Поняття про вимірювання. Види і методи вимірювання

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ІВАНО-ФРАНКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ

ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ НАФТИ І ГАЗУ

Кафедра нафтогазового технологічного

Транспорту і теплотехніки

Козак Ф.В.

Гаєва Л.І.

Негрич В.В.

Войцехівська Т.Й.

Дем’янчук Я.М.

Лабораторний практикум

з дисциплін „Теоретичні основи теплотехніки”, „Термодинаміка, теплопередача і ТСУ”, „Енергетичні установки”

Івано-Франківськ

МВ 02070855-1280-2003

Козак Ф.В., Гаєва Л.І., Негрич В.В., Войцехівська Т.Й., Дем’янчук Я.М. Лабораторний практикум з теплотехнічних дисциплін. – Івано-Франківськ: Факел, 2003. – 96 с.

Наведені загальні положення організації, проведення лабораторних робіт, основні правила безпеки виконання робіт в лабораторії, мета і задачі лабораторних робіт, схеми і опис лабораторних установок, порядок виконання, контрольні питання і рекомендована література.

Лабораторний практикум призначений для студентів, які навчаються за напрямками „Гірництво”, „Інженерна механіка” та за спеціальностями „Автоматизоване управління технологічними процесами”, „Електротехнічні системи електроспоживання”

Рецензент:

Козак Л.Ю. – канд. техн. наук, доцент кафедри НГТТ і Т ІФНТУНГ

Дане видання – власність ІФНТУНГ. Забороняється тиражувати та розповсюджувати.

Зміст

Вступ.......................................................................................4

1. Організація проведення лабораторних робіт.......................5

1.1 Загальні положення................................................................5

1.2 Основні привила техніки безпеки.........................................5

1.3 Звіт з роботи............................................................................6

1.4 Рекомендована література.....................................................6

2. Лабораторна робота №1

Вивчення методів теплотехнічних вимірювань..................8

3. Лабораторна робота №2

Дослідження термодинамічних процесів...........................21

4. Лабораторна робота №4

Визначення ізобарної теплоємності повітря при ат-

мосферному тиску.......................................................................33

5. Лабораторна робота №5

Дроселювання.......................................................................43

6. Лабораторна робота №7

Визначення середньої ізобарної теплоємності рідини......53

7. Лабораторна робота №8

Визначення коефіцієнту тепловіддачі від горизон-

тальної труби до повітря при природній конвекції..................60

8. Лабораторна робота №9

Визначення коефіцієнта теплопровідності методом

„труби”..........................................................................................72

9. Лабораторна робота №10

Теплопередача в теплообміннику типу „труба в

трубі”.............................................................................................82

Додатки..................................................................................93

Вступ

Даний лабораторний практикум узагальнює багаторічний досвід методики проведення лабораторних робіт з теплотехнічних дисциплін в Івано-Франківському національному технічному університеті нафти і газу.

Теплотехнічні дисципліни є базовою підготовкою майбутніх спеціалістів технічних спеціальностей, так як більшість технологічних процесів супроводжуються підводом, відводом і перетворенням теплоти. Від правильності проведення цих процесів залежить продуктивність установок і якість продукції.

Мета лабораторного практикуму – закріплення та поглиблення теоретичних знань студентів, одержання ними навичок виконання теплотехнічного експерименту. Студент повинен знати призначення приладів та пристроїв, основні їх метрологічні характеристики, методику проведення теплотехнічного вимірювання та обробки його результатів, оцінювати похибки вимірювань і аналізувати одержані дослідні дані.

В попередніх методичних вказівках до лабораторних робіт з теплотехнічних дисциплін теоретичні положення давались у дуже стислій формі. Але даний підхід до написання практикуму виявився не зовсім вдалим, так як при виконанні лабораторних робіт не завжди вичитаний лекційний матеріал. Короткий виклад теорії зумовлений також тим, що на даний час немає достатньої літератури українською мовою.

1 Організація проведення лабораторних робіт

1.1 Загальні положення

До заняття допускається студент, який виконав усі вимоги в діючому на кафедрі нафтогазового технологічного транспорту і теплотехніки „Положення про допуск до виконання лабораторної роботи”. Правила безпечної роботи викладені в „Інструкції з охорони праці в лабораторії термодинаміки і теплопередачі”.

До лабораторної роботи допускається тільки підготовлений студент. В підготовку входить:

– знання теоретичного матеріалу з даної лабораторної роботи;

– знання загального опису лабораторної установки і призначення її елементів;

– знання порядку виконання роботи і методики обробки дослідних даних;

– наявність протоколу лабораторної роботи;

– наявність повністю оформленого протоколу з попередньої роботи.

Контроль підготовленості здійснюється за допомогою спеціальних тестів (карток), які містять контрольні запитання з даної роботи.

Допущений до заняття студент отримує у викладача індивідуальне завдання на виконання роботи. Ознайомившись з лабораторною установкою і розміщенням її основних елементів, вказаних на принциповій схемі, студент повідомляє викладачеві послідовність виконання завдання, після чого за його вказівкою приступає до експерименту.

Під час експерименту необхідно вести паралельну обробку експериментальних даних.

Після закінчення експерименту потрібно подати на підпис викладачеві заповнені табл. 1 і 2 звіту.

Результати обробки експериментальних даних повинні бути представлені викладачеві на занятті для підпису.

Після закінчення роботи установку необхідно вимкнути і привести в порядок робоче місце.

Непідготовлений студент до заняття не допускається і повинен виконати роботу в додатково призначений час.

1.2 Основні привила техніки безпеки

Всі роботи в лабораторії виконуються тільки під керівництвом викладача чи лаборанта.

Не можна загромаджувати робоче місце сторонніми предметами, що не мають відношення до лабораторної роботи.

Не можна ходити без потреби по лабораторії, чіпати вузли, прилади та інші предмети, що не відносяться до даної лабораторної роботи.

Не можна вмикати , вимикати без дозволу викладача рубильники, прилади, стенди, лабораторні установки.

Про всі помічені неполадки потрібно терміново повідомляти викладача.

Забороняється:

– класти легкозаймисті предмети на гарячі поверхні установки;

– займатися ремонтом установки без дозволу викладача;

– відволікати студентів сторонніми розмовами;

– виносити з лабораторії прилади, інструмент, деталі, і таке інше, а також вносити в лабораторію сторонні предмети.

1.3 Звіт з роботи

Звіт повинен відповідати встановленому кафедрою зразку і бути виконаним з врахуванням вимог стандартів ЕСКД і СТП 02070855-03-99.

Звіт повинен бути написаним особисто студентом, розбірливим почерком чорнилом (пастою) фіолетового, синього чи чорного кольору.

Схема та таблиці повинні бути виконані за допомогою креслярського приладдя.

Звіт з лабораторної роботи повинен містити:

– номер і повну назву лабораторної роботи;

– мету і задачі роботи;

– принципову схему лабораторної установки з експлікацією;

– таблиці з характеристикою використаних приладів, експериментальними даними, результатами їх обробки і оцінки точності вимірів;

– умови індивідуального завдання;

– висновки з лабораторної роботи.

1.4 Рекомендована література

1. Зубарев В.Н., Александров А.А., Охотин В.С. Практикум по технической термодинамике. – М.: Энергоатомиздат., 1986.

2. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: Высшая школа, 1980.

3. Недужий И.А., Алабовский А.Н. Техническая термодинамика и теплопередача. – К.: Вища школа, 1992.

4. Теплотехника /Под редакцией А.П.Баскакова. – М.: Энергоатомиздат, 1991.

5. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. – М.: Энергия, 1978.

6. Чистяков С.Ф., Радун Д.В. Теплотехнические измерения и приборы. – М.: Высшая школа, 1972.

7. Михеев М.А,, Михеева Н.М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 1977.

8. Буляндра О.Ф. Технічна термодинаміка. – К.: Техніка, 2001.

2 Лабораторна робота №1

Вивчення методів теплотехнічних вимірювань

Мета і завдання роботи

Метою роботи є вивчення основних методів і приладів для вимірювання температури, тиску і вирати рідких та газоподібних речовин. В результаті виконання лабораторної роботи студент повинен:

знати:

- призначення, класифікацію, принцип дії та області використання приладів для вимірювання температури, тиску і витрати рідких та газоподібних речовин;

- метрологічні характеристики приладів;

- методику вибору приладу для забезпечення необхідної точності вимірювання;

- методику обробки результатів вимірювання.

вміти:

- підібрати прилад для конкретних умов вимірювання;

- оцінити точність вимірювання величини даним прила-дом;

- розрахувати похибку вимірювання.

Теоретичні положення

Поняття про вимірювання. Види і методи вимірювання

Вимірювання – процес отримання дослідним шляхом числового відношення між вимірюваною величиною і деяким її значенням, прийнятим за одиницю порівняння.

Зв’язок між вимірюваною величиною W, одиницею її вимірювання e і числовим значенням вимірюваної величини A в прийнятій одиниці можна виразити співвідношенням:

W=Ae, (2.1)

З цього рівняння виходить, що значення А залежить від розмірів вибраної одиниці вимірювання.

За методом одержання числового значення шуканої величини вимірювання поділяються на прямі та непрямі.

При прямих виміраюваннях результат визначається безпосередньо в тих одиницях, що і вимірювана величина. І тоді

W=Z, (2.2)

де Z - результат безпосереднього вимірювання.

До прямих вимірюваннь відносяться вимірювання довжини вимірювальною лінійкою (рулеткою), штангенциркулем, мікрометром і т.п., тиску – манометром, барометром, вакуумметром, температури – термометром.

До непрямих вимірюваннь відносяться такі, які отримують на основі прямих вимірюваннь декількох інших величин, пов’язаних з шуканою визначеною залежністю, а саме:

W=f(x,y,z,…), (2.3)

де x,y,z,… - величини, виміряні прямим способом.

До непрямих вимірюваннь відносяться, наприклад, вимірювання теплоти, виділеної електронагрівачем, теплоємності речовини, витрати рідини чи газу за перепадом тиску в стискуючому пристрої і т.д.

В залежності від призначення і вимог, які ставляться до точності вимірюваннь, останні поділяються на лабораторні і технічні.

Процес вимірювання, методи його проведення і засоби вимірювання залежать від вимірюваної величини. При теплотехнічних вимірюваннях широко використовуються такі методи:

- безпосередньої оцінки;

- порівняння з мірою;

- нульовий.

При безпосередній оцінці значення вимірюваної величини визначається по відліковому пристрої вимірювального приладу, наприклад, сили струму – за шкалою амперметра, надлишкового тиску – за шкалою манометра, температури – за шкалою термометра і т.д.

Метод порівняння з мірою реалізується при вимірюванні довжини вимірювальною лінійкою, об’єму речовини – вимірювальною ємністю і т.д.

Нульовий метод полягає в тому, що ефект дії вимірюваної величини повністю зрівноважується ефектом відомої величини і їх взаємодія зводиться до нуля, наприклад, вимірювання ЕРС термопари з використанням нормального елемента і реохорда.