- •Глава 1. Общие сведения об измерениях и погрешностях. Статические и динамические характеристики, надежность средств измерений
- •1.1. Общие сведения об измерениях
- •1.2. Погрешности измерений
- •1.3. Статические и динамические характеристики средств измерений
- •1.4. Основные понятия о надежности средств измерений
- •Глава 2. Приборы для измерения температуры
- •2.1. Термометры расширения
- •2.2. Термометры манометрические
- •2.3. Термоэлектрические термометры (термопары)
- •2.4. Вторичные приборы для измерения термоэлектродвижущей силы
- •2.5. Термопреобразователи сопротивления
- •2.6. Вторичные приборы для термопреобразователей сопротивления
- •2.7. Пирометры излучения
- •Длина волны 0,65 мкм. Другим типом оптических пирометров являются фотоэлектрические (рис. 2.7.1).
- •Глава 3. Приборы для измерения давления
- •3.1. Жидкостные манометры
- •Передаточная характеристика
- •3.2. Грузопоршневые манометры
- •3.3. Деформационные манометры
- •Мембранные манометры
- •3.5. Электрические,теплопроводные и ионизационные манометры.
- •Глава 4. Приборы для измерения расхода и количества веществ
- •4.1. Расходомеры переменного перепада давления.
- •4.2. Расходомеры скоростного напора
- •4.3. Расходомеры постоянного перепада давления
- •4.4. Расходомеры переменного уровня
- •4.5. Расходомеры индукционные
- •4.6. Ультразвуковые расходомеры
- •4.7. Калориметрические расходомеры
- •4.8. Расходомеры инерционные
- •4.9. Расходомеры, основаннные на других физических принципах
- •4.10. Счетчики жидкости
- •Глава 5. Приборы для измерения уровня
- •5.1. Механические уровнемеры
- •5.2. Гидростатические уровнемеры
- •5.3. Преобразователи, основанные на измерении электрофизических параметров
- •5.4. Радиоизотопные уровнемеры
- •5.5. Акустические уровнемеры
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Глава 1.Общие сведения об измерениях и погрешностях,
- •Глава 2. Приборы для измерения температуры.
- •Глава 3. Приборы для измерения давления.
- •Глава 4. Приборы для измерения расхода и количества веществ.
- •Глава 5. Приборы для измерения уровня
Глава 2. Приборы для измерения температуры
Важнейшим параметром, характеризующим практически все технологические процессы в перерабатывающих отраслях АПК, является температура.
Поддержание этого параметра в требуемых пределах точности является необходимым условием для получения продуктов высокого качества при ведении варки, обжарки, сушки, стерилизации, пастеризации и ряда других процессов.
Так, в молочной промышленности одним из основных технологических процессов является пастеризация (или кратковременная стерилизация) молока. Нижний предел ее значения определяется степенью уничтожения вредных микроорганизмов (бактерий), предотвращая тем самым развитие в продукте микрофлоры, а верхний – допустимым снижением его качества из-за частичной денатурации белков и распада витаминов и гормонов. Таким образом, чем точнее контролируется температура и стабилизируется заданное ее значение, тем более высоким качеством и питательными свойствами обладает продукт.
Существенное влияние температура оказывает на физико-химические свойства пищевых сред: вязкость, электропроводность, диэлектрическую проницаемость, величину рН. При этом точный контроль температуры имеет большое значение для режимов работы различных аппаратов и механизмов, а также для введения необходимой коррекции при измерении других показателей состава и качества.
Понятие “температура” можно определить как условно статистическую величину, прямо пропорциональную средней кинетической энергии вещества (молекул или атомов).
Температура – величина, характеризующая степень нагрева тела. Зависимость между средней кинетической энергией поступательно движущихся молекул и температурой идеального газа определяется формулой:
,
где Дж.К – постоянная Больцмана;
– абсолютная температура тела, К.
Температура является параметром, характеризующим как качественную, так и количественную сторону процессов теплообмена, теплопереноса.
Измерить температуру непосредственно нельзя, можно определить ее значение только по каким-то другим параметрам, которые изменяются в зависимости от изменения температуры. Это объем, длина, сопротивление, ЭДС, энергетическая яркость излучения.
Для количественного определения температуры вводится понятие “температурная шкала” – ряд отметок внутри температурного интервала, ограниченного двумя легко воспроизводимыми постоянными (основными реперными или опорными) точками кипения и плавления химически чистых веществ.
Таким образом:
, (2.1)
где и – постоянные легко воспроизводимые температуры;
– целое число, на которое разбивается температурный интервал.
Приняв за постоянные точки температуры кипения воды и таяния льда, были основаны шкалы Фаренгейта, Реомюра и Цельсия. Предполагается, что зависимость
– линейна, (2.2)
где – коэффициент объемного расширения.
Интегрируя (2.2), получим
. (2.3)
Используя две выбранные температуры, после некоторых преобразований получим:
, (2.4)
где , и – объем при , и .
Однако принятое допущение (2.2) является чисто условным. И поэтому шкалы, полученные таким образом, не являются строго линейными.
Исходя из второго закона термодинамики, Кельвином было предложено определять температурную шкалу из выражения:
,
где и – температуры холодильника и нагревателя;
и – количество тепла, полученное от нагревателя и отданное холодильнику при К и К.
.
Это уравнение термодинамической шкалы температур.
В настоящее время предусматривается применение двух температурных шкал: термодинамической и международной практической.
В термодинамической (Кельвина) шкале нижней точкой является точка абсолютного нуля (0 К), а экспериментальной – тройная точка воды (273,16 К) – точка равновесия воды в твердой, жидкой и газообразных фазах (выше точки таяния на 0,01°).
Реализация термодинамической шкалы практически невозможна, так как она выведена из идеального цикла Карно (для идеального газа). По своим свойствам к идеальному газу приближается водород. Однако, работа с такими термометрами весьма сложна, и поэтому разработана так называемая международная практическая шкала (МПТШ), основанная на ряде воспроизводимых равновесных состояний (реперных точек) и на использовании специальных эталонных приборов.
Основные реперные точки охватывают предел от -259,34 °С (тройная точка равновесного водорода) до 1064,43 °С (точки затвердевания золота). Эталонные приборы: до 630,74 °С – платиновый термометр сопротивления; до 1064,43 °С – термопара из платино-родия-платины; выше – по закону излучения Планка.
Температура по термодинамической шкале связана с международной соотношением:
.
Международная стоградусная шкала с прежней шкалой Цельсия имеет только одну общую точку– температуру кипения воды; во всех остальных точках они существенно отличаются друг от друга.
Приборы, преобразующие температуру в показания или сигнал называются термометрами.
Их можно разбить на две большие группы – контактные и бесконтактные.
К первой группе относятся:
термометры расширения, основанные на изменении объема при изменении температуры, которые подразделяются на жидкостные, дилатометрические и манометрические;
термоэлектрические термометры – изменение термоЭДС (термопары) от температуры;
термопреобразователи (термометры ) сопротивления, величина сопротивления которых связана с температурой.
Ко второй группе относятся:
оптические, основанные на измерении интенсивности монохроматического излучения нагретого тела;
цветовые , основанные на измерении распределения энергии в спектре теплового излучения тела;
радиационные, основанные на измерении мощности излучения нагретого тела.