електричні манометри
- •Контрольні запитання до розділу 5
- •Розділ 6
- •6.1. Загальні положення. Класифікація рівнемірів.
- •6.2. Поплавкові та буйкові рівнеміри.
- •6.3. Гідростатичні та п’єзометричні рівнеміри.
- •6.4. Ємнісні рівнеміри
- •6.5. Акустичні та ультразвукові рівнеміри
- •6.6. Радарні (радіохвильові) рівнеміри
- •Резонансні рівнеміри
- •Адеструктивні рівнеміри
- •Радіолокаційні (радарні) рівнеміри
- •6.7. Радіоізотопні рівнеміри
- •6.8. Кондуктометричні сигналізатори рівня.
- •6.9. Особливості використання рівнемірів
- •6.10. Визначення рівня сипких матеріалів
- •Розділ 7. Вимірювання витрати та кількості речовин
- •7.1. Класифікація витратомірів.
- •7.2. Методи вимірювання витрати і маси сипких матеріалів
- •7.4. Витратоміри змінного та постійного перепаду тиску
- •7.5. Індукційні витратоміри
- •Розділ 8 контроль фізичних властивостей речовин
- •8.1.Вимірювання густини рідин. Класифікація та характеристика густиномірів
- •8.2. Вимірювання в'язкості речовинн
- •8.3. Методи вимірювання вологості
- •Контрольні запитання до розділу 8
- •Розділ 9 аналізатори складу рідин та газів
- •9.1. Класифікація аналізаторів складу рідин
- •9.2. Кондуктометричні аналізатори
- •9.3. Потенціометричний метод
- •9.4. Оптичні методи. Загальні поняття.
- •9.5. Колориметричний метод аналізу
- •9.6. Нефелометричні методи аналізу
- •9.7. Рефрактометричні методи аналізу
- •9.8. Поляриметричний метод аналізу
- •9.9.Титрометричний матод аналізу
- •9.10. Акустичні прилади контролю складу рідин
- •9.11. Прилади контролю параметрів якості газів
- •9.12. Хімічні та об'ємопоглинальні газоаналізатори
- •9.13. Теплові газоаналізатори
- •9.14. Магнітні газоаналізатори
- •Контрольні запитання до розділу 9
- •Література Основна
5.3. Рідинні манометри
Принцип дії рідинних манометрів полягає в тому, що вимірюваний тиск урівноважується гідростатичним тиском стовпа робочої рідини. Рідинні манометри прості в експлуатації мають досить високу точність вимірювання, їх широко використовують для науково-дослідних і лабораторних вимірювань, а також для технічних вимірювань невеликих надмірних тисків, розрідження, різниці тисків, а також атмосферного тиску.
За улаштуванням рідинні манометри діляться на прилади з видимим та без видимого рівня.
До приладів з видимим рівнем відносяться двотрубні (U - подібні), чашкові (однотрубні) та мікроманометри з похилою трубкою.
U – подібний манометр (двотрубний), що показаний схематично на рис. 5.1 та на рис.5.2,а – простіша різновидність рідинного манометра. Для виготовлення використовують скляну трубку внутрішнім діаметром 6-8мм і довжиною на 10-20% більше подвоєного граничного значення тиску, і що суттєво – незмінного по довжині внутрішнього перерізу, який повинен бути достатньо рівномірним. Наприклад, капля ртуті розміром 20мм при її переміщенні від початку до кінця трубки повинна змінювати розмір не більше ніж 0,2мм, тобто 1%. Трубку згинають U – подібно і до половини заповнюють манометричною рідиною(спирт,дистильована вода , ртуть) . Шкалу роблять рухомою з міліметровими поділками (показана умовно в середині на рис. 5.1).
Перед початком роблять повірку нуля, з’єднавши з атмосферою обидва кінці і виставляють нуль шкали (рівень «а» відповідає нулю шкали).
Рабс Рбар
h2
h1
e
a
c
Якщо ліве коліно з’єднати з простором , де вимірюється тиск Рабс , а друге – залишити під впливом атмосферного тиску Рбар, то в залежності від того, більше чи менше Рабс від атмосферного Рбар, дістаємо або манометр(напромір) або вакуумметр (тягомір). Якщо до кожного коліна підвести тиск, відмінний від атмосферного, то дістаємо – дифманометр.
Рис. 5.1. U – подібний манометр (двотрубний).
Якщо Рабс>Рбар , то рівень манометричної рідини опускається на h1 мм. Так як Рбар< Рабс рівень рідини у правому коліні піднімається на h2 мм, після чого система приходить в рівновагу. Тиски на рівні «c» в обох колінах рівні і складуються із тисків, які діють на поверхні рідин в кожному із колін, та плюс тиску стовпів газу чи рідини, які знаходяться в кожному коліні між горизон-
тальними площинами «c» та «e», тобто:
Рабс + (h1+h2)ρ2*g = Рбар+(h1+h2)ρ1*g, (5.4)
і звідки витікає рівняння рідинного манометра:
Рабс - Рбар = (h1+h2)(ρ1-ρ2)g, (5.5)
де Рабс – вимірюємий тиск, Н/м2(Па); Рбар – атмосферний тиск;
ρ та ρ2 - відповідно густина манометричної рідини або газу, які заповнюють ліве та праве коліно манометру (кг/м3); g – прискорення вільного падіння.
g - залежить від географічної ширини місця вимірювання і зменшується по мірі віддалення від полюсів і наближенні до екватору (для полюсів g=9,8322 м/с2, екватору g= 9,7805 м/с2). По міжнародній домовленості нормальне прискорення g =9,80665 м/с2 (близьке до середнього). Значення g для особливо точних вимірювань повинно вираховуватись по спеціальним каталогам гравіметричних пунктів і інтерполюється по заченням в трьох найближчих пунктах .
Якщо тиск необхідно виразити в мм.рт.ст. або водяного стовпа, то використовують рівняння:
Рабс-Рбар = (h1+h2)(ρ1-ρ2)*g/ρn*gn , (5.6)
де ρn – питома вага ртуті або води (при 40С);
gn – нормальне прискорення; h1 і h2 – в мм.
В загальному вигляді поперечний переріз трубок у лівому F1 та правому F2 колінах може бути різним. При умові, якщо об’єм манометричної рідини, який виштовханий із лівої трубки V1=h1* F1 дорівнює об’єму V2=h2*F1, який піднявся в правій трубці, то h1 = h2*( F2 /F1) і відповідно загальне рівняння двотрубного манометру має вигляд:
Рвим = Рабс-Рбар = h2(1+ F2/F1) (ρ1-ρ2)*g. (5.7)
Якщо F2 = F1 , вираз (5.5) спрощується, так як h2 (1+ F2/F1) = 2 h2 . Але таке спрощення не завжди допустиме, і діє тільки при умові, якщо на верхній межі вимірювання покази по шкалі приладу не відхиляються від суми змін рівнів в обох колінах менше, чим на величину допустимої похибки .
Двотрубні манометри (рис.5.2,а) застосовуються для вимірювання тиску до 0,2 МПа, і їм притаманний ряд похибок, до яких відносяться: неточності відліку положення меніску рідини, вплив зміни температури навколишнього середовища, явище капілярності тощо. Недоліком двотрубних приладів є необхідність двох відліків, що призводить до збільшення похибки вимірювань. Межі допустимої основної похибки звичайно не перевищують ± 2 мм стовпа робочої рідини. Для збільшення точності вимірювань зразкові прилади такого типу мають дзеркальну шкалу. У такому випадку похибка становить ± 1 мм стовпа робочої рідини.
Цей недолік не мають однотрубні або чашкові манометри (рис. 5.2,б), в яких плюсова трубка (де більший тиск) замінена достатньо широкою посудиною, коли співвідношення площин поперечних перерізів дуже мале. В цьому випадку переміщенням h1 в коліні з великою площею перерізу нехтують (роблять так, що F2/F1 ≤ 1/400), а для результату вимірювання використовують формулу (5.5).
Рвим = Рабс-Рбар = h2 * (ρ1-ρ2) * g. (5.8)
Верхня межа вимірювання таких рідинних манометрів визначається їхніми габаритними розмірами та густиною манометричної рідини. На практиці вони застосовуються вимірювання надлишкових тисків до 20 кПа, а за ртутного заповнення — до 100 кПа (0,1 МПа, 1,0 кгс/см2). Межа допустимої основної похибки не перевищує ± 3 мм стовпа робочої рідини.
Для вимірювання високих тисків при зменшенній висоті трубок, використовується двотрубний укорочений манометр, у якого кінець одного із колін є запаяним, а при заповненні рідиною в запаяному коліні залишають деяку кількість газу (повітря). Міру тиску – підвищення рівня рідини в запаяному коліні. Шкала – нерівномірна. Як правило, трубку виконують з поперечним перерізом , який змінюють по висоті і відповідно шкалу роблять близьку до логарифмічної і відносна похибка відліку показів по такій шкалі зберігає своє значення по шкалі. Такий манометр має значний температурний коефіцієнт і потребує стабі-
лізації температури запаяного коліна.
Рис. 5.2 Основні види рідинних манометрів: а) двотрубний; б) однотрубний;
в) мікроманометр; г) поплавцевий; д) дзвоновий та є) кільцевий.
Для вимірювання дуже малих тисків (від 160 Па до 3 кПа) застосовуються мікроманометри з нахиленою вимірювальною трубкою (рис. 5.2,в).
Внаслідок цього висота стовпа рідини, що зрівноважує вимірюваний тиск , де — переміщення рідини у трубці. Тому тиск: . За рахунок зміни кута нахилу трубки можна змінювати межі вимірювань.
Промисловість випускає мікроманометри типу ММН на п'ять діапазонів вимірювань. Клас точності 0,5 і 1,0. Прилад дозволяє вимірювати тиск або розрідження в межах: 0-60; 0-120 ; 0-180; 0-240 мм.вд.ст. при похибці ±1мм. вд.ст. (або 0,5% від верхньої межі). Більш точними є компенсаційні манометри типу ММ, де за рахунок використання оптичної ситеми відрахунку похибка не перевищує ± 0,05 мм.
Для технічних вимірювань застосовуються рідинні манометри без видимого рівня. До них відносять поплавкові, дзвонові та кільцеві.
U -подібні поплавцеві дифманометри (рис. 5.2, г) - є подібними однотрубним манометрам, але на відміну від них не мають видимого рівня робочої рідини. Для вимірювання рівня в них використовується переміщення поплавка, що знаходиться у чашці. За допомогою передавального механізму переміщення поплавка перетворюється у переміщення показуючої стрілки, а також може бути використане для реєстрування або передавання сигналу вимірювальної інформації. Переміщення поплавка h1 зв'язане з різницею тисків таким відношенням: , де F та f – поперечний переріз відповідно чашки в одному коліні та трубки, по якій підводиться тиск у другому.
Зміна поперечного перерізу трубки, по якій підводиться тиск, дозволяє змінювати діапазон вимірювань тиску. Промисловість випускає поплавцеві дифманометри показувальні самописні, з сигналізувальними та інтегрувальними пристроями типу ДП різних модифікацій на діапазон вимірювань різниці тисків 0,006...0,1 МПа,
а надлишкового тиску 0,004... 40 МПа. Клас точності — 1,0 і 1,5.
Принцип роботи дзвонових дифманометрів грунтується на зрівноважуванні вимірюваного тиску або перепаду тисків, які сприймаються дзвоном, що вільно плаває у рідині, пружними силами каліброваної гвинтової пружини або силами
ваги (рис. 5.2, д).
У такому приладі дзвін 1 , підвішений на гвинтовій пружині 2, частково занурений у робочу рідину (трансформаторне масло) 3, налиту в посудину 4. Якщо p1=p2, то дзвін приладу перебуває у рівновазі, й вимірювальна стрілка показує 0. Із виникненням різниці тисків р1 – р2 > 0 рівновага сил порушується і з'являється підйомна сила, яка переміщує дзвін доти, доки ця сила не зрівноважиться проти дійним зусиллям пружини. Різниця тисків і переміщення дзвону h зв'язані залежністю:, де — внутрішня площа перерізу дзвону; — сила ваги дзвону, Н; Кп — коефіцієнт жорсткості пружини, Н0 — початкова висота пружини, яку вона має на початку вимірювань, тобто коли р1 = р2, м.
З наведеної формули видно, що зміною жорсткості пружини і внутрішньої площини дзвону можна змінювати межі вимірювань приладу і його чутливість.
Промисловість випускає дзвонові дифманометри типу ДКО з диференційно-
-трансформаторними і феродинамічними перетворювачами на межі вимірювань різ-
ниці тисків 0,1. ..1,0 кПа, за класу точності 1,0 і 1,5. За вимірювання малих перепа-
дів тисків такі прилади мають вищу чутливість, ніж поплавцеві.
Кільцевий дифманометр являють собою теж U-подібну трубку, але звернуту у кільце 1 (рис. 5.2, є) і розділену зверху перегородкою 4. Порожнина кільця до половини заповнюється робочою рідиною (водою, маслом або ртуттю).
За рівності тисків в обох порожнинах кільцівої камери p1=p2 кільце перебуває у середньому положенні, а робоча рідина в обох колінах — на одному рівні. За нерівностей тисків p1>p2 робоча рідина переміститься із лівого коліна у праве таким чином, щоб перепад тисків зрівноважився стовпом рідини. При цьому виникає обертальниц момент і кільце повертається навколо точки опори за годинниковою стрілкою на кут , який є мірою різниці тисків.
Промисловість випускає кільцеві дифманометри типу ДК показувальні, реєструвальні, з перетворювачами для передавання вимірювальної інформації. Діапазон вимірювань різниці тисків 0,25... 1,6 кПа, клас точності 1,0 і 1,5.
Загальні преваги рідинних приладів тиску: а) достатня точність; б) простота конструкції; в) невисока вартість. Недоліки: а) невисока механічна міцність; б) громіздкість.