Методы и средства измерения неэлектрических величин

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧЕБНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ

“ФИНАНСОВО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ”

Факультет инноватики и управления

Кафедра управления качеством и стандартизации

 

Отметка о допуске к  защите  

Оценка  за защиту  

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине : “Методы и средства измерений , испытаний и контроля”

Тема: “Методы и средства измерения неэлектрических величин”

                                                                       Исполнитель: 

Студент  группы : УО-03 ; 3-ий курс

Чернышов Александр Александрович

фамилия, имя, отчество

Руководитель:

кандидат технических наук

ученое  звание,        ученая  степень,        должность

Исаев Владимир Геннадьевич

                                                                                                                                                 фамилия, имя, отчество

 

 

 

 

Оглавление

Введение 3

Методы  и средства измерения температуры 7

   Методы измерения температуры 8

   Описание принципа бесконтактного метода измерения температуры 16

   Люминесцентный метод измерения температуры 27

    Бесконтактное измерение температуры расплавов металлов……………... 30

Заключение 34

Список используемой литературы 35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

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:

• 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.

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). 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.