Соловцов В.К., Контрольно-измерительные приборы

Подождите немного. Документ загружается.

в. к. соловцов

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ

ПРИБОРЫ

3-е издание,

переработанное и дополненное

Одобрено

Ученым Советом Государственного комитета

Совета Министров СССР

по профессионально-техническому образованию

в качестве учебного пособия для профессионально-технических

учебных заведений

ИЗДАТЕЛЬСТВО «ВЫСШАЯ ШКОЛА»

Москва— 1 969

СП2.2

С 60

Соловцов В. К.

Контрольно-измерительные приборы. Учеб. пособие для проф.-техн. учи-

лищ. 3-е изд., переработ, и доп. М., «Высшая школа», 1969, 272 с. с илл.

40 000 экз. 52 к.

В книге изложены основные понятия о единицах измерения физических

величин, классификации измерительной аппаратуры и важнейших характерис-

тиках приборов.

Рассмотрены функциональные элементы, конструктивные особенности

и принципиальные схемы различных видов приборов для измерения темпера-

туры, давления, расхода жидкостей и газов, уровня раздела двух сред, соста-

ва веществ и других приборов теплотехнического контроля.

Приведены сведения о способах ремонта, поверки, обслуживания контроль-

но-измерительных приборов и используемых при этом приспособлениях, пове-

рочных установках и лабораторном оборудовании.

Третье издание книги дополнено некоторыми новыми моделями измери-

тельной аппаратуры, приведены сведения о нормирующих преобразователях,

применяемых для комплексных систем контроля и управления, обновлен ил-

люстративный материал.

Книга предназначена в качестве учебного пособия для подготовки в про-

фессионально-технических учебных заведениях слесарей-прибористов и может

быть использована для подготовки рабочих этой профессии на производстве.

СП2.2

Все замечания и предложения по книге просим направлять по адресу:

Москва, К-51, Неглинная ул., д. 29/14, издательство «Высшая школа».

3—3—3

40—69

ВВЕДЕНИЕ

Измерительная техника представляет собой совокупность ме-

тодов и средств для получения объективной количественной ин-

формации о свойствах, веществ и физических явлений, характе-

ристиках материалов, изделий и технологических процессов.

Уровень развития измерительной техники в Советском Союзе

связан с общим научно-техническим прогрессом и оказывает

непосредственное влияние на дальнейшее совершенствование про-

изводства во всех отраслях народного хозяйства.

Решение таких сложных проблем, как создание управляемых

атомных реакторов и ракет, осуществление космических поле-

тов, стало возможным только на основе современных методов

и средств измерения. В настоящее время нет ни одной области

знаний, где измерения не имели бы большого значения.

На промышленных предприятиях средства измерительной тех-

ники составляют неотъемлемую, органическую часть всевозмож-

ных устройств автоматического контроля, регулирования, зашиты

технологического оборудования и систем управления производст-

венными процессами. С помощью контрольно-измерительных при-

боров оценивают размеры деталей, качество обработки, учитыва-

ют количество затраченных материалов и изготовленной продук-

ции, определяют физико-химические свойства веществ и выполня-

ют ряд операций, без которых трудно или невозможно обеспечить

необходимый объем и качество выпускаемой продукции.

Наиболее широко используются контрольно-измерительные

приборы в отраслях промышленности с преобладанием непрерыв-

ных технологических процессов, в том числе в энергетике.

Рациональная эксплуатация современных энергетических аг-

регатов немыслима без приборов и автоматических устройств.

В мощных паровых котлах особо важное значение имеет непре-

рывный контроль и регулирование расхода воды, пара и топлива,

давления и температуры, уровня воды в барабане. Необходимо

контролировать состав дымовых газов и концентрацию различ-

ных примесей в воде и паре, чтобы обеспечить эффективное ис-

пользование топлива и безаварийную работу котлоагрегата.

Контроль за работой электрического оборудования осущест-

вляют с помощью разнообразных электроизмерительных при-

боров.

В энергетике достигнут весьма высокий уровень автоматиза-

ции производственных процессов. На ряде электростанций внед-

ряются комплексные системы автоматического управления с при-

менением электронных вычислительных машин. Такие системы

способны управлять мощными энергетическими блоками без уча-

стия человека, обеспечивая наиболее экономичные режимы ра-

боты оборудования.

Успешное внедрение комплексной автоматизации возможно

только при условии высокой культуры технической эксплуатации

приборов, аппаратуры и оборудования, для чего нужны квали-

фицированные кадры.

Знание основ измерительной техники становится все более

необходимым для широкого круга работников промышленности,

особенно для работников специальных служб контрольно-изме-

рительных приборов (КИП) и автоматики, призванных обеспе-

чивать текущее обслуживание, ремонт и наладку всего комп-

лекса измерительной аппаратуры.

Применяемые на практике контрольно-измерительные прибо-

ры отличаются чрезвычайным многообразием по конструктив-

ному оформлению и принципу действия. В них сочетаются меха-

нические, электрические, радиотехнические, оптические и другие

элементы. Подробное изучение всех существующих типов при-

боров не представляется возможным и в этом нет особой необхо-

димости. Важно усвоить общие принципы построения наиболее

распространенных видов приборов и их функциональных узлов,

а также характерные операции по ремонту, поверке и текущему

обслуживанию приборов. Это позволит самостоятельно разо-

браться в тех или иных особенностях конкретных моделей при-

боров.

Квалифицированному слесарю-прибористу полезно также ус-

воить некоторые метрологические понятия об единицах изме-

рения и технических характеристиках приборов для правильного

применения измерительной аппаратуры и сознательного выпол-

нения действующих правил в области стандартов, мер и измери-

тельных приборов.

ГЛАВА I

МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ

§ 1. ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Физическими величинами называют такие свойства тел (или

физических явлений), которые могут количественно отличаться

у разных тел или изменяться у одного и того же тела. К таким

величинам относятся длина, масса, объем, температура, давле-

ние и другие свойства. Каждая величина может иметь различ-

ные конкретные значения, которые количественно оценивают по-

средством измерений.

Процесс измерения заключается в сравнении данной вели-

чины с некоторым определенным ее значением, принятым за еди-

ницу. Результат измерения в виде именованного числа показы-

вает, во сколько раз данная величина больше единицы измере-

ния или какую долю единицы она составляет. Размер единицы

может быть установлен произвольно, но при условии возможно-

сти точного воспроизведения вещественными образцами или

эталонными методами.

Большинство известных величин взаимно связаны количест-

венными соотношениями, поэтому размеры единиц выбраны про-

извольно лишь для некоторых независимых величин. Такие еди-

ницы называют основными. Все другие единицы, размер которых

определен на основании математических зависимостей через ос-

новные единицы, называют производными. Совокупность основ-

ных и производных единиц составляет систему единиц измерения

физических величин.

На протяжении истории развития измерительной техники раз-

меры единиц для различных величин неоднократно изменялись,

причем выбор размеров носил случайный и неорганизованный

характер. В результате до настоящего времени на практике при-

меняют разные системы единиц и отдельные внесистемные едини-

цы, что создает значительные неудобства в науке, технике, про-

изводстве и других сферах общественной деятельности.

Для обеспечения необходимого единства в области измерений

на XI Генеральной конференции по мерам и весам принята Меж-

дународная система единиц (СИ), которая утверждена в каче-

стве государственного стандарта как основная и предпочтитель-

ная к применению на территории СССР.

В состав Международной системы единиц входят шесть ос-

новных единиц, две дополнительные геометрические единицы.

и двадцать семь важнейших производных единиц измерения.

Основные единицы приняты для измерения длины (метр), мас-

сы (килограмм), времени (секунда), силы электрического тока

(ампер), температуры (градус Кельвина) и силы света (свеча).

Дополнительные геометрические единицы установлены для

измерения плоского угла (радиан) и телесного угла (стерадиан).

Производные единицы определены прямо или косвенно через

основные в виде простейших математических соотношений (с чис-

ловым коэффициентом, равным единице), что является сущест-

венным преимуществом Международной системы единиц по срав-

нению с другими системами.

Ниже приводятся определения основных единиц СИ по ГОСТ

9867—61 и пояснения методов воспроизведения этих единиц.

Метр— длина, равная 1650763,73 длин волн в вакууме из-

лучения, соответствующего переходу между уровнями 2р

и 5d

атома криптона-86.

Размер основной единицы длины определялся до 1960 г. ве-

щественным эталоном — международным прототипом метра. На

XI Генеральной конференции по мерам и весам утвержден новый

естественный эталон метра, воспроизводимый с наивысшей точ-

ностью через длину волны светового излучения.

При воздействии электрического поля на атомы некоторых

химических элементов происходит перемещение электронов с од-

ной орбиты на другую. Такие перемещения, связанные с измене-

нием внутренней энергии атома, называют переходами. При пере-

ходах возникает световое излучение, характеризующееся опре-

деленной и неизменной во времени длиной волны.

Наиболее удобным для воспроизведения и измерения было

признано излучение изотопа атома инертного газа криптона с

атомным весом 86.

Многократные контрольные измерения вещественного эта-

лона метра показали, что его размер составляет 1650763,73 дли-

ны волны излучения атома криптона-86.

Килограмм — единица массы, равная массе международного

прототипа килограмма.

Вещественный эталон массы был изготовлен при создании

метрической системы мер. Одновременно были изготовлены и пе-

реданы разным странам 43 копии эталона килограмма. Один из

образцов хранится в СССР и считается в нашей стране государ-

ственным эталоном массы. '

Секунда— 1/31556925,9747 часть тропического года для

1900 г. января 0 в 12 час. эфемеридного времени.

Время представляет собой величину особого рода. Оно не-

пре'рывно протекает и никогда не повторяется. Измерять можно

только промежутки времени между отдельными событиями или

длительность протекания какого-либо процесса.

Эфемеридным временем называют равномерно текущее вре-

мя, не зависящее от скорости движения Земли. Поправки на от-

счет времени вносятся на основании специальных астрономи-

ческих таблиц-эфемерид, содержащих координаты небесных све-

тил, вычисленные для ряда последовательных промежутков вре-

мени.

Естественными эталонами промежутков времени служат пе-

риодически повторяющиеся явления, связанные с вращением

земного шара вокруг своей оси и вращением Земли вокруг

Солнца.

Движение Земли определяется по кажущемуся относитель-

ному перемещению Солнца и звезд на небесной сфере и измене-

нию их взаимного расположения. Промежуток времени, через ко-

торый Солнце занимает одно и то же положение на небесной сфе-

ре, называют тропическим годом.

Тропический год содержит 365,2422 суток. Единица времени

определена по отношению к тропическому году, а не к суткам,

потому что из-за неравномерной скорости движения Земли

вокруг Солнца продолжительность суток изменяется на протя-

жении года.

Контроль времени осуществляют специальные службы вре-

мени, располагающие эталонными часами с высокой равномер-

ностью суточного хода. Для обеспечения единства в отсчете вре-

мени по всей стране систематически передаются по радио сигна-

лы точного времени.

Ампер — сила неизменяющегося тока, который, проходя по

двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной

длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на

расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызвал бы между эти-

ми проводниками силу, равную 2-10

-7

единиц силы Международ-

ной системы на каждый метр длины.

Электрический ток определяется количеством электрических

зарядов, прошедших через сечение проводника за единицу вре-

мени. Единицу силы тока невозможно выполнить в виде вещест-

венного эталона, поэтому она воспроизводится косвенными ме-

тодами, в том числе на эталонной установке, называемой токо-

выми весами. Через два проводника в виде соленоидов пропус-

кают неизменяющийся электрический ток. Механическая сила,

возникающая при этом между соленоидами, уравновешивается

образцовыми грузами. На основании существующей зависимости

по значениям образцовых грузов вычисляется сила тока.

Градус Кельвина — единица измерения температуры по тер-

модинамической температурной шкале, в которой для темпера-

туры тройной точки воды установлено значение 273,16° К.

Температурой называют величину, характеризующую степень

нагретости вещества.

Физические свойства любого тела находятся в той или иной

зависимости от температуры. Для построения шкалы температур

использована зависимость объема тел от температуры. На осно-

вании законов термодинамики установлено, что изменение объе-

ма идеального газа при постоянном давлении пропорционально

изменению его абсолютной температуры по термодинамической .

шкале в градусах Кельвина.

Для воспроизведения с высокой точностью отдельных значе-

ний температуры используют свойства веществ переходить из

одной фазы состояния в другую при строго определенной темпе-

ратуре. Тройная точка воды, для которой принято значение

273,16° К, соответствует равновесию (одновременному существо-

ванию в некотором объеме) твердой, жидкой и газообразной

фаз воды.

Наряду с основной термодинамической температурной шка-

лой допущена к применению международная практическая тем-

пературная шкала в градусах Цельсия. Различие этих шкал за-

ключается в расположении начальной (нулевой) точки отсчета.

Нулевая точка практической температурной шкалы соответству-

ет значению 273,15° К по термодинамической температурной шка-

ле. Температурный промежуток в один градус одинаков на обе-

их шкалах.

Температура, отсчитанная по термодинамической шкале, обоз-

начается символом Г, а по практической температурной шкале —

символом t. Соотношение между шкалами определяется уравне-

нием

где Т

= 273,15 град.

Международная температурная шкала воспроизводится по

шести первичным постоянным точкам, которым присвоены точ-

ные значения температуры, в том числе: точка кипения кисло-

рода (— 182,97°С), тройная точка воды (0,01°С), точки кипения

воды (100°С) и серы (444,6°С), точки затвердевания, серебра

(960,8°С) и золота (1063°С). Все указанные состояния равнове-

сия, кроме тройной точки воды, воспроизводятся при нормаль-

ном атмосферном давлении в 101-325 н/м

. Тройная точка воды

может быть получена при пониженном давлении.

Свеча — единица силы света, значение которой принимают

таким, чтобы яркость полного излучения при температуре за-

твердевания платины была 60 св на 1 см

Свет представляет собой такой вид лучистой энергии, кото-

рая воспринимается органами зрения. Световые излучения в диа-

пазоне от ультрафиолетовых до инфракрасных лучей имеют

длины волн от 0,4 до 0,76 мк. Одноцветное (монохроматическое)

излучение характеризуется определенной длиной волны. Полное

излучение источника света состоит из всех монохроматических

излучений, имеющихся в его спектре.

Мощность излучения, заключенного в световом потоке, зави-

сит от силы света источника и размера излучающей поверхности.

Единица силы света воспроизводится эталонным источником

излучения в виде модели абсолютно черного тела, имеющего

свойство поглощать всю лучистую энергию, падающую на его

поверхность.

Модель абсолютно черного тела представляет собой полый

цилиндр с отверстием. Если источник излучения поместить

внутрь цилиндра, то из отверстия выйдет только определенная

часть светового потока, ограниченная размерами отверстия. Весь

Остальной световой поток будет поглощен (без отражения) внут-

ренней поверхностью цилиндра.

Сила света в 1 cв равна силе света отверстия размером

1/60 см

при температуре внутри цилиндра, равной температуре

затвердевания платины (1773°С).

В табл. 1 приведена Международная система единиц (СИ)

и указаны соотношения, на основании которых установлены раз-

меры производных единиц.

Таблица I

Международная система единиц (СИ)

(ГОСТ 9867—61)

Величина

Единицы измерения

Сокращенные

обозначения

русскими

буквами

латински-

ми или

гречески-

ми буквами

Размер производ-

ных единиц

Длина

Масса

Время

Сила электричес-

кого тока

Термодинамичес -

кая температура

Сила света

метр

килограмм

секунда

ампер

градус Кель-

вина

свеча

кг

сек

°К

св

°К

—

Основные

Дополнительные

Производные

Плоский угол

Телесный угол

радиан

стерадиан

рад

стер

rad

—

Площадь

Объем

Частота

Плотность

квадратный

метр

кубический

метр

герц

килограмм на

кубический метр

гц

кг/м

kg/m

м)

( 1 м)

1:(1 сек)

кг):(

1 м)

Продолжение табл. 1