Единицы физических величин

ИМЕНИ ЯРОСЛАВА МУДРОГО

Кафедра «Механика и конструирование машин»

 

МЕТРОЛОГИЯ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ

 

 

Учебно-методическое пособие

 

 

Великий Новгород

УДК 621.011 Печатается по решению

H28 РИС НовГУ

 

Рецензенты

 

кандидат технических наук, доцент, директор Северного филиала Российского Государственного университета инновационных технологий и предпринимательства В.В. Сокол, кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой ПРЭН А.Г.Муравьев

Н28 Метрология в теплоэнергетике: учебно-методическое пособие / сост. Фридлянд И.Г.; НовГУ им. Ярослава Мудрого. - Великий Новгород, 2007 – с.

 

Пособие содержит теоретический материал по основным вопросам, касающимся измерений, обработки их результатов, оценки погрешностей. Рассматриваются методы и средства теплотехнических измерений основных параметров технологических процессов в теплоэнергетике. Приводятся примеры решения типовых задач в практике теплотехнических измерений. Пособие предназначено для изучения курса «Метрология, стандартизация, сертификация» студентами специальности 140104 «Промышленная теплоэнергетика».

УДК 621.011

 

© Новгородский государственный

Университет, 2007

© И.Г.Фридлянд, 2007

Введение

 

Данное учебно-методическое пособие предназначено для получения студентами специальности “Промышленная теплоэнергетика” теоретических знаний и практических навыков по основным вопросам метрологии, в частности, в области теплотехнических измерений.

При разработке пособия решались три основных задачи:

1. Соединение методов теплотехнических измерений с основными теоретическими методами оценки погрешностей измерений, базирующихся на положениях теории вероятностей и математической статистики.

2. Определение результатов измерений теплотехнических параметров (температуры, давления, расхода и т.д.) с учетом конкретных условий, в которых производятся измерения.

3. Ознакомление студентов с разнообразными методами и средствами, используемыми в практике теплоэнергетики для контроля, регулирования и анализа теплотехнических процессов.

Пособие состоит из двух частей. Часть I “Метрология” содержит основные теоретические положения, используемые в практической метрологии. Часть II “Теплотехнические измерения” рассматривает конкретные методы и средства, применяемые в промышленной теплоэнергетике. В ней же даны примеры расчетов результатов измерений с оценкой погрешностей.

Пособие является кратким изложением учебного материала, содержащегося в литературе, список которой приведен в конце пособия.

ЧАСТЬ I

МЕТРОЛОГИЯ

ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ МЕТРОЛОГИИ

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности измерения. Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов и процессах с заданной точностью и достоверностью. Для получения этой информации необходимо проводить измерения, т.е. найти значение физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств, называемыми средствами измерения (СИ).

Основой науки метрологии является теоретическая метрология, занимающаяся – кроме всего прочего – теорией точности измерений. Раздел «Прикладная метрология» посвящен изучению вопросов практического применения результатов теоретических исследований в различных сферах деятельности. В разделе «Законодательная метрология» рассматриваются вопросы регулирования метрологической деятельности при помощи установления взаимосвязанных норм, правил, требований, а также вопросы регламентации и контроля со стороны государства, направленные на обеспечение единства измерений. В основе этой деятельности лежит Закон РФ «Об обеспечении единства измерений» от 27.04.93г. и другие акты, уточняющие основные положения этого закона.

Единство измерений – состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах величин и погрешности измерений не выходят за установленные границы с заданной вероятностью.

Основными задачами метрологии являются:

- разработка теории измерений и методов оценки погрешностей;

- установление единиц физических величин;

- разработка стандартных методов и средств измерений;

- создание образцовых средств измерения, в т.ч. государственных эталонов;

- надзор за приборостроением и эксплуатацией средств измерений;

- контроль за средствами измерений, в т.ч. их метрологическая поверка и калибровка.

Теоретическая метрология включает в себя несколько разделов:

- основные представления метрологии (понятия и термины, постулаты, учения о физических величинах, методы измерений);

- теория единства измерений (единицы физических величин, эталоны, передача размеров физических величин);

- теория построения средств измерений;

- теория точности измерений (теории погрешностей, точности средств измерения, измерительных процедур).

 

 

ЕДИНИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

 

Объектами измерений являются физические и нефизические величины. Физическая величина в общем случае может быть определена как величина, свойственная материальным субъектам, относящимся к естественным наукам (физике, химии, механике). К нефизическим величинам относятся такие, которые являются предметом изучения общественными науками (философия, экономика, и т.п.).

Физическая величина – свойство объекта измерения, в качественном отношении общее для многих физических объектов, а в количественном – индивидуальное для каждого. Свойство – категория, выражающая такую сторону объекта, которая обуславливает его различия или общность с другими объектами. Свойство – категория качественная. Для количественной характеристики используется понятие величины – свойства, которое может быть выделено среди других свойств и оценено тем или другим способом, в т.ч. количественно.

Основным уравнением измерения является:

,

где - качественная характеристика – размерность, - количественная характеристика – размер.

В результате получают значения физической величины .

Единица физической величины - это физическая величина фиксированного размера, условно равного единице и применяемого для количественного выражения однородных физических величин. Размер единиц физических величин устанавливается путем законодательного утверждения национальными метрологическими органами.

Совокупность физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами, когда одни величины принимаются за независимые, а другие являются их функциями, называется системой физических величин. Некоторые физические величины выбираются основными, а остальные, получаемые на основе известных уравнений, - производными.

Совокупность основных и производных единиц называется системой единиц физических величин. В РФ принята система СИ, основными единицами которой являются метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль, кандела. Эта система действует с 1.1.1982 г и имеет следующие преимущества:

- универсальность, т.е. охват всех областей науки и техники;

- унификация всех областей и видов измерений;

- возможность воспроизводить единицы с высокой точностью;

- уменьшение числа допускаемых единиц;

- единая система кратных и дольных единиц;

Для обеспечения единства измерений необходима тождественность единиц, что достигается путем точного воспроизведения и хранения установленных единиц физических величин и передачи их размеров применяемым средствам измерений. Воспроизведение единицы физической величины – совокупность операций по материализации единицы с наивысшей в стране точностью посредством государственного эталона или исходного образцового СИ. Передача размера единицы – это приведение размера единицы физической величины, хранимой поверяемым СИ, к размеру единицы, воспроизводимой эталоном, осуществляемое при их поверке или калибровке. Размер единицы передается «сверху вниз» - от более точных СИ к менее точным. Хранение единицы – совокупность операций, обеспечивающих неизменность во времени размера единицы, присущего данному СИ.

Одним из средств обеспечения единства измерений является эталон – СИ, предназначенное для воспроизведения и хранения единицы и передачи ее размера другим СИ, и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке. Эталон должен обладать тремя свойствами: неизменностью (по времени), воспроизводимостью (возможность воспроизведения с наименьшей погрешностью), сличаемостью (сличение с эталоном других СИ).

Существует три вида эталонов:

- первичный – обеспечивает воспроизведение и хранение единицы с наивысшей в стране точностью;

- специальный – обеспечивает воспроизведение в особых условиях;

- государственный – официально утвержденный в качестве исходного для страны;

- вторичный – хранит размер единицы, полученный путем сличения с первичным эталоном. Вторичные эталоны делятся на эталоны – копии, эталоны сравнения, эталоны – свидетели, рабочий эталон, служащий для передачи размера единицы рабочим СИ.

В России существует 114 государственных эталонов и более 250 вторичных эталонов. Они хранятся во ВНИИМ им. Менделеева, ВНИИФТРИ, ВНИИ оптико-физических измерений, Уральском НИИ метрологии, Сибирском НИИ метрологии.

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

 

Методы измерений – это прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерения.

По совокупности приемов использования принципов и СИ различают методы непосредственной оценки и методы сравнения. Сущность метода непосредственной оценки состоит в том, что значение измеряемой величины получают по показанию одного (прямые измерения) или нескольких (косвенные измерения) средств измерения, которые заранее проградуированы в единицах измеряемой величины или других величин, от которых она зависит.

Метод сравнения имеет несколько разновидностей, при которых измеряемая физическая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой.

Дифференциальный метод. Измеряемая величина X сравнивается с величиной X_M, воспроизводимой мерой. О значении X судят по измеряемой СИ разности X = X - X_M и по известной величине X_M. В этом случае X = X_M + X.

Нулевой метод. Это разновидность дифференциального метода, отличающегося от него тем, что результирующий эффект сравнения двух величин доводится до нуля с помощью специального СИ – нуль – индикатором. В этом случае считается, что X = X_M.

Метод замещения. Он заключается в поочередном измерении СИ искомой величины и выходного сигнала меры, однородного с исходной величиной. Искомая величина определяется по отношению показаний СИ.

Метод совпадений. При этом методе разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, определяют, используя совпадения отметок шкал и периодических сигналов (измерение штангенциркулем с нониусом, измерение частоты вращения стробоскопом).

Кроме того, методы измерения различаются:

- по физическому принципу, положенному в основу измерения (энергетические, механические, магнитные и т.д.);

- по режиму взаимодействия СИ и объекта – статические и динамические;

- по виду измерительных сигналов – цифровые или аналоговые.

Измерение – последовательность действий, состоящая из ряда этапов:

1 этап. Постановка измерительной задачи (сбор данных, т.е. накопление априорной информации об объекте, формирование модели объекта, формирование уравнения измерения).

2 этап. Планирование измерения (выбор метода, определение требований к метрологическим характеристикам СИ, выбор СИ, выбор параметров измерительной процедуры).

3 этап. Измерительный эксперимент (взаимодействие СИ и объекта, сравнение сигналов и регистрация результата).

4 этап. Обработка экспериментальных данных (анализ информации, вычисление и внесение поправок, проведение вычислений, анализ и интерпретация результатов).

 

123456789Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: