9 Гидравлические поля

1. Общие положения 32

2. Физические свойства капельных жидкостей и газов 34

9.2.1 Плотность 34

9.2.2 Вязкость 35

3. Элементы гидростатики 36

   1. Закон Паскаля 36

   2. Закон Архимеда 40

4. Основы динамики идеальной жидкости 41

   1. Уравнение неразрывности потока 42

   2. Уравнение сохранения энергии 44

   3. Теорема о количестве движения. Гидравлические потери 47

5. Динамика вязкой жидкости.

Взаимодействие гидравлических полей и вещества 50

1. Вводные замечания 50

2. Оценка пограничного слоя. Критерий Рейнольдса 52

3. Ламинарный режим течения 56

4. Турбулентный режим течения 59

9. Ип на эффектах взаимодействия гидравлических

ПОЛЕЙ И ВЕЩЕСТВА 61

1. Предварительные замечания 61

2. Расходомер переменного перепада давления

3. Турбинный преобразователь объемного расхода 67

4. Ультразвуковой преобразователь расхода 71

   1. Общие схемы преобразования 71

   2. Ультразвуковые излучатели и приемники сигналов 73

   3. ИП ультразвукового расходомера 74

5. Кориолисов расходомер 78

9. ТЕПЛОВЫЕ ПОЛЯ И ВЕЩЕСТВО 83

1. Общие положения 83

2. Элементы кинетической теории газов 84

3. ИП на основе эффектов теплопередачи 94

   1. Общие положения 94

   2. Элементы теории теплопередачи 96

   3. Пример анализа теплопередачи к ИП 102

   4. ИП на основе конвективного теплообмена 109

   5. ИП температуры на основе теплового излучения вещества 115

12 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 250

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 253

ПРЕДИСЛОВИЕ

Пособие предназначено для студентов ВУЗов второго курса обучения по специальности 653700 – Приборостроение. Предмет «Физические основы получения информации» непосредственно связан с курсами «Информатика», «Физика», «Химия», «Электротехника и электроника», «Метрология». Одновременно он является базовой основой для дисциплин «Теория измерений», «Информационно – измерительные системы».

Необходимо отметить, что формально точное выполнение требований образовательного стандарта по данной дисциплине вряд ли может быть реализовано в одном курсе. Даже если под «информацией» понимать более узкое понятие «измерительная информация», т.е. численный результат физического эксперимента сравнения физической величины с мерой, то курс должен охватывать все физические явления и процессы от первичного преобразователя до вычислителя. Практически это предполагает изложение всех специальных курсов по измерительной технике, имеющих прямое или косвенное отношение к информационно - измерительным системам.

С другой стороны, образовательный стандарт предусматривает чтение таких дисциплин, как «Электронные компоненты средств измерений», «Основы автоматического управления», «Информационно-измерительные системы», «Схемотехника измерительных устройств», «Микропроцессорная измерительная техника». При их изучении студенты подробно знакомятся со всеми компонентами информационно - измерительных систем, исключая датчики. Но датчики являются основными элементами, определяющими метрологические, структурные, алгоритмические и, в конечном счете, потребительские характеристики измерительных систем.

По указанным причинам, представляется целесообразным сосредоточиться в курсе «Физических основ…» на рассмотрении физических эффектов, позволяющих создать преобразователи различных физических величин в параметры электрического сигнала. Подобный подход, несколько отступая по форме от требований образовательного стандарта, полностью отвечает его духу по обсуждаемой дисциплине.

На содержание пособия повлияли в существенной степени три обстоятельства.

Первое. Курс «Физические основы получения информации» является первым из обширного числа дисциплин, посвященным различным аспектам теории измерений, анализу и синтезу средств измерений, способам преобразования измерительных сигналов и методам повышения метрологических характеристики приборов и систем измерения. Это потребовало дать короткое введение в теорию измерений и рассмотреть общие вопросы измерительных преобразователей. В этой части пособия рассмотрены метрологические характеристики преобразователей, ради оптимизации которых выбираются те или иные физические эффекты.

Второе. Число известных физических эффектов превышает 400 и, конечно, все они не могут быть рассмотрены. Поэтому изложение сосредоточено на тех физических явлениях и эффектах, которые нашли широкое применение при разработке серийных датчиков промышленного назначения для преобразования: расходов жидкостей и газов, уровней жидких и сыпучих материалов, температур, давлений, усилий, чисел оборотов, влажности и химического состава газов.

Понимание процедур преобразования физических величин будет неполным, если не объяснить, как производится нормализация электрических сигналов в датчиках. С этой целью в пособии рассмотрение отдельных видов преобразований физических величин дополняется введениями в теорию мостовых схем и схемотехнику аналоговых измерительных преобразователей на базе операционных усилителей.

Третье обстоятельство. Учет уровня математической подготовки студентов второго курса. Объяснение сути физических явлений ведется так, чтобы избежать применения специальных разделов математики (операторного метода; решения дифференциальных уравнений высоких порядков и уравнений в частных производных; теории функций комплексной переменной, векторной теории полей и др.). При этом, конечно, теряется строгость изложения, но физическая суть явлений и вывод конечных формул, необходимых для понимания выполняемых измерительных преобразований, полностью сохраняются.

Целью пособия является углубление и расширение знаний студентов по отдельным разделам общей физики в приложении к теории и практике разработки и применения измерительных преобразователей физических величин.

В процессе изучения пособия студенты познакомятся с элементами общей теории измерительных преобразователей, отдельными разделами электроники, электротехники, термодинамики, гидродинамики и эффектами взаимодействия полей с веществом.

Одной из важных задач пособия является развитие у студентов навыков интерпретации параметров уравнений связи моделей физических эффектов в параметры технических устройств (измерительных преобразователей).

Не менее важной задачей является выработка навыков анализа условий измерений, обоснованного выбора измерительных преобразователей, оптимальных для заданных условий применения при заданных метрологических требованиях к преобразователю.

Автор считает своим приятным долгом поблагодарить рецензентов д.ф-м.н., профессора Соколова В.В. и к.т.н., доцента Щепетова А.Г., чьи замечания в значительной степени позволили устранить недостатки исходного текста.