В книге рассматриваются вопросы физических основ, теории и устройства электрических приборов для измерения неэлектрических величин.
Книга предназначена в качестве учебного пособия для электротехнических вузов, готовящих специалистов по электроизмерительной технике и по автоматизации производственных процессов. Вместе с тем книга может быть полезной инженерно-техническим и научно-исследовательским работникам, занятым разработкой и ппи-мененчем электрических приборов для из-черения неэлектрических величин.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Вопросам электрических измерений неэлектрических величин посвящена обширная литература как на русском, так и на иностранных языках. Однако эта литература либо охватывает отдельные частные вопросы электрических измерений неэлектрических величин, либо систематизирована по признаку отрасли производства, для которой характерно использование той или иной измерительной аппаратуры; при этом в подобных книгах рассматриваются как электрические, так и неэлектрические приборы для измерения неэлектрических величин. К книгам этого типа относятся, например, труды: В. П. Преображенского „Теплотехнические измерения ,м приборы", С. И. Щепкина „Контрольно-измерительные и регулирующие приборы в химических производствах", Н. Н. Топерверха „Измерительные и регулирующие приборы на металлургических заводах" и др. Как правило, эти труды носят описательный характер и предназначены для лиц, интересующихся лишь эксплоатацией измерительной аппаратуры.
В настоящее время, в связи с широким внедрением автоматического контроля и автоматического управления производством, назрела необходимость в такой книге по электрическим измерениям неэлектрических величин, в которой были бы в достаточной степени освещены вопросы физико-химических основ, а также теории и расчета приборов.
Подобная книга нужна как инженерам, эксплоатирующим приборы, так и инженерам, участвующим в разработке и производстве электрических приборов для измерения неэлектрических величин.
Вместе с тем такая книга необходима и студентам втузов соответствующих специализаций.
Первая попытка в направлении создания книги, удовлетворяющей этим требованиям, была сделана Ф. Е. Темниковым и Р. Р. Харченко в труде „Электрические измерения неэлектрических величин". Однако эта работа не вполне соответствует программам, по которым студенты втузов изучают данную область электроизмерительной техники.
Настоящая книга в основном предназначена служить учебным пособием для студентов, изучающих курс „Электрические измерения неэлектрических величин".
Первая часть книги освещает основной материал, читаемый на лекциях по этому курсу, а вторая и третья части охватывают материал, необходимый для курсового проектирования и лабораторного практикума.
При изложении материала автор пользуется рациональной системой уравнений.
Автор надеется, что книга будет полезна и инженерно-техническим работникам заводов и научно-исследовательских учреждений, работающим в области электрических измерений неэлектрических величин.
Автор считает своим долгом выразить благодарность рецензентам Д. Л. Оршанскому и проф. Л. С. Фрейману, а также проф. В. О. Арутюнову, доц. Л. Л. Крапивенскому^ доц. А. И. Журкну, доц. Я. М. Фейнбергу, Л. А. Островскому и П. В. Новицкому, прочитавшим отдельные разделы рукописи и сделавшим ценные замечания.
Особую признательность автор выражает Д. Л. Оршанскому за выполненный им большой труд по редактированию книги.
Отдавая себе отчет в том, что предлагаемая книга не может быть лишена ряда недостатков, автор будет весьма признателен читателям, которые пришлют свои замечания и пожелания по адресу Издательства: Ленинград, Невский просп., д. 28, Госэнергоиздат.
Автор
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Введение............................. 13
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ПРИЕМНИКОВ, ПРЕОБРАЗУЮЩИЕ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
Раздел первый Параметрические приемники
Глава I. Приемники сопротивления приборов для измерения механических величин................... 10
1. Приемники с угольными шайбами............... 19
2. Тензолитовые приемники.................... 22
3. Проволочные приемники.................... 23
Глава П. Термосопротивления.................. 29
4. Принцип использования.................... 29
5. Основное уравнение теплового равновесия проволоки, нагреваемой электрическим током................... 32
6. Основы теории теплового подобия............... 39
7. Приемники термоанемометров................. 44
8. Приемники газоанализаторов на принципе теплопроводности . . 52
9. Приемники вакуумметров на принципе теплопроводности ... 58 10. Тепловая инерция проволоки, нагреваемой током....... 59
Глава III. Термосопротивления с малой нагрузкой током (приемники термометров сопротивлении) .......... 67
П. Теоретические основы................ .... 67
12. Выбор начального сопротивления и рабочего тока приемников . 74
Глава IV. Электролитические приемники сопротивления .... 75
13. Физико-химические основы.................. 75
l'i. Компенсация температурной погрешности электролитических
приемников......................... 79
J. Эквивалентная схема электролитической ячейки (приемника) . . 87
89
Глава V. Индуктивные приемники...............
16. Принцип действия....................... 89
17. Теория и расчет индуктивных приемников........... 92
18. Определение м. д. с. катушки................. 103
19. Определение числа витков катушки.............. 104
20. Влияние индуктивного приемника на характеристику шкалы прибора............................ 107
21. Теория и расчет индуктивных приемников трансформаторного типа........."..................... ПО
Глава VI. Магнитоупругие приемники.............. 113
22. Физические основы ...............~....... 113
23. Чувствительность магнитоупругих приемников......... 122
24. Основы расчета магнитоупругих приемников и влияние различных факторов на их работу.................. 126
Глава VII. Емкостные приемники................^130
25. Теория и принципы использования............... 130
26. Электрические схемы включения емкостных приемников .... 134
Глава VIII. Фотоэлементные приемники............. 142
27. Физические основы...................... 142
28. Устройство и эксплоатациониые характеристики наиболее распространенных фотоэлементов................. 147
29. Типы фотоэлементных приемников............... 157
30. Выбор значения сопротивления в цепи фотоэлемента ..... 159
31. Дифференциальные фотоэлементные приемники........ 161
Глава IX. Ионизационные приемники.............. 163
32. Общие соображения...................... 163
33. Методы ионизации газа в ионизационных приемниках..... 165
34. Основные принципиальные схемы использования ионизационных приемников для измерения неэлектрических величин...... 169
Глава X. Полярографические приемники............ 174
35. Физико-химические основы.................. 174
36. Особенности применения полярографического метода..... 180
Раздел второй Генераторные приемники
Глава XI. Пьезоэлектрические приемники............ 185
37. Физические основы..................... 185
38. Треоования к измерительной схеме.............. 192
Глава XII. Индукционные приемники.............. 197
39. Теоретические основы и типы приемников........... 197
40. Температурная погрешность.....,............ 200
41 Применение интегрирующих и дифференцирующих схем в приборах с индукционными приемниками для измерения перемещений
и ускорений.......................... 202
Глава XIII. Термоэлектрические приемники........... 205
42. Физические основы...................... 205
43. Использование термоэлектрического эффекта для измерения температуры. Термоэлектрические пирометры......... 207
44. Влияние температуры свободных концов............ 208
45. Удлинительные термоэлектроды................ 210
46. Материалы, применяемые для термопар............ 212
47. Погрешности термоэлектрических пирометров с милливольтметром ............................ 216
Глава XIV. Приемники электрических потенциалов приборов для измерения концентрации водородных ионов
(приемники рН-метров)............... 218
48. Водородные ионы ....................... 218
•:9. Пограничные потенциалы................... 224
50. Электродный потенциал системы металл/ионы металла..... 225
51. Электродный потенциал окислительно-восстановительной системы ............................... 228
о2. Диффузионный потенциал................... 233
53. Потенциал стеклянного электрода ............... 235
54. Метод измерения пограничных потенциалов.......... 239
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
ОСНОВНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ
55. Общие соображения......................241
Раздел третий
Компенсационные схемы
Глава XV. Компенсаторы с ручным уравновешиванием.....244
56. Компенсационные схемы, применяемые в технике электрических измерений неэлектрических величин .............. 244
57. Чувствительность компенсационных схем постоянного тока . . 245
58. Компенсаторы для измерения малых э. д. с........... 247
Глава XVI. Самоуравновешивающиеся компенсаторы......254
59. Чувствительность самоуравновешивающихся компенсаторов . . 254
60. Особенности схемы компенсатора типа СП, служащего для измерения т. э. д. с. термоэлектрического пирометра.......257
61. Устройство управляющего (следящего) механизма компенсатора
СП . . . ."..........................260
62. Принцип действия самоуравновешивающегося компенсатора
с ламповым управлением ...................265
W. Устройство компенсатора типа ЭПД..............266
Раздел четвертый Мостовые схемы
Глава XVII. Мостовые схемы постоянного тока......... 274
64. Основные соотношения.................... 274
65. Оптимальные соотношения между сопротивлениями мостовой схемы при заданных параметрах приемника.......... 275
66. Оптимальные соотношения между сопротивлениями мостовой схемы при заданных параметрах измерителя.......... 281
67. Влияние мостовой схемы на характеристику шлалы прибора . . 232
68. Упрощенный метод расчета тока в измерителе мостовой схемы 287
69. Мостовые схемы постоянного тска с логометром в качестве измерителя ........................... 294
70. Самоуравновешивающиеся мосты................ 298
Глава XVIII. Мостовые схемы переменного тока........ 303
71. Особенности расчета мостовых схем переменного тока. Основные соотношения....................... 303
72. Схема моста с симметрией Z,=Zj и Z3 —Z4......... 305v
73. Схема моста с симметрией Zj — Z\ и Z2 = Z4......... 307
74. Мостовая схема с измерителем весьма большого сопротивления 309
Раздел пятый
Схемы переменного тока с выпрямителями и с большим входным сопротивлением
Главг XIX. Схемы переменного тока с полупроводниковыми
выпрямителями....................311
75. Общие соображения......................311
76. Основные схемы с полупроводниковыми выпрямителями .... 312
Глава XX. Фазочувствительные выпрямительные схемы.....318
77. Фазочувствительные схемы с вибрационными выпрямителями . 318
78. Фазочувствительные схемы с полупроводниковыми выпрямителями ..............................323
79. Мостовая схема с фазочувствительным выпрямительным устройством с полупроводниковыми выпрямителями.........328
Глава XXI. Схемы с большим входным сопротивлением, предназначенные для измерения малых напряжений и токов.......................330
80. Ламповые схемы с электрометрическими лампами.......331
81. Схемы с динамическими конденсаторами............337
Глава XXII. Согласование параметров отдельных частей электрических приборов для измерения неэлектрических величин.......................341
82. Цепные схемы приборов и их частей.............341
83. Зависимость эффективности преооразования от качества четц-рехполюсника и степени согласования.............347
84. Условия максимума эффективное и преобразования ...../ 351
85. Пример использования метода цепных схем..........354
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Раздел шестой Электрические приборы для измерения механических величин
Глава XXIII. Электрические приборы для измерения линейных
размеров и перемещений (микрометры)......358
86. Индуктивные микрометры...................358
87. Емкостные микрометры....................360
8S. Фотоэлектрические микрометры................363
89. Электрические приборы для измерения толщин........364
90. Ионизационные приооры для измерения разнсстенности деталей 368
Главл XXIV. Электрические приборы для измерения деформаций
и механических напряжений (тензометры).....376
91. Тензометры с угольными шайбами............... 377
92. Тензолитовые (полупроводниковые) тензометры........ 378
93. Проволочные тензометры................... 380
94. Индуктивные тензометры................... 382
95. Магнитоупругие тензометры.................. 384
96. Струнные (электроакустические) тензометры.......... 386
Глава XXV. Электрические приборы для измерения сосредоточенных сил и давлений (динамометры и манометры)
97. Пьезоэлектрические динамометры и манометры........390
98. Магнитоупругие динамометры и манометры..........394
99. Емкостные динамометры и манометры.............398
100. Индуктивные динамометры и манометры...........402
Глава XXVI. Электрические приборы для измерения вакуума
(вакуумметры)....................409
101. Вакуумметры с термосопротивлением (на принципе теплопроводности)...........................410
102. Ионизационные вакуумметры.................412
Глава XXVII. Электрические приборы для измерения крутящего
момента (торзиометры)..............414
103. Индуктивные торзиометры без контактного устройства .... 414
104. Индукционные торзиометры .................416
Глава XXVIII. Электрические приборы для измерения параметров механических колебаний (виброметры и акселерометры) ...........'.......418
105. Основные требования. Частотные соотношения........418
ЮР. Индукционные виброметры..................423
107. Акселерометры..............-..........428
Глава XXIX. Электрические приборы для измерения скорости
вращения (тахометры)............... 431
108. Индукционные тахометры.................. 431
109. Электроимпульсные тахометры................ 444
ПО. Стробоскопические тахометры................ 451
Глава XXX. Электрические приборы для дистанционного измерения уровня жидких и сыпучих тел (уровнемеры). . 454
111. Реостатны.е уровнемеры................... 454
112. Индуктивные уровнемеры..................-. 458
113. Индукционные уровнемеры.................. 461
114. Емкостные уровнемеры.................... 463
Глава XXXI. Электрические приборы для измерения шероховатости (чистоты) поверхности............ 465
115. Общие соображения..................... 465
116. Пьезоэлектрический ирифи.чометр............... 467
117. Индукционный профилометр................. 4С9\
Раздел седьмой
Электрические приборы для измерения температуры
118. Общие соображения. Температурная шкала..........472
Глава XXXII. Термометры сопротивления............476
119. Область применения и конструкции..............476
120. Схемы включения термометров сопротивления........483
Глава XXXIII. Термоэлектрические пирометры.........487
121. Наиболее распространенные термопары и удлинительные термоэлектроды ......................... 487
122. Конструкции термопар.................... 492
123. Термостатирование свободных концов. Автоматическое введение поправки на температуру свободных концов ....... 499
124. Схемы включения термопар.................. 501
Глава XXXIV. Условия теплового равновесия между приемником и средой, температура которой измеряется. Тепловая инерция приемников .......... 503
125. Уравнение теплового равновесия между приемником и средой, температура которой измеряется. Монтаж приемников.....503
126. Отсасывающие и обогревные термопары..........510
127. Инерция приемников при мгновенном (разовом) изменении температуры среды......................512
128. Инерция приемников при изменении температуры среды в функции времени.........................518
Глава XXXV. Измерение температуры твердых тел и поверхностей ........................523
129. Измерение температуры твердых тел .............523
130. Измерение температуры поверхностей............524
Глава XXXVI. Пирометры, использующие лучистую энергию
нагретых тел..................526
131. Зависимость параметров излучения абсолютно черного тела
от температуры........................ 526
132. Излучение физических тел................... 530
133. Оптические пирометры с переменной яркостью образцового излучателя.......................... 531
134. Оптические пирометры с постоянной яркостью образцового излучателя..............•.......... 538
135. Погрешности и введение поправок к показаниям оптического пирометра на неполноту излучения . . • ........... 540
136. Радиационные пирометры................. 544
137. Погрешности радиационных пирометров........... 550
138. Монтаж радиационных пирометров.............. 552
139. Цветовые пирометры..................... 553
140. Погрешность цветовых пирометров, обусловленная неполнотой излучения.......................... 556
1-11. Принцип действия фотоэлектрических пирометров......557
142. Яркостные фотоэлектрические пирометры...........558
143. Цветовые фотоэлектрические пирометры...........565
Раздел восьмой
Электрические приборы для измерения концентрации жидких и газообразных сред
Глава XXXVII. Электрические концентратометры на принципе
электропроводности...............569
144. Устройство различных соленомеров..............569
145. Концентратометры для измерения концентраций кислот и щелочей .............................579
Глава XXXVIII. Электрические рН-метры......•.....581
146. Водородный электрод..................... 581
147. Хингидронный электрод.............•...... 584
148. Сурьмяный электрод..................... 586
149. Стеклянный электрод..................... 588
150. Образцовые (сравнительные) полуэлементы.......... 590
151. Измерительные схемы рН-метров............... 592
Глава XXXIX. Полярографы...................604
152. Визуальные полярографы...................604
153. Автоматические полярографы.................608
154. Устройство приемников (электролизеров)...........610
Глава XL. Электрические приборы для измерения концентрации
по поглощению и рассеянию лучистой энергии . . . 612
155. Зависимость поглощения и рассеяния лучистой энергии от состава жидкостей и газов...................612
156. Методы измерения состава, использующие поглощение и рассеяние лучистой энергии. Общая характеристика.......615
157. Электрические колориметры.................616
158. Электрические дымномеры..................622
Глава ХИ Электрические газоанализаторы на принципе тепло-
проводности.....................628
159. Электрические газоанализаторы на СО»............628
160 Электрические газоанализаторы на водород......
1бГ Электрические газоанализаторы на кислород, на принци ' лопроводности с предварительной химической реакцией
Глава XLII Электрические газоанализаторы на принципе изме-' рения теплоты химической реакции (каталитические)
162 Принцип действия и область применения........... 640
163'. Примеры газоанализаторов на принципе измерения теплоты
' химических реакций..................... "4^
Глава XLIH. Новые типы газоанализаторов........... 648
164. Магнитные газоанализаторы................. 648
165. Оптико-акустические газоанализаторы............ °о/
166. Масс-спектрометры...................... Ьэ/
Глава. XLIV. Электрические приборы для измерения влажности 664 1G7. Электрические приборы для измерения влажности твердых тел
(влагомеры).......................... ~°,
1С8. Электрические приборы для измерения влажности газов . . . ь/и
Алфавитный указатель...................... боо
ВВЕДЕНИЕ
Электрические измерения неэлектрических величин представляют собой весьма обширную область измерительной техники, охватывая измерения практически всех величин, служащих для оценки раз шчных физических и химических явлений и производственных процессов.
Развитие науки неразрывно связано с развитием измерительной техники. Измерение, как процесс познания путем опыта качественной и количественной стороны любого явления, любой закономерности, своими возможностями (в отношении точности, чувствительности, диапазона измеряемой величины) определяет в значительной степени и развитие науки. Чем более высокого уровня достигала измерительная техника, тем шире и глубже оказывались достижения науки. С другой стороны, развитие науки создавало новые предпосылки, новые пути и возможности для развития измерительной техники.
За последние десятилетия совершенно аналогичная взаимосвязь наблюдается между развитием производства и измерительной техники. Современное производство, особенно в условиях социалистического планового хозяйства, характеризуется строжайшим соблюдением технологии и широким внедрением автоматического управления производственными процессами. И то и другое может быть обеспечено лишь при помощи измерительной техники, путем измерения тех параметров, которые характеризуют каждый участок, каждый узел того или иного технологического процесса. Поэтому современные советские заводы в металлургической, химической, нефтеперерабатывающей, текстильной, пищевой, металлообрабатывающей промышленности, а также заводы других отраслей промышленности насыщены разнообразными измерительными приборами, служащими для контроля и управления процессами производства. С другой стороны, достижения производства обеспечивают получение новых материалов и более точное изготовление деталей приборов, что открывает широкие возможности для развития измерительной техники.
Цена: 600руб.
