|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ И ИХ ИЗМЕРЕНИЕСтр 1 из 9Следующая ⇒
СОДЕРЖАНИЕ
Введение. 5 1. Физические величины и их измерение. 6 1.1. Физическая величина. 6 1.2. Международная система единиц (СИ) 7 1.3. Виды измерений. 10 1.4. Точность измерений. 11 1.4.1. Классификация погрешностей. 12 1.4.2. Оценка погрешности прямых измерений. 14 1.4.3. Оценка погрешности косвенных измерений. 16 1.5. Вычисление и запись приближенных чисел. 17 1.5.1. Запись приближенных чисел. 17 1.5.2. Сложение и вычитание приближенных чисел. 18 1.5.3. Умножение и деление приближенных чисел. 19 1.5.4. Использование табличных значений. 19 1.6. Построение графиков. 20 2. Механика. 29 2.1. Штангенциркуль. 29 2.2. Микрометр. 31 2.3. Весы.. 34 2.4. Устройство электронных лабораторных весов. 35 2.5. Правила взвешивания на электронных весах. 38 3. Молекулярная физика. 39 3.1. Приборы для измерения температуры.. 39 3.1.1. Термометры.. 39 3.1.2. Лабораторные и технические термометры.. 41 3.1.3. Термометры сопротивления. 43 3.1.4. Термопары.. 44 3.1.5. Пирометры.. 45 3.2. Приборы для измерения влажности воздуха. 46 4. Электричество. 49 4.1. Основные элементы электроизмерительных приборов. 49 4.2. Приборы магнитоэлектрической системы.. 50 4.3. Приборы электромагнитной системы.. 53 4.4. Приборы электродинамической системы.. 55 4.5. Включение в цепь амперметра и вольтметра. 57 4.6. Основные характеристики электроизмерительных приборов 59 4.7. Определение цены деления многопредельных 4.8. Маркировка электроизмерительных приборов, наносимые условные обозначения 63 4.9. Условные графические обозначения в 4.10. Основы измерения мультиметром.. 71 5. Оптика. 76 5.1. Классификация световых микроскопов. 76 5.2. Металлографический микроскоп. 77 5.3. Увеличение и разрешающая способность 5.4. Определение размеров объекта с помощью 5.5. Нанесение масштаба на фотографии микрообъектов с использованием компьютера 86 Список литературы.. 89
ВВЕДЕНИЕ Физика – это экспериментальная наука: ее законы базируются на фактах, установленных опытным путем. Современный специалист должен уметь ставить и проводить в лабораторных или производственных условиях научный эксперимент. Проведение научного эксперимента невозможно без измерительной аппаратуры. Измерением называется нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Измерительный прибор – средство измерений, дающее возможность непосредственно отсчитывать значения измеряемой величины. В аналоговых измерительных приборах отсчет производится по шкале, в цифровых – по цифровому отсчётному устройству. При выполнении лабораторного практикума возникает необходимость работы с простейшими измерительными приборами. Данное пособие знакомит читателя с методами работы и устройством этих приборов, а также позволит грамотно и правильно обрабатывать полученные экспериментальные данные (строить графики, анализировать функциональные зависимости). В настоящее время, при обработке данных экспериментальных исследований по физике, широко используется вычислительная техника. Компьютеры используют как для систематизации данных, так и для их обработки: для построения и использования моделей, для поиска закономерностей, для обработки экспериментальных данных численными методами и т.д. По мере роста числа персональных компьютеров, расширения их возможностей стали разрабатываться специализированные программы для автоматической обработки числовых данных (например, Microsoft Excel, Mathcad и др.). Одной из наиболее удачных программ (с точки зрения авторов), предназначенной для численной обработки экспериментальных результатов, стала программа Origin. Данная программа широко используется для анализа экспериментальных результатов. Она получила широкое распространение, как в России, так и во всем мире. Программа Origin позволяет систематизировать данные, их обрабатывать с использованием различных стандартных функций, а при необходимости с использованием функций, создаваемых пользователями. В данном пособии содержаться примеры анализа реальных экспериментальных данных по физике, экспериментально полученных авторами и обработанных с использованием программы Origin. Учебно-методическое пособие содержит описание приборов использующихся в основных разделах физического практикума: механике, молекулярной физике, электричеству и оптике. Умение работать с простейшими измерительными приборами залог успешной деятельности любого специалиста. ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ И ИХ ИЗМЕРЕНИЕ Физическая величина Целью эксперимента является поиск таких параметров физических явлений, которые можно измерить, а получив численные значения, сравнить их с предсказаниями проверяемой теории или гипотезы. Параметры физических объектов и процессов, которые можно прямо или косвенно измерить, называют физическими величинами. Физические величины можно разделить на две категории: • величины, характеризующие свойства и состояние тел (масса, объем, плотность, электрическое сопротивление, давление и др.). • величины, характеризующие явления и процессы, протекающие во времени (линейная скорость, сила тока, работа и т.д.). Измерить физическую величину – это значит с использованием специальных технических средств (средств измерения) найти опытным путем значение физической величины, а также степень ее приближения к истинному значению, которое в принципе неизвестно. Например, при измерении линейных размеров предметов (длины, ширины, высоты, диаметра и др.) их сравнивают с метром; при измерении массы тела она сравнивается с килограммом и т. д. Результат измерений выражается определенным числом. Как правило, все результаты измерений записываются в таблицу, с обязательным указанием единиц измерения. Виды измерений Измерения могут быть прямыми, при которых значения физической величины находят непосредственным отсчетом по шкале измерительного прибора (измерение длины – линейкой, температуры – термометром) и косвенными, при которых значение физической величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, измеряемыми непосредственно. Например, числовое значение сопротивления В зависимости от числа проведенных измерений различают однократные и многократные измерения. Многократные измерения могут быть равноточными и неравноточными. Равноточными называют измерения, выполненные с одинаковой точностью (например, одним и тем же прибором, при одинаковых условиях). В физике и технике не существует абсолютно точных измерительных приборов, следовательно, нет и абсолютно точных результатов измерения. Поэтому, числовые значения всех физических величин являются приближенными, то есть, измеряются с погрешностями и, поэтому любые измерения необходимо повторить минимум два раза! Численные значения, полученные в результате измерений, всегда дают не истинные, а приближенные значения измеряемой величины. Причина этого лежит в несовершенстве измерительных приборов и наших органов чувств. Даже при работе с самым точным прибором неизбежны погрешности измерений. Поэтому при измерении любой физической величины необходимо указывать погрешность или предел точности данного измерения. Точность измерений Измерения никогда не могут быть выполнены абсолютно точно. Результат любого измерения приближенный. Всегда имеется некоторая неопределенность в числовом значении измеряемой физической величины. Эта неопределенность характеризуется погрешностью – отклонением измеренного значения физической величины от ее истинного значения. Перечислим некоторые из причин, приводящих к появлению погрешностей. 1. Ограниченная точность изготовления средств измерения (например, линейки в большей или меньшей степени отличаются от эталона, по которому были изготовлены); наличие наименьшего значения измеряемой величины, которое можно получить с помощью данного средства измерения. 2. Влияние на измерения неконтролируемых внешних условий (колебание температуры в помещении, непостоянного напряжения в электрической цепи и т. д.). 3. Действия экспериментатора (включение секундомера с запаздыванием, различное положение глá за относительно шкалы измерительного прибора и т. д.). 4. Приближенный характер законов, которые используются для нахождения измеряемой величины или лежат в основе работы приборов. Перечисленные выше причины появления погрешностей принципиально неустранимы. Часть погрешностей может быть сведена к необходимому минимуму, для другой же части существуют методы их оценки. Классификация погрешностей По влиянию на результат измерения можно выделить следующие виды погрешностей измерений: грубые (промахи), систематические, инструментальные, случайные. Грубые – это погрешности, которые существенно превышают систематические и случайные погрешности. Причинами промахов обычно являются ошибки наблюдателя, неисправность средств измерений. Если условия проведения опытов позволяют, никогда не следует ограничиваться одним измерением. Промах обычно возникает при проведении первого опыта. Для устранения промахов следует соблюдать аккуратность и тщательность при проведении измерений. В любом случае грубые погрешности должны быть исключены. Систематические погрешности – это погрешности, соответствующие отклонению измеренного значения физической величины от истинного значения всегда в одну сторону – либо в сторону завышения, либо в сторону занижения. При повторных измерениях в тех же условиях погрешность остается прежней. При закономерном изменении условий измерений погрешность также изменяется закономерно. Систематические погрешности, обусловленные некоторыми из перечисленных причин, могут быть сведены к минимуму проверкой приборов, их тщательной установкой, анализом необходимых поправок и т. д. Другие причины могут быть скрытыми в течение длительного времени и обнаруживаются при нахождении тех же физических величин принципиально другими методами. Случайные погрешности – это погрешности, которые непредсказуемым образом меняют свое численное значение и знак при повторных измерениях физической величины в одних и тех же контролируемых условиях. Случайные погрешности вызываются большим числом неконтролируемых причин, влияющих на процесс измерения. Такие причины могут быть объективными (неровности на поверхности измеряемого предмета; дуновение воздуха при открытии двери лаборатории, ведущее к изменению температуры; скачкообразное изменение напряжения в электрической цепи и пр.) и субъективными (разная сила зажима предмета между упорами микрометра; неодинаковое положение глаза относительно шкалы электроизмерительного прибора; различное запаздывание при включении и выключении секундомера). Эти причины могут сочетаться в различных комбинациях, вызывая то уменьшение, то увеличение значения измеряемой величины. Поэтому при нескольких измерениях одной и той же величины получается целый ряд значений этой величины, отличающихся от истинного значения случайным образом. Влияние случайных погрешностей на результат измерений может быть существенно уменьшено при многократном повторении опыта. Инструментальная или приборная погрешность – это погрешность обусловлена конструкцией средства измерения, точностью его изготовления и градуировки. Методика определения инструментальной погрешности прибора приводится в его паспорте. Для характеристики большинства приборов используют понятие приведенной погрешности, равной абсолютной погрешности в процентах диапазона шкалы измерений. По приведенной погрешности приборы разделяются на классы точности. Класс точности Наибольшая абсолютная инструментальная погрешность может быть рассчитана из соотношения:
где Если сведений о допустимой приборной погрешности не имеется, то в качестве этой погрешности можно принять половину наименьшей цены деления шкалы прибора или половину наименьшего значения измеряемой величины, которое еще может быть получено при помощи данного прибора. Например, при измерении длины миллиметровой линейкой с ценой деления 1 мм за допустимую погрешность принимают 0, 5 мм. Пример. Изучить зависимость электропроводности r от % содержания q добавок Mg к сплаву Al-Si. В результате экспериментов получена следующая расчетная таблица:
Необходимо оценить параметры линейной и квадратичной модели и отклонения от нее.
Рис. 1.4. Экспериментальные точки Воспользуемся программой Origin. Заполнив таблицу данных и выбрав пункт меню Plot ® Scatter, получим нанесенные экспериментальные точки, показанные на рис. 1.4.
Рис. 1.5. Построение линейной зависимости. Коэффициент корреляции равен 0, 964
По экспериментальным точкам видно, что зависимость может быть построена по методу наименьших квадратов как линейная, так и квадратичная. Построим обе зависимости и оценим коэффициент корреляции для них. Выберем пункт меню Analysis ® Fit Linear. Результат расчета линейной функции по методу наименьших квадратов вы видите на рис. 1.5. Коэффициент корреляции равен 0, 964. Построим по этим же экспериментальным точкам квадратичную зависимость. Выберем пункт меню Analysis ® Fit Polynomial. Построим полином второго порядка. Результат расчета квадратичной функции по методу наименьших квадратов вы видите на рис. 1.6. Коэффициент корреляции равен 0, 9961.
Рис. 1.6. Построение квадратичной функции. Коэффициент корреляции равен 0, 9961
Таким образом, данную экспериментальную зависимость лучше описывает квадратичная функция. Аналогичные построения можно выполнить в приложении MS Excel.
МЕХАНИКА Измерительный инструмент применяется для точного определения геометрических размеров предметов. Измерительный инструмент – это штангенинструмент, индикаторы часового типа, уровни, микрометры, линейки, угольники и др. Измерительный инструмент широко применяется в промышленности, в технике и также для любых точных измерений. В физической лаборатории требуемая точность измерений колеблется от 1 до 0, 01 мм. В соответствии с этим в данном параграфе подробно описываются наиболее часто используемые в лаборатории измерительные инструменты. Штангенциркуль Штангенинструменты применяют для измерения наружных и внутренних диаметров, длин, толщин, глубин и т. д. Штангенинструменты основаны на применении нониусов, по которым отсчитывают дробные доли делений основных шкал. Штангенциркули изготавливаются с пределами измерений 0-125 мм (ШЦ-I); 0-200 и 0-320 мм (ШЦ-II); 0-500; 250-710; 320-1000; 500-1400; 800-2000 (ШЦ-III) и с величиной отсчета 0, 1 мм (ШЦ-I и ШЦ-II), 0, 05-0, 1 мм (ШЦ-II). Штангенциркуль ЩЦ-I, который используется в лабораторном практикуме, применяется для измерения наружных и внутренних размеров глубин с величиной отсчета по нониусу 0, 1 мм. Штангенциркуль (рис. 2.1) имеет штангу 1, на которой нанесена шкала с миллиметровыми делениями. На одном конце этой штанги имеются неподвижные измерительные губки 2 и 7, а на другом конце линейка 6 для измерения глубин. По штанге перемещается подвижная рамка 3 с губками 2 и 7. Рамка в процессе измерения закрепляется на штанге зажимом 4. Нижние губки 7 служат для измерения наружных размеров, а верхние 2 – для внутренних размеров. На скошенной грани рамки 3 нанесена шкала 5, называемая нониусом. Нониус предназначен для определения дробной величины цены деления штанги, т. е. для определения доли миллиметра. Шкала нониуса длиной 19 мм разделена на 10 равных частей; следовательно, каждое деление нониуса равно 19: 10 = 1, 9 мм, т. е. оно короче расстояния между каждыми двумя делениями, нанесенными на шкалу штанги, на 0, 1 мм (2, 0-1, 9 = 0, 1). При сомкнутых губках начальное деление нониуса совпадает с нулевым штрихом шкалы штангенциркуля, а последний – 10-й штрих нониуса – с 19-м штрихом шкалы.
Рис. 2.1. Штангенциркуль: 1 – штанга, 2, 7 – губки, 3 – подвижная рамка, 4 – зажим, 5 – шкала нониуса, 6 – линейка глубиномера
Перед измерением при сомкнутых губках нулевые штрихи нониуса и штанги должны совпадать. При измерении деталь берут в левую руку, которая должна находиться за губками и захватывать деталь недалеко от губок. Правая рука должна поддерживать штангу, при этом большим пальцем этой руки перемещают рамку до соприкосновения с проверяемой поверхностью, не допуская перекоса губок и добиваясь нормального измерительного усилия. Рамку закрепляют большим и указательным пальцами правой руки, поддерживая штангу остальными пальцами этой руки; левая рука при этом должна поддерживать губку штанги. При чтении показаний штангенциркуль держат прямо перед глазами. Целое число миллиметров отсчитывается по шкале штанги слева направо нулевым штрихом нониуса. Дробная величина (количество десятых долей миллиметра) определяется умножением величины отсчета (0, 1 мм) на порядковый номер штриха нониуса, не считая нулевого, совпадающего со штрихом штанги. Из рисунка видно, что нулевой штрих нониуса прошел 20-е деление основной шкалы, т. е. мы можем записать 20 целых миллиметров. По остальным штрихам нониуса (с 1-го по 10-й) можно определить дробные доли миллиметра. На вставке (рис. 2.1) пятый штрих нониуса лучше всего совпадает с одним (неважно, каким) из штрихов основной шкалы, а нулевой штрих нониуса прошел через двадцатое деление основной шкалы. Это означает, что прибор показывает 20, 5 мм. Обычно показания записывают следующим образом 20, 50 ± 0, 05 мм, т.к. 0, 05 – класс точности прибора – величина, точнее которой измерить данным прибором нельзя. Микрометр Микрометр с ценой деления 0, 01 мм служит для измерения наружных размеров. Изготавливают следующие типы микрометров: МК – микрометры гладкие для измерения наружных размеров изделий; МЛ – микрометры листовые с циферблатом для измерения толщины листов и лент; МТ – микрометры трубные для измерения толщины стенок труб; МЗ – микрометры зубомерные для измерения зубчатых колес. Микрометры типа МК выпускаются с пределами измерений: 0–25; 25–50; 50–75; 75–100; 100–125; 125–150; 150–175; 175–200; 200–225; 225–250; 250–275; 275–300; 300–400; 400–500; 500–600 мм. Микрометр (рис. 2.2) имеет скобу 1 с пяткой (неподвижным упором) 2 на одном конце, и стеблем 5 на другом, внутрь которого ввернут микрометрический винт 3. Торцы пятки и микрометрического винта являются измерительными поверхностями. На наружной поверхности стебля проведена продольная линия, ниже которой нанесены миллиметровые деления, а выше ее – полумиллиметровые деления. Винт 3 жестко связан с барабаном 6, на конической части барабана нанесена шкала (нониус) с 50-ю делениями.
Рис. 2.2. Микрометр: 1 – скоба, 2 – пятка, 3 – винт, 4 – стопор, 5 – стебель, 6 – барабан, 7 – трещотка, 8 – установочные меры
На головке микрометрического винта имеется устройство (трещотка) 7, обеспечивающее постоянное измерительное усилие. Трещотка соединена с винтом так, что при увеличении измерительного усилия свыше некоторой величины (~ 90 г) она не вращает винт, а проворачивается. Микрометр с трещоткой дает более точный результат, так как посредством трещотки регулируется нажим на измеряемое тело и устраняется его деформация. Шаг микрометрического винта 3 равен 0, 5 мм. Так как барабан 6 по окружности разделен на 50 равных частей, то при повороте на одно деление микрометрический винт 3, соединенный с барабаном 6, перемещается вдоль оси на 1/50 шага, т.е. Перед измерением проверяют нулевое положение микрометра. При соприкосновении измерительных поверхностей микрометра с измерительными поверхностями установочной меры 8 или непосредственно между собой (при пределах измерения микрометра 0-25 мм) нулевой штрих барабана должен совпадать с продольным штрихом стебля, а скос барабана должен открывать нулевой штрих стебля. Перед измерением протирают измерительные поверхности и устанавливают микрометр на размер несколько больше проверяемого, затем микрометр берут левой рукой за скобу 1, а измеряемую деталь 8 помещают между пяткой 2 и торцом микрометрического винта 3. Плавно вращая трещотку, прижимают торцом микрометрического винта 3 деталь 8 к пятке 2 до тех пор, пока трещотка 7 не начнет провертываться и пощелкивать. При чтении показаний микрометра целые миллиметры отсчитывают по краю скоса барабана по нижней шкале, полумиллиметры – по числу делений верхней шкалы стебля. Сотые доли миллиметра определяют по конической части барабана по порядковому номеру (не считая нулевого) штриха барабана, совпадающего с продольным штрихом стебля. Показания микрометра определяются как сумма показаний основной шкалы и показаний барабана. Примеры отсчета показаны на рис. 2.3.
Рис. 2.3. Чтение показаний микрометра
Весы Весы широко применяют во всех отраслях народного хозяйства, в научных исследованиях и лабораториях как основное средство взвешивания при определении расхода или количества сырья, топлива, готовой продукции и т. п., в целях их учета, проведения химических, технических и других анализов, контроля технологических процессов и автоматизации управления ими и т. д. Для удобства классификации традиционно различают весы: аналитической группы, общелабораторные, или технические, – для технических анализов, взвешивания химических реактивов и другие, специальные – для исследований при пониженных давлениях (вакуумные весы), изменения массы тел при высоких и низких температурах (термогравиметрические весы), гранулометрии, состава материалов с регистрацией изменения массы осадков во времени (седиментационные весы), для работы в агрессивных средах, в атмосфере благородных газов, в присутствии взрывоопасных веществ и т. п., а также для взвешивания драгоценных металлов и камней (пробирные весы). Массу тела Важные характеристики весов: наибольший предел взвешивания
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА 3.1. Приборы для измерения температуры 3.1.1. Термометры Часто в лабораторных работах, особенно по молекулярной физике, требуется измерение температуры. Для этой цели мы используем различные термометры. Они отличаются внешним видом и принципом действия. Рассмотрим некоторые из них. Термометры стеклянные жидкостные применяют для измерения температуры в пределах от -200 до +750 °С. Термометры используют исключительно при контактных измерениях. Благодаря простоте в обращении и высокой точности измерения, жидкостные термометры находят широкое применение во всех областях народного хозяйства. Термометры состоят из резервуара с припаянной к нему капиллярной трубкой. Капилляр снабжен шкалой с делениями в градусах Цельсия по Международной практической температурной шкале. Термометрическая жидкость заполняет резервуар и часть капиллярной трубки. Действие жидкостных термометров основано на тепловом расширении термометрической жидкости, заключенной в резервуаре. При изменении температуры объем жидкости изменяется, вследствие чего мениск жидкостного столбика в капилляре поднимается или опускается на величину, пропорциональную изменению температуры. В зависимости от предела измерения температур для заполнения термометров, применяют жидкости, приведенные в табл. 3.1. Наибольшее распространение получили ртутные термометры, так как ртуть не смачивает стекло, ее сравнительно легко получить в химически чистом виде (она остается жидкой в широком интервале температур). Недостаток ртути – малый коэффициент объемного расширения, что определяет необходимость изготовления термометров с тонкими капиллярами. Нижний предел измерения ограничивается температурой затвердевания ртути и равен – 35 °С. Верхний предел измерения ртутными термометрами определяется допустимыми температурами для стекла: 600 °С для образцовых термометров и 500 °С для технических. При замене стекла кварцем верхний предел измерения несколько увеличивается. Таблица 3.1. Пределы измерения температуры жидкостными термометрами
Предел измерения для ртутных термометров, в которых над ртутью удален воздух, составляет 300 °С, так как при 357 °С ртуть кипит. Для того чтобы повысить температуру кипения ртути, пространство в капилляре над ртутью заполняют инертным газом под давлением, в результате чего верхний предел измерения увеличивается. Термометры с органическими жидкостями предназначаются в основном для измерения низких температур в пределах от - 200 до + 200 °С. Основным достоинством их является высокий коэффициент объемного расширения жидкости, в среднем, почти в 6 раз больший, чем у ртути. Недостаток этих термометров – смачивание органическими жидкостями стекла, в результате чего точность измерения понижается. Поэтому необходимо применение капилляров с относительно большим диаметром. Достоинства стеклянных жидкостных термометров – простота употребления и достаточно высокая точность измерения. Недостатки – малая механическая прочность (хрупкие); плохая видимость шкалы и трудность отсчета, невозможность автоматической записи показаний и передачи их на расстояние; невозможность ремонта; большая инерционность; плохая различимость ртути в капилляре. Поэтому стеклянные жидкостные термометры применяют, в основном, для местного контроля и лабораторных измерений. В зависимости от назначения и области применения, стеклянные жидкостные термометры подразделяют на лабораторные и технические. 3.1.2. Лабораторные и технические термометры Лабораторные термометры предназначены для измерения температуры в лабораторных условиях. Ртутные стеклянные лабораторные термометры по конструкции делятся на два типа: палочный, состоящий из массивной капиллярной трубки, на внешней поверхности которой нанесена шкала (рис. 3.1а); с вложенной шкальной пластиной, заключенной внутри оболочки термометра. При измерении температуры лабораторные термометры погружают на глубину, обозначенную на термометре; если глубина погружения на термометре не указана, то термометр погружают в измеряемую среду до отсчитываемого деления. Большинство лабораторных термометров изготовляют с безнулевой шкалой, т. е. начинающиеся не с отметки 0 °С, которую наносят внизу на небольшой дополнительной шкале, предназначенной только для проверки прибора, а с более высокой температуры. В промежутке между нулевым делением и началом шкалы капиллярная трубка (капилляр) имеет расширение, в которое входит объем ртути, соответствующий изменению температуры от нуля до начального значения шкалы. Иногда расширение капилляра выполняют и выше основной шкалы, что предохраняет капилляр от разрыва в случае нагрева выше верхнего предела температуры. Технические термометры (рис. 3.1б) предназначены для измерения температуры в промышленных установках и могут быть заполнены ртутью или органическими жидкостями. Ртутные технические термометры применяют для измерения температуры от - 30 до + 600 °С, а термометры с органическими жидкостями – от - 200 до + 200 °С. В зависимости от формы нижней части технические термометры подразделяют на прямые (П) и угловые (У).
а) б) Рис. 3. 1. а) Лабораторные термометры; б) Технические термометры
С учетом условий эксплуатации, ртутные технические термометры изготовляют для полного погружения, а термометры с органическими жидкостями – для полного и частичного погружения. Термометры сопротивления Терморезисторы широко применяются, и мы встречаемся с ними каждый день: на них основаны системы противопожарной безопасности, системы измерения и регулирования температуры, теплового контроля, схемы температурной компенсации. Применение терморезисторов находят в промышленной электронике и бытовой аппаратуре, в медицине, метеорологии, в химической и других отраслях промышленности. Действие термометров сопротивления основано на свойстве металлов и сплавов изменять сопротивление с изменением температуры. Обычно для неточных электротехнических расчетов эта зависимость принимается линейной. Температурный коэффициент электрического сопротивления большинства чистых металлов при комнатной температуре приблизительно равен 0, 4%, т. е. по величине он соответствует температурному коэффициенту расширения газа в газовом термометре. При точных измерениях (до 0, 01º С) схема измерения должна быть чувствительной к изменениям сопротивления в 0, 004%. При высокой точности измерений можно ощутить более чем на один порядок меньшие изменения сопротивления. Таким образом, чувствительность термометров сопротивления достаточно высока для измерения величины изменения температуры < 0, 001°С. Термометры сопротивления лишены ряда недостатков, присущих стеклянно-жидкостным термометрам, показания которых зависят от температуры окружающей среды, депрессии стекол, погрешностей калибровки и др. Благодаря этому, термометры сопротивления применяются при точных измерениях температур, начиная от окрестности абсолютного нуля до 1000°С. Наилучшим материалом для измерительных проводников термометров сопротивления является чистая платина. В широком диапазоне температур она не вступает в химические соединения, тем самым стабильно сохраняя свойства чувствительного элемента. Кроме того, она обладает сравнительно высоким удельным электросопротивлением (примерно в пять раз большим, чем у серебра, золота, меди). 3.1.4. Термопары Применение термопар основано на эффекте Зеебека. Как правило, термо-Э.Д.С. измеряется компенсационным методом – сведением к нулю тока в измерительной цепи. Поэтому в большинстве случаев сопротивление термоэлектродов не играет роли. Значит, их сечения без ущерба для точности измерений могут быть сведены до минимума, имеющего практический смысл. Отсюда вытекает одно из основных преимуществ термопар – возможность измерять температуры в области, объем которой измеряется тысячными долями кубического миллиметра. Диапазон температур, который можно измерить термопарами, очень широк: от температуры, близкой к окрестности абсолютного нуля, до температур, при которых лишь немногие вещества остаются твердыми. При измерении температур до 700 °С термопары конкурируют со всеми видами термометров, уступая в точности лишь термометрам сопротивления и газовым термометрам. При более высоких температурах термопары оказываются наиболее надежным средством измерения, и лишь при температурах выше 1600 °С они уступают оптическим пирометрам. Преимущество термопар состоит в возможности непосредственно измерять разность температур. Последовательное включение множества термопар (рис. 3.2) повышает на несколько порядков выходной сигнал, снижая тем самым порог чувствительности.
Рис. 3.2. Схема термопары подключенной к вольтметру Благодаря перечисленным преимуществам, термопары широко применяются в промышленной и особенно в лабораторной практике измерений. Пирометры Пирометр – прибор для бесконтактного измерения температуры тел. Принцип действия основан на измерении мощности теплового излучения объекта измерения преимущественно в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света. Пирометры применяют для дистанционного определения температуры объектов в промышленности, быту, сфере ЖКХ, на предприятиях, где большое значение приобретает контроль температур на различных технологических этапах производства (сталелитейная промышленность, нефтеперерабатывающая отрасль). Пирометры могут выступать в роли средства безопасного дистанционного измерения температур раскаленных объектов, что делает их незаменимыми для обеспечения должного контроля в случаях, когда физическое взаимодействие с контролируемым объектом невозможно из-за высоких температур. Их можно применять в качестве теплолокаторов (усовершенствованные модели), для определения областей критических температур в различных производственных сферах. Пирометры можно разделить по нескольким основным признакам: Яркостные. Позволяют визуально определять, как правило, без использования специальных устройств, температуру нагретого тела, путем сравнения его цвета с цветом эталонной нити. Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-06-04; Просмотров: 1857; Нарушение авторского права страницы
проводника определяют по формуле 
, когда сила тока 
в проводнике и напряжение 
на его концах измеряются соответственно амперметром и вольтметром; плотность 
жидкости определяют по формуле 
, когда масса жидкости 
измеряется взвешиванием на весах, а объем 
– мензуркой и т. д.
указан на панели прибора и может принимать следующие значения: 0, 05; 0, 1; 0, 2; 0, 5 – прецизионные; 1, 0; 1, 5; 2, 5; 4, 0 – технические приборы.
, (1.1)
– класс точности прибора, 
– наибольшее значение, которое может измерить прибор (предел измерения).
, что и составляет цену деления микрометра.
находят преимущественно уравновешиванием его силы тяжести 
, либо момента этой силы, действующих на измерительную часть весов известной противодействующей, или уравновешивающей силой. При прямом методе измерений противодействующая сила возникает в результате отклонения подвижной части от положения равновесия под действием силы тяжести взвешиваемого тела.
– наибольшая масса тела, которая может быть взвешена на данных весах с установленной для них точностью; цена деления – значение одного деления шкалы или единицы младшего разряда отсчетного устройства, выраженное в единицах массы; разрешающая способность – характеризует точность отсчета показаний весов.
