Введение
Измерение физических величин является одним из способов познания окружающего нас мира и основным средством контроля различных технологических процессов. Роль и значение измерений как объективного фактора изучения природы в свое время отметил великий русский ученый Д. И. Менделеев, который считал их основой научных исследований. Действительно, значение метрологии1 (1 Метрологией называется наука об измерениях.) в развитии науки и техники исключительно велико, и в настоящее время без измерений не может обойтись почти ни одна область знаний. Научно-технический прогресс в стране также неразрывно связан с развитием и совершенствованием метрологии.
Измерение физических величин имеет давнюю историю. Еще в средние века производились измерения времени, геометрических размеров и массы тел. В XVII столетии появились термометры для измерения температуры, манометры для измерения давления, барометры для определения атмосферного давления и пр. В XVIII и XIX вв. стали применяться динамометры для измерения силы, калориметры для измерения количества тепла и многие другие приборы, а также начали создаваться приборы для измерения электрических величин.
В развитии измерительной техники в России большое значение имеют многочисленные труды русских ученых, изобретателей и инженеров XVIII и XIX вв. Многие оригинальные конструкции измерительных приборов различного назначения были созданы основоположником русской науки М. В. Ломоносовым (1711— 1765 гг.). Некоторые из них являются прототипами приборов, применяемых и в настоящее время. Заслугой М. В. Ломоносова является также создание температурной шкалы, основанной на тепловом расширении жидкости. Кроме того, им впервые была показана возможность измерения электрических величин и в 1752 г. совместно с академиком Г. В. Рихманом создан первый электроизмерительный прибор.
В ряду пионеров отечественного приборостроения одно из первых мест принадлежит выдающемуся русскому механику Й. П. Кули-бину (1735—1818 гг.). Им сделано много ценных изобретений, изготовлено большое количество разнообразных измерительных приборов (термометров, барометров, точных весов и пр.).
Известный русский механик И. И. Ползунов (1728—1766 гг.) создал первый промышленный указатель и регулятор уровня воды в паровом котле. Прототип современного объемного счетчика жидкости предложил в 1831 г. русский изобретатель Н. Кандалинцев. Во второй половине XIX века на Урале инженер Поленов впервые построил прибор для измерения высоких температур прокатываемого металла.
В создании различных устройств, предназначенных для передачи показаний измерительных приборов на расстояние с помощью электрического тока, большое значение имели работы русских ученых П. Л. Шиллинга, Б. С. Якоби, Б. Б. Голицына и др.
Исключительно важные работы в области измерений, не потерявшие своего аначения и в настоящее время, были выполнены гениальным русским ученым Д. И. Менделеевым (1834—1907 гг.), который является основоположником отечественной метрологии. Им, в частности, были произведены классические измерения длины, массы, давления, объема и других физических величин н установлены точные соотношения между прежними русскими и метрическими мерами, что облегчило в дальнейшем введение в нашей стране метрической системы мер 1. ( 1 Метрическая система мер была узаконена советским правительством в 1918 г. и внедрена повсеместно с 1927 г.)
Придавая большое значение точности измерений и правильности технического контроля производственных процессов, Д. И. Менделеев стремился создать в России специальное научное учреждение по метрологии и организовать в широких масштабах поверочное дело. В 1892 г. он был назначен ученым-хранителем Депо русских образцовых мер, а в 1893 г., когда для обеспечения в стране единообразия и правильности измерений была организована Главная палата мер и весов, Д. И. Менделеев был назначен первым ее руководителем 2. (2 В настоящее время на базе Главной палаты мер и весов существует Всесоюзный научно-исследовательский институт метрологииим. Д.И.Менделеева (ВНИИМ) в г. Ленинграде .) .
Теплотехнические измерения служат для определения многих физических величин, связанных с процессами выработки и потребления тепловой энергии. Они включают определение как чисто тепловых величин (температуры, теплоты сгорания, теплопроводности и пр.), так и некоторых других (давления, расхода и количества, уровня, состава газов и пр.), играющих важную роль в теплоэнергетике.
Теплотехнические измерения широко применяются во многих отраслях народного хозяйства: в энергетике, металлургии, химии и др. В энергетической промышленности они используются для повседневного контроля и наблюдения за работой и состоянием установленного на электростанциях оборудования.
Наряду с этим теплотехнические измерения необходимы при изучении и дальнейшем совершенствовании способов производства электрической и тепловой энергии и методов потребления тепла. Большую роль они играют и в устройствах автоматизации тепловых электростанций (автоматическом регулировании и управлении, технологической защите, сигнализации), где осуществляются с помощью специальных измерительных преобразователей.
Надежная и экономичная эксплуатация современных тепловых электростанций немыслима без применения значительного количества разнообразных по устройству, назначению и принципу действия приборов теплотехнического контроля. На этих электростанциях, оснащенных сложным энергетическим оборудованием, теплотехнический контроль органически связан с его работой и является весьма важным звеном управления.
В СССР создана крупная и хорошо оснащенная приборостроительная промышленность, обеспечивающая серийный выпуск многочисленных и разнообразных приборов теплотехнического контроля. Создается и внедряется единая государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП), призванная значительно обновить и сократить номенклатуру выпускаемой измерительной аппаратуры, повысить качество, надежность и долговечность приборов и снизить их стоимость. Характерной ее особенностью является максимальная унификация отдельных элементов, узлов и блоков, что весьма упрощает и удешевляет производство приборов различного назначения, облегчает их монтаж, обслуживание и ремонт.
Большое значение для электростанций приобретает централизация системы автоматического контроля крупных энергоблоков на базе применения машин централизованного контроля (МЦК), информационно-вычислительных машин (ИВМ) и другой современной измерительной техники.
В настоящее время широкое распространение получают автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП). В таких системах информационно-измерительные функции выполняют электронно-вычислительные машины (ЭВМ), к которым поступает информация от большого числа разнообразных средств измерений, характеризующая ход технологических процессов. Применение электронно-вычислительных машин требует применения методов и средств измерений, обеспечивающих в условиях эксплуатации необходимую точность и высокую надежность.
Большинство современных теплотехнических измерительных приборов основано на применении электрических принципов измерения неэлектрических величин (температуры, давления, расхода и пр.). Указанный принцип измерения, построенный на количественных соотношениях между некоторыми электрическими и неэлектрическими величинами, повышает точность и надежность измерений, упрощает устройство приборов и обеспечивает возможность передачи их показаний на расстояние.
Широкое применение для теплотехнических измерений получили автоматические электронные измерительные приборы, отличающиеся простотой устройства, высокой точностью, чувствительностью и быстродействием. Созданы также приборы, основанные на использовании свойств радиоизотопов, ультразвука, высоких частот и на ряде других прогрессивных методов измерений.
