Глава первая. Основные принципы теплотехнических измерений

Глава первая

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

1-1. ЕДИНИЦЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

Измерением называется определение значения физической величины опытным путем с помощью специаль­ных технических средств. Измерение любой физической величины заключается в сравнении ее с другой однородной величиной, условно принятой за единицу. Следовательно, результат измерения U показывает численное соотноше­ние между измеряемой величиной Q и единицей измерения q, т. е. выражается равенством

Q = q U . (1-1)

Согласно уравнению (1-1) величина U находится в об­ратной зависимости от выбранной единицы q . Если для измерения величины Q взять другую, большую или мень­шую единицу q₁ то равенство нримет вид:

Q = q₁ U₁ (1-2)

Сопоставляя уравнения (1-1) и (1-2), получаем;

q U = q₁ U₁ откуда

Из формулы (1-3) видно, что отношение единиц изме­рения представляет собой множитель для перехода от результата измерения U , выраженного в единице q , к результату U₁, выраженному в единице q₁ численно отличающейся от первой.

Для измерения физических величин служат различные средства измерений, которые подразделяются на меры, предназначенные для вещественного воспроизведения при­нятых единиц физических величин (метр, килограмм, литр и т. п.), и измерительные приборы, предназначенные

для сравнения измеряемых величин с единицами измере­ний и выработки соответствующей измерительной инфор­мации (сигнала) в форме, доступной для наблюдения (манометр, термометр, весы и пр.).

а) Международная система единиц физических вели­чин

До последнего времени в СССР, так же как и в других странах, все еще применяются различные системы единиц физических величин.

Для дальнейшего развития международного научно-технического сотрудничества специальной Международ­ной комиссией была разработана и получила одобрение Международная система единиц, сокращенно обозначае­мая СИ (система интернациональная), единая для при­менения во всех странах мира ¹. (¹ Международная система единиц (СИ) принята на XI Генераль­ной конференции по мерам и весам в 1960 г. и дополнена на XIV Генеральной конференции в 1971 г.).

Государственным комитетом стандартов Совета Ми­нистров СССР (Госстандарт СССР) система единиц СИ с 1963 г. введена в нашей стране как предпочтительная ². (² ГОСТ 9867-61. Международная система единиц. В СССР разра­батывается новый ГОСТ «Единицы физических величин», в котором в основу единиц, служащих для обязательного применения, поло­жены единицы Международной системы. В энергетике на основе проекта этого ГОСТ (редакция 1973 т.) введен в действие с 1 января 1«78 г. отраслевой стандарт ОСТ 34-9-350-77 «Единицы физических величин в энергетике».). Система СИ состоит из основных, дополнительных и про­изводных единиц ³.( ³ В число производных вошли многие единицы из ранее приме­нявшихся систем.).

Основные единицы системы СИ:

метр (м) - длина, равная 1650763,73 длин волн в ва­кууме излучения, соответствующего переходу между уров­нями 2р₁₀ и 5d₅ атома криптона-86;

килограмм (кг)- масса, равная массе международного прототипа килограмма;

секунда (с) - время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверх­тонкими уровнями основного состояния атома цезия-133;

ампер (А)- 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, создал бы между этими проводниками силу, равную 2•10^-7 Н на каждый метр длины;

кельвин (К) - термодинамическая температура Кель­вина, единицей которой является 1/273,16 часть термо­динамической температуры тройной точки воды (точка равновесия между твердой, жидкой и газообразной фазами воды);

кандела (кд) - сила света, испускаемого с площади 1/600 000 м² сечения полного излучателя, в перпендику­лярном к этому сечению направлении, при температуре излучателя, равной температуре затвердевания платины при давлении 101325 Па;

моль (моль)- количество вещества, содержащее столь­ко же молекул (атомов, частиц), сколько атомов содер­жится в нуклиде углерода-12 массой 0,012 кг.

В качестве дополнительных единиц при­няты:

радиан (рад) - угол между двумя радиусами окруж­ности, дуга между которыми по длине равна радиуеу. Радиан равен 57°17'44,8";

стерадиан (ср) - телесный угол, вершина которого расположена в центре сферы и который вырезает на по­верхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, по длине равной радиусу сферы.

Производные единицы системы СИ содер­жат: механические единицы системы МКС (метр, кило­грамм, секунда), тепловые - системы МКСГ (метр, кило­грамм, секунда, градус), электрические и магнитные- системы МКСА (метр, килограмм, секунда, ампер), све­товые - системы МСС (метр, секунда, свеча), акустиче­ские - системы МКС и др.

Наравне с единицами системы СИ допускается также использование наиболее распространенных в настоящее время единиц других систем. Кроме того, некоторые системные и внесистемные единицы допускаются к при­менению временно, впредь до их изъятия.

Важнейшие производные единицы системы СИ из числа применяемых в энергетике приведены в табл. 1-1.

Таблица 1-1

Производные единицы системы СИ

^{Таблица 1-2 Приставки к наименованиям единиц измерении}

Множитель	Приставка		Множитель-	Приставка
	Наименование	Обозначение		Наименование	Обозначение
1012	тера	Т	10-2	(санти)	с
109	гига	Г	10-3	мили	м
106	мега	м	10-6	микро	мк
103	кило	к	10-9	нано	н
102	(гекто)	г	10-12	пико	п
101	(дека)	да	10-15	фемто	ф
10-1	(деци)	д	10-18	атто	а

Таблица 1-3

Единицы измерений, допускаемые к применению наравне с едини­цами системы СИ

Величина	Единица измерения
	Наимено­вание	Обоз­наче­ние	Соотношение с единицей СИ
Масса	тонна	т	103 кг
Время	минута	мин	60 с
Время	час	ч	3600 с
Время	сутки	сутки	86 400 с
Плоский угол	градус	°	1,745329 • 10-2 рад
Плоский угол	минута	/	2,908882 • 10-4 рад
Объем, вместимость	секунда	//	4,848137 • 10-6 рад
Объем, вместимость	литр	л	10-3 м
Температура Цельсия,	Градус Цельсия	°С	1°С = 1K
разность температур	Гралус Цельсия	°С	1°С = 1K

Другие единицы, допускаемые к применению наравне с единицами системы СИ, приведены в табл. 1-3, а наиболее распространенные в теплоэнергетике, временно допускае­мые к использованию, - в табл. 1-4.

Соотношение между некоторыми единицами системы СИ и прежних систем дано в табл. 1-5 *. (* В табл. 4-5 давление в мм рт. ст. относится к температуре 0 °С и размерность ест (сантистокс) образована от размерности (стокс) - единицы кинематической вязкости в системе СГС (сан-тиметр, грамм, секунда) ).

В данной книге в основном применяется Международ­ная система единиц (СИ), внедрение которой в качестве обязательной будет осуществлено у нас в дальнейшем.

Таблица 1-4 Единицы измерений, временно допускаемые к применению

Величина	Единица измерения
	Наименование	Обозначение	Соотношение с единицей СИ
Частота вращения	оборот в секунду	об/с	1 с-1
Частота вращения	оборот в минуту	об/мин	0,01666667с-1
Сила, вес	килограмм-сила	кгс	9,80665 Н
Давление, напряже­ние (механическое)	килограмм-сила на сан­тиметр квадратный	кгс/см2	98066,5 Па
Давление, напряже­ние (механическое)	миллиметр водяно­го столба	мм вод. ст.	9,80665 Па
Давление, напряже­ние (механическое)	миллиметр ртутно­го столба	мм рт. ст.	133,322 Па
Давление, напряже­ние (механическое)	бар	бар	105 Па
Кол-во теплоты	калория	кал	1868 Дж
Уделн.электр.сопротив.	ом- миллиметр квадратный на метр	Ом*мм2/м	10-6 Ом.*м

Таблица 1-5

Соотношение между единицами системы СИ и прежних систем

Величина	Соотношение между единицами
Масса	1 кг	~  0,102 кгс • м2/с
Масса	1 кгс • м2/с	~ 9.81 кг
Сила	1 Н	~ 0,102 кгс
Сила	1 кгс	~ 9,81 Н
Давление	1 ПА	~ 0,102 кгс • м2/с
Давление	1 ПА	~7.5•10-3 мм.рт.ст
Давление	1 ПА	= 1•10-5 бар
Давление	1 кгс/см2	~  0.098 МПа
Давление	1 кгс/см2	~  0.98 бар
Давление	1 кгс/м2	~  9.81 ПА
Давление	1 кгс/м2	~ 9.81•10-5 бар
Давление	1 мм.рт.ст	~ 133.33 ПА
Давление	1 мм.рт.ст	~ 1.333 •10-3 бар
Давление	1 бар	= 1•105 ПА
Давление	1 бар	~ 1.02 кгс/см2
Давление	1 бар	~ 10.2•103 кгс/м2
Давление	1 бар	~ 750 мм.рт.ст.
Динамическая вязкость	1 ПА•с	~ 0.102 кгс•с/м2
Динамическая вязкость	1 кгс•с/м2	~ 9,81 ПА•с
Кинематическая вязкость	1 м2 /с	= 1•106 сст
Кинематическая вязкость	1 сст	= 1•10-6 м2 /с
Работа,энергия, кол-во теплоты	1 Дж	~ 0.102 кгс•м
Работа,энергия, кол-во теплоты	1 Дж	~ 0.278•10-6 кВт•ч
Работа,энергия, кол-во теплоты	1 Дж	~ 0.24•10-3 ккал
Работа,энергия, кол-во теплоты	1 кгс•м	~ 9.81 Дж
Работа,энергия, кол-во теплоты	1 кВт•ч	~ 3.6 МДж
Работа,энергия, кол-во теплоты	1 ккал	~ 4.19 кДж
Мощность, тепло­вой поток	1 Вт	~ 0.102 кгс•м/c
Мощность, тепло­вой поток	1 Вт	~ 0.86 ккал/ч
Мощность, тепло­вой поток	1 кгс•м/с	~ 9.81 Вт
Мощность, тепло­вой поток	1 ккал/ч	~ 1.16 Вт
Теплоемкость сис­темы	1Дж/ K	~ 0.24•10-3 ккал/ К
Теплоемкость сис­темы	1 ккал/К	~ 4.19 кДж/K
Уделн.теплоемкость и энтропия	1Дж/ (кг•K)	~ 0.24•10-3 ккал/ (кг•К)
Уделн.теплоемкость и энтропия	1ккал/ (кг•K)	~ 4.19 кДж/(кг•К)
Коэффициенты теплообмена и теплопередачи	1Вт/ (м2•K)	~ 0.86 ккал/( м2•ч•К)
Коэффициенты теплообмена и теплопередачи	1 ккал/( м2•ч•К)	~ 1.16 Вт/ (м2•K)
Теплопроводность	1Вт/ (м•K)	~ 0.86 ккал/( м•ч•К)
Теплопроводность	1 ккал/( м•ч•К)	~ 1.16 Вт/ (м•K)

Исключение составляет лишь та часть текста, которая относится к описанию измерительных приборов, имеющих градуировку шкалы в старых единицах.

б) Методы измерений

Измерения физических величин делятся на промыш­ленные (технические) и лабораторные.

Промышленные измерения имеют срав­нительно невысокую точность, достаточную для практи­ческих целей, и производятся приборами, устройство которых отвечает их назначению и условиям работы.

Лабораторные измерения отличаются вы­сокой точностью благодаря применению более совершен­ных методов и приборов и учету возможных погрешностей. Этот вид измерений производится при выполнении научно-исследовательских, наладочных и поверочных ¹ (¹ Поверкой измерительного прибора называется сравнение его показаний с показаниями более точного прибора, производимое для определения погрешностей измерения.) работ.

Для определения значений измеряемой величины слу­жат прямые и косвенные измерения.

Прямые измерения, характеризуемые ра­венством (1-1), заключаются в непосредственном сравнении измеряемой величины с единицей измерения при помощи меры или измерительного прибора со шкалой, выраженной в этих единицах. Так, например, к прямым относятся измерения длины - метром, давления- манометром, тем­пературы - термометром и т. д. Благодаря наглядности и простоте прямые измерения получили в технике большое распространение.

Косвенные измерения предусматривают определение искомой величины Q не непосредственно, а путем прямого измерения одной или нескольких других величин: А, В, С..., с которыми она связана функциональ­ной зависимостью. При этом вычисление измеряемой величины производится по формуле

Q = f (A, В, С ...). (1-4)

Примерами косвенного измерения, применяемого в тех случаях, когда невозможно произвести прямое измерение или последнее является менее точным по сравнению с косвенным, служат: определение расхода вещества по перепаду давления в сужающем устройстве, количества воды в баке по уровню в указательном стекле и пр.

Методом измерений называется совокуп­ность приемов использования принципов и средств измерений. Существует ряд методов измерений, из которых наиболее распространенными являются: метод непосредственной оценки, метод сравнения с мерой и нулевой метод.

Метод непосредственной оценки предусматривает определение искомой величины по отсчетному устройству измерительного прибора, например по положению указательной стрелки манометра относи­тельно его шкалы.

Метод сравнения с мерой состоит в том, что измеряемая величина сравнивается со значением, воспроизводимым мерой для данной величины, например, при измерении длины калиброванным метром. 

Нулевой метод является разновидностью ме­тода сравнения с мерой. Здесь результирующее воздействие двух величин (измеряемой и воспроизводимой мерой), направленных навстречу друг другу, доводится до нуля. Примером может служить измерение массы вещества на рычажных весах с уравновешиванием ее калиброванны­ми грузами.

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• Следующая »