PDF - Bramy Nauki

Spis treści
1.
Wstęp
13
Wprowadzenie
15
1.1. Definicja pomiaru i terminów z nim zwia˛zanych
1.2. Podstawowe poje˛cia 19
1.2.1.
1.2.2.
1.2.3.
1.2.4.
1.3.
1.4.
Aparatura pomiarowa 19
Przyrza˛d pomiarowy 19
Systemy pomiarowe 22
Definicje błe˛dów 23
Przetwarzanie wielkości
1.3.1.
1.3.2.
1.3.3.
1.3.4.
1.3.5.
1.3.6.
1.3.7.
1.3.8.
1.3.9.
28
Czujniki i przetworniki analogowe 28
Próbkowanie wielkości 29
Kwantowanie wielkości 31
Stopień zliczania, przetwornik A/C do pomiaru czasu lub cze˛stotliwości
Przetworniki C/A napie˛cia 36
Przetworniki A/C kompensacyjne 38
Przetworniki A/C całkuja˛ce 41
Przetworniki A/C z pojedynczym całkowaniem 42
Przetworniki A/C z podwójnym całkowaniem 44
Modulacja i przesył sygnałów 46
1.4.1.
1.4.2.
1.4.3.
1.4.4.
1.4.5.
1.4.6.
1.4.7.
15
Sygnał 46
Modulacja szerokości impulsów 48
Sieć pomiarowa 52
Pe˛tla pra˛dowa 54
Protokół HART 55
Inne magistrale obiektowe 57
Standard IEEE 1451 58
33
6
Spis treści
1.4.8.
1.4.9.
Interfejs IEC-625 61
Bezprzewodowa transmisja sygnałów pomiarowych
1.5. Właściwości metrologiczne aparatury pomiarowej
1.6. Czynności metrologiczne 69
Literatura 73
2.
63
63
Pomiary temperatury
2.1.
Skale temperatury
2.1.1.
2.1.2.
2.1.3.
2.2.
2.5.
2.6.
113
Czujniki diodowe 113
Czujniki scalone 114
115
Zasada działania pirometru 115
Obiekt pomiaru 117
Detektory promieniowania 120
Budowa pirometrów 122
Eliminacja błe˛du metody pirometrów
Termografia 129
Inne rodzaje termometrów
2.7.1.
2.7.2.
2.7.3.
2.7.4.
2.8.
102
Budowa termometru termoelektrycznego 102
Zasada działania termoelementów 102
Budowa termoelementów 104
Rodzaje termoelementów i ich właściwości 106
Termoelementy nieznormalizowane 108
Korekcja błe˛dów od temperatury zimnych końców 109
Automatyczna korekcja błe˛du temperaturowego 111
Pirometry
2.6.1.
2.6.2.
2.6.3.
2.6.4.
2.6.5.
2.6.6.
2.7.
87
Półprzewodnikowe czujniki temperatury
2.5.1.
2.5.2.
85
Ogólna charakterystyka 87
Czujniki rezystancyjne metalowe 88
Układy pomiarowe czujników rezystancyjnych metalowych
Termistory 97
Rezystancyjne czujniki krzemowe 100
Termometry termoelektryczne
2.4.1.
2.4.2.
2.4.3.
2.4.4.
2.4.5.
2.4.6.
2.4.7.
124
130
Termometry szumowe 130
Termometry luminescencyjne 131
Termometr światłowodowy typu ,,ciało czarne”
Termometry ultradźwie˛kowe 133
Technika pomiarów temperatury i źródła błe˛dów
2.8.1.
78
81
Wprowadzenie 81
Termometry szklane 81
Termometry dylatacyjne i bimetalowe
Termometry ciśnieniowe 86
Termometry rezystancyjne
2.3.1.
2.3.2.
2.3.3.
2.3.4.
2.3.5.
2.4.
75
Wprowadzenie 75
Termodynamiczna skala temperatury 75
Mie˛dzynarodowa Skala Temperatury MST-90
Termometry nieelektryczne
2.2.1.
2.2.2.
2.2.3.
2.2.4.
2.3.
75
Ogólna charakterystyka technik
134
132
134
91
7
Spis treści
2.8.2.
2.8.3.
2.8.4.
2.9.
Odprowadzanie ciepła przez czujnik pomiarowy 134
Wpływ promieniowania na temperature˛ czujnika 136
Pomiar temperatury ciał w ruchu 137
Błe˛dy dynamiczne
2.9.1.
2.9.2.
138
Model matematyczny czujnika temperatury 138
Wyznaczanie właściwości dynamicznych termometrów
2.10. Wzorcowanie termometrów
2.10.1.
2.10.2.
2.10.3.
2.10.4.
2.10.5.
Literatura
3.
141
144
Zasady wzorcowania termometrów 144
Podstawowe wyposażenie laboratorium wzorcowania termometrów
Układy pomiarowe stanowisk wzorcowania 149
Wzorcowanie pirometrów 151
Ocena niedokładności wzorcowania 151
145
160
Pomiary ciśnienia
3.1.
Zagadnienia ogólne
3.1.1.
3.1.2.
3.1.3.
3.1.4.
3.1.5.
3.1.6.
3.2.
3.3.
3.6.
196
Literatura
209
Funkcje i właściwości przetworników klasycznych i inteligentnych 209
Charakterystyki metrologiczne 214
Charakterystyki funkcjonalne i użytkowe ważne przy doborze przetworników
Przetworniki wieloparametrowe 221
Kalibratory ciśnienia i kalibracja
3.6.1.
3.6.2.
3.6.3.
181
Czujniki piezoelektryczne 196
Czujniki rezonansowe 199
Czujniki optyczne 206
Procesowe przetworniki ciśnienia i instalacje pomiarowe
3.5.1.
3.5.2.
3.5.3.
3.5.4.
168
171
Elementy spre˛żyste ciśnieniomierzy 171
Czujniki piezorezystancyjne 174
Korekcja błe˛dów piezorezystancyjnych czujników ciśnienia
Czujniki pojemnościowe 192
Czujniki indukcyjnościowe 194
Czujniki z przetwarzaniem ciśnienia na siłe˛
3.3.1.
3.3.2.
3.4.
3.5.
162
Wste˛p 162
Definicje 163
Jednostki ciśnienia 164
Rodzaje mierzonego ciśnienia 165
Zakresy mierzonych ciśnień 167
Różne metody pomiaru ciśnienia – podział ciśnieniomierzy
Czujniki spre˛żyste
3.2.1.
3.2.2.
3.2.3.
3.2.4.
3.2.5.
162
223
Wprowadzenie 223
Manometry hydrostatyczne 224
Manometry obcia˛żnikowo–tłokowe
235
227
217
8
Spis treści
4.
Pomiary poziomu
4.1.
4.2.
4.3.
Wprowadzenie 237
Podział metod pomiaru poziomu
Re˛czne pomiary poziomu 238
4.3.1.
4.3.2.
4.3.3.
4.4.
240
Poziomomierz pływakowy 240
Poziomomierz wyporowy 242
Poziomomierz hydrostatyczny 243
Poziomomierz piezometryczny 245
Poziomomierz wagowy 246
Poziomomierz oporowy 246
Poziomomierz pojemnościowy 247
Poziomomierz z tłumieniem promieniowania 249
Poziomomierze akustyczne i ultradźwie˛kowe 251
Poziomomierze radarowe 253
Sygnalizatory poziomu
4.5.1.
4.5.2.
4.5.3.
4.5.4.
237
Poziomomierz wziernikowy 238
Poziomomierz pre˛towy 239
Poziomomierz sonduja˛cy 240
Pomiary cia˛głe poziomu
4.4.1.
4.4.2.
4.4.3.
4.4.4.
4.4.5.
4.4.6.
4.4.7.
4.4.8.
4.4.9.
4.4.10.
4.5.
237
254
Wprowadzenie 254
Sygnalizator wibracyjny 255
Sygnalizator z ruchomym elementem
Sygnalizator izotopowy 255
4.6. Dobór i eksploatacja poziomomierzy
Literatura 257
5.
255
256
Pomiary prędkości i przepływu płynów
5.1.
5.2.
Wprowadzenie 258
Pomiary pre˛dkości płynów
5.2.1.
5.2.2.
5.2.3.
5.2.4.
5.3.
5.3.1.
5.3.2.
5.3.3.
5.3.4.
5.3.5.
5.3.6.
5.3.7.
5.3.8.
5.3.9.
5.4.
263
Rurki spie˛trzaja˛ce 263
Anemometry elektryczne 268
Pre˛dkościomierze turbinowe 273
Pomiary pre˛dkości na zasadzie Dopplera
Przepływomierze
274
279
Wprowadzenie 279
Przepływomierze zwe˛żkowe 281
Rotametry 296
Przepływomierze turbinowe 298
Przepływomierze wirowe 303
Przepływomierze na zasadzie zjawiska Coriolisa
Przepływomierze elektromagnetyczne 308
Przepływomierze ultradźwie˛kowe 312
Inne przepływomierze 319
Liczniki obje˛tości płynów 322
5.4.1.
5.4.2.
5.4.3.
258
Licznik a przepływomierz
Liczniki gazów 322
Liczniki cieczy 324
322
305
9
Spis treści
5.5.
Pomiary przepływu w kanałach otwartych
5.5.1.
5.5.2.
5.5.3.
5.5.4.
5.6.
Rodzaje kanałów otwartych
Przelewy 328
Koryta pomiarowe 331
Inne metody 333
327
Wzorcowanie przepływomierzy
337
5.6.1.
5.6.2.
5.6.3.
Literatura
6.
327
Wprowadzenie 337
Stanowiska wzorcownicze 338
Legalizacja przepływomierzy 342
342
Pomiary drgań i wstrząsów
345
6.1. Wprowadzenie 345
6.2. Model dynamiczny akcelerometru 346
6.3. Akcelerometry z kompensacja˛ siły 349
6.4. Czułość poprzeczna 351
6.5. Akcelerometry piezoelektryczne 352
6.5.1.
6.5.2.
6.5.3.
6.5.4.
6.5.5.
6.6.
6.7.
6.8.
6.9.
6.10.
6.11.
6.12.
6.13.
358
Akcelerometry pojemnościowe 361
Akcelerometry piezorezystancyjne 363
Akcelerometry termiczne 364
Akcelerometry dwu- i trzyosiowe 366
Montaż akcelerometrów 366
Wzorcowanie czujników przyspieszenia 368
Sejsmometry 370
Wybrane dziedziny zastosowań czujników drgań 374
6.13.1.
6.13.2.
6.13.3.
6.13.4.
Literatura
7.
Zjawisko piezoelektryczne 352
Model elektryczny czujnika piezoelektrycznego 354
Czujniki z wyjściem ładunkowym o dużej impedancji
wyjściowej 355
Czujniki z wyjściem napie˛ciowym o małej impedancji
wyjściowej 357
Konstrukcja mechaniczna akcelerometrów piezoelektrycznych
Diagnostyka wibroakustyczna maszyn
Analiza modalna konstrukcji 379
Motoryzacja 382
Sejsmologia górnicza 384
374
386
Pomiary hałasu
7.1. Wprowadzenie 387
7.2. Drgania akustyczne i dźwie˛k
7.3. Równanie falowe 388
7.4. Pole akustyczne 389
387
387
10
Spis treści
7.4.1.
7.4.2.
7.4.3.
7.5.
Wielkości akustyczne
7.5.1.
7.5.2.
7.5.3.
7.5.4.
7.6.
409
Mikrofony pomiarowe 409
Pomiary poziomu ciśnienia akustycznego 410
Pomiary poziomu nate˛żenia dźwie˛ku 413
Wybrane dziedziny pomiarów hałasu
7.9.1.
7.9.2.
7.9.3.
7.9.4.
Literatura
8.
407
Wprowadzenie 407
Kalibracja z wykorzystaniem pobudników tłokowych 408
Kalibracja metoda˛ porównawcza˛ 408
Pomiary wielkości akustycznych
7.8.1.
7.8.2.
7.8.3.
7.9.
394
Klasyfikacja 395
Mikrofony ciśnieniowe 396
Mikrofony gradientowe 397
Mikrofony ciśnieniowo-gradientowe 397
Charakterystyki mikrofonów 398
Membrany mikrofonów 399
Mikrofony stykowe 400
Mikrofony magnetoelektryczne 401
Mikrofony elektromagnetyczne 402
Mikrofony elektrostatyczne 402
Mikrofony elektretowe 404
Mikrofony piezoelektryczne 405
Mikrofony krzemowe 406
Kalibracja mikrofonów
7.7.1.
7.7.2.
7.7.3.
7.8.
392
Nate˛żenie dźwie˛ku 392
Moc akustyczna 393
Poziom wielkości akustycznych
Głośność dźwie˛ku 394
Mikrofony 395
7.6.1.
7.6.2.
7.6.3.
7.6.4.
7.6.5.
7.6.6.
7.6.7.
7.6.8.
7.6.9.
7.6.10.
7.6.11.
7.6.12.
7.6.13.
7.7.
Charakterystyka ogólna 389
Płaskie fale akustyczne 390
Kuliste fale akustyczne 391
Wprowadzenie
Pomiary hałasu
Pomiary hałasu
Pomiary hałasu
414
414
w środowisku 415
w pomieszczeniach 416
maszyn i urza˛dzeń 417
420
Pomiary składu chemicznego
8.1.
8.2.
Wprowadzenie 422
Pomiary składu chemicznego na podstawie przemiany materii
8.2.1.
8.2.2.
8.3.
422
Chemiczne przemiany materii 427
Elektrochemiczne przemiany materii
437
Pomiary składu z zastosowaniem promieniowania
8.3.1.
8.3.2.
8.3.3.
8.3.4.
467
Wprowadzenie 467
Spektrometria atomowa: emisyjna i absorpcyjna 468
Spektrometria rentgenowska 489
Spektrometria molekularna (cza˛steczkowa) 495
427
11
Spis treści
8.3.5.
8.3.6.
8.4.
Chromatografia
8.4.1.
8.4.2.
8.4.3.
8.5.
515
Wprowadzenie 515
Chromatografia gazowa 515
Chromatografia cieczowa 528
Zagadnienia wybrane
8.5.1.
8.5.2.
8.5.3.
8.5.4.
8.5.5.
8.5.6.
8.5.7.
Literatura
9.
Spektrometria rezonansu paramagnetycznego EPR 506
Spektrometria rezonansu magnetycznego NMR 509
531
Pobieranie próbek do analizatorów o działaniu dyskretnym 531
Analizatory wstrzykowe 536
Pobieranie próbek do analizatorów o działaniu cia˛głym 537
Analizatory termokonduktometryczne 540
Przemysłowe analizatory tlenu w gazach 545
Analizatory gazu na zasadzie absorpcji w podczerwieni 548
Wzorcowanie analizatorów 551
556
Pomiary wilgotności
9.1.
Pomiary wilgotności powietrza
9.1.1.
9.1.2.
9.1.3.
9.1.4.
9.1.5.
9.1.6.
9.1.7.
9.1.8.
9.1.9.
9.2.
Literatura
Skorowidz
558
Podstawowe definicje i wzory 558
Higrometr włosowy 562
Psychrometr Assmana 563
Higrometr punktu rosy (z chłodzonym lustrem) 564
Higrometry elektrolityczne z chlorku litu 566
Impedancyjne czujniki (sensory) higrometryczne 568
Higrometry spektrometryczne 569
Higrometry kulometryczne 570
Wzorcowanie higrometrów i wzorce wilgotności 570
Pomiary wilgotności ciał stałych
9.2.1.
9.2.2.
9.2.3.
9.2.4.
9.2.5.
9.2.6.
9.2.7.
9.2.8.
9.2.9.
558
576
Podstawowe definicje, poje˛cia i wzory 576
Metoda grawimetryczna 579
Metoda oparta na zmianie pojemności cieplnej materiału 583
Metoda oparta na zmianie rezystancji materiału 584
Pomiar na podstawie właściwości dielektrycznych 586
Techniki oparte na zastosowaniu promieniowania podczerwonego
Mikrofalowy pomiar zawartości wilgoci 593
Rozpraszanie ja˛drowe 595
Podsumowanie 596
591
598
600