Методи, прибори й засоби для вимірювання в'язкості

Методи, прибори й засоби для вимірювання в'язкості

Курсова робота

Методи, прибори й засоби для вимірювання в'язкості

Зміст

Вступ

Метрологія. Історичні аспекти метрології

1. Основні поняття й категорії метрології

2. Виміри механічних величин

2.1 Лінійні виміри

3. Вимір в'язкості

3.1 Віскозиметри

3.2 Реометри

3.3 Шпинделі різної геометрії

3.4 Контроль температури

3.5 Вимір в'язкості зразків малого об'єму

3.6 Вимір низької в'язкості

3.7 Вимір в'язкості при високій температурі

3.8 Визначення швидкості зрушення

3.9 Вимір з високою швидкістю зрушення

3.10 Визначення напруги зрушення

3.11 Нетекучі матеріали

3.12 Спеціальні аксесуари

3.13 Вимір в'язкості в небезпечних умовах

4. Таблиці конверсії різних величин виміру в'язкості

Висновок

Умови виміру

Список використовуваної літератури

Вступ

Метрологія. Історичні аспекти метрології

Як тільки людина стала обмінювати або продавати результати своєї праці, виникло запитання - наскільки великий еквівалент цієї праці і наскільки велика кількість продукту, представлений на обмін або продаж. Для характеристики цих величин використовувалися різні властивості продукту - розміри,- як лінійні, так і об'ємні,- маса або вага, пізніше колір, смак, склад і т.д. і т.п. Природно, що за давніх часів ще не існувало розвиненого математичного апарата, не було чітко сформульованих фізичних законів, що дозволяють охарактеризувати якість і вартість товару. Проте проблема справедливої збалансованої торгівлі була актуальна завжди. Від цього залежав добробут суспільства, від цього ж виникали війни.

Першими засобами забезпечення єдності вимірів були об'єкти, які є в розпорядженні людини завжди. Так з'явилися перші міри довжини, що опираються на розміри рук і ніг людини. На Русі використовувалися лікоть, п'ядь, сажень, косий сажень. На Заході - дюйм, фут, що зберегли свою назву дотепер. Оскільки розміри рук і ніг у різних людей були різними, те належна єдність вимірів не завжди вдавалося забезпечити. Наступним кроком були законодавчі акти різних правителів, що пропонують, наприклад, за одиницю довжини вважати середню довжину стопи декількох людей. Іноді правителі просто робили два карби на стіні ринкової площі, пропонуючи всім торговцям робити копії таких «еталонних мір». У цей час таку міру можна бачити на Вандомської площі в Парижу в тім місці, де колись розташовувався головний ринок Європи.

У міру розвитку людства й науки, особливо фізики й математики, проблему забезпечення єдності вимірів стали вирішувати більш широко. З'явилися державні служби й сховища мер, з якими торговцям у законодавчому порядку пропонувалося порівнювати свої міри. Для визначення розмірів одиниць вибиралися розміри об'єктів, що не змінюються згодом. Наприклад, для визначення розміру одиниці довжини вимірявся меридіан Землі, для визначення одиниці маси вимірялася маса літра води. Одиниці часу з давніх часів до справжнього моменту зв'язують із обертанням Землі навколо Сонця й навколо власної осі.

Подальший прогрес у забезпеченні єдності вимірів складався вже в довільному виборі одиниць, не пов'язаних з речовинами або об'єктами. Це пов'язане з тим фактом, що виготовити копію міри (передати розмір одиниці якої-небудь величини) можна з набагато більше високою точністю, чим повторно незалежно відтворити цю міру. Справді, точність визначення довжини меридіана й ділення його на 40 мільйонів частин виявляється дуже невисокою. Докладно до цього ми повернемося при визначенні основних понять і категорій метрології. Тут у короткому історичному екскурсі цікаво згадати, що програма виміру довжини паризького меридіана виявилася більше корисної в складанні докладних карт перед наполеонівськими війнами, чим у точному визначенні одиниці довжини.

Гігантський стрибок у точності вимірів механічних величин був зроблений при впровадженні лазерів у вимірювальну техніку. Образно говорячи, точність засобів виміри стала визначатися параметрами окремого атома. Якщо вибрати певний тип атома, певний ізотоп елемента, помістити атоми в резонатор лазера й використовувати всі переваги, властивому лазерному випромінюванню, то реально досяжна погрішність відтворення одиниці довжини може позначатися в тринадцятому-чотирнадцятому знаках.

Історія розвитку науки про забезпечення єдності вимірів може бути простежена не тільки на вдосконалюванні точності й однаковості визначення якоїсь однієї одиниці. Важливим моментом є кількість одиниць фізичних величин, їхнє віднесення до основного або похідним, а також історичний аспект утворення дольних і кратних одиниць.

У міру вдосконалювання фізики й математики з'явилася проблема виміру нового класу фізичних величин. Так при розвитку теорії електрики встало питання - як бути з одиницями електромагнітних величин? З одного боку, новий клас явищ підказував необхідність введення нових одиниць і величин. З іншого боку - був установлений зв'язок між електромагнітними явищами й ефектами механічними - закони Кулона й Био-Савара-Лапласа. Точки зору найбільш авторитетних учених із цього приводу також розділилися. Деякі вважали, що «розгляд (електромагнітних явищ) буде більше плідним, якщо ввести четверту, що не залежить від механічних одиницю» (А. Зоммерфельд). Інші, навпроти, уважали різні прояви властивостей матерії єдиним цілим і були супротивниками введення незалежних електричних величин і одиниць. У результаті в практиці з'явилися системи одиниць фізичних величин, що мають різне число основних, тобто довільно обраних, фізичних величин. Докладно на цьому ми зупинимося в розділі, присвяченому одиницям фізичних величин.

З історичної точки зору цікаво звернути увагу на сформовану практику утворення дольних (більше дрібних) і кратних (більших) одиниць фізичних величин. У цей час ми користуємося в основному десятковою системою рахунку, і діюча міжнародна система одиниць фізичних величин пропонує утворювати дольні й кратні одиниці, помножуючи розмір основної одиниці на множник, кратний десяти. Проте історія знає використання найрізноманітніших множників кратності. Наприклад, сажень як міра довжини рівнялася трьом аршинам, 1 фут рівнявся 12 дюймам, 1 аршин - 16 вершкам, 1 пуд - 40 фунтам, 1 золотник - 96 часткам, 1 верста - 500 сажням і т.д.

Така історично сформована практика утворення дольних і кратних величин виявилася вкрай незручною. Тому при прийнятті міжнародної системи одиниць СВ на цю проблему зверталася особлива увага. По великому рахунку десяткова система виявилася незручною тільки при вирахуванні часу, тому що одиниці однойменної величини різного розміру виявилися кратними 12 (співвідношення року й місяця) і 365,25 (співвідношення року й доби). Ця кратність обумовлена швидкістю обертання Землі й фазами Місяця і є найбільш природною. Подальша заміна кратності в співвідношенні година-хвилина й хвилина-секунда з 60 на кратне 10 уже особливого змісту не мала. З інших часто вживаних фізичних величин і одиниць відступу від десяткової системи збереглося в градусній мері кута, коли окружність ділиться на 360 градусів, а градус на хвилини й секунди.

Роблячи історичний екскурс у метрологію, не слід забувати, що все сказане повною мірою ставиться тільки до країн-учасницям Метричної конвенції. У багатьох країнах дотепер зберігається своя особлива, іноді екзотична система фізичних величин і одиниць. Серед цих країн, як це ні дивно, перебувають Сполучені Штати Америки - сучасна супердержава. Усередині цієї країни дотепер у побуті величини й одиниці старої Англії. Навіть температуру там прийнято вимірювати в градусах Фаренгейта.

У зв'язку з вищевикладеним знайомство із системами одиниць, відмінними від системи СВ, знайомство з різними системами рахунку одиниць при вимірах у цей час носять не тільки пізнавальний характер. При розширенні міжнародних контактів може виявитися так, що знання альтернативних систем величин і одиниць послужить користувачеві добру службу.

При викладі основних моментів, що ставляться до системи СВ й при розгляді окремих видів вимірів ми іноді будемо вертатися до історичних корінь вибору тих або інших фізичних величин. Зараз важливо пам'ятати, що розглянута проблема оптимального вибору фізичних величин і одиниць буде існувати завжди, тому що науково-технічний прогрес постійно надає нові можливості в практиці вимірів. Сьогодні це лазери й синхротронне випромінювання, і завтра, можливо, з'являться нові обрії, що опираються на «теплу надпровідність» або яке-небудь чудове досягнення людської думки.

1. Основні поняття і категорії метрології

Перш ніж розглядати різні методи, що забезпечують єдність вимірів, необхідно визначити основні поняття й категорії. Тому в метрології дуже важливо правильно використовувати терміни, необхідно визначити, що саме мається на увазі під тим або іншою назвою.

Фізична величина. Під цим визначенням мається на увазі властивість, загальне в якісному відношенні багатьом об'єктам, але в кількісному відношенні індивідуальне для кожного об'єкта. Або, випливаючи Леонардові Ейлеру, «величиною називається все, що здатне збільшуватися або зменшуватися, або те, до чого можна щось додати або отчого можна відняти».

Взагалі поняття «величина» багатовидове, тобто стосовне не тільки до фізичних величин, що є об'єктами виміру. До величин можна віднести кількість грошей, ідей і т.п., тому що до цих категорій застосовне визначення величини. Із цієї причини в стандартах (ДЕРЖСТАНДАРТ-3951-47 і ДЕРЖСТАНДАРТ-16263-70) приводиться тільки поняття «фізичної величини», тобто величини, що характеризує властивості фізичних об'єктів. У вимірювальній техніці прикметник «фізична» звичайно опускається.

Одиниця фізичної величини - фізична величина, який по визначенню додане значення, рівне одиниці. Посилаючись ще раз на Леонарда Эйлера: «Неможливо визначити або виміряти одну величину інакше, як прийнявши в якості відомої іншу величину цього ж роду й указавши співвідношення, у якому вона перебуває до неї». Інакше кажучи, для того щоб охарактеризувати яку-небудь фізичну величину, потрібно довільно вибрати як одиниця виміру яку-небудь іншу величину того ж роду.

Міра - носій розміру одиниці фізичної величини, тобто засіб виміру, призначене для відтворення фізичної величини даного розміру. Типовими прикладами мер є гирі, рулетки, лінійки. В інших видах вимірів міри можуть мати вигляд призми, речовини з відомими властивостями й т.д. При розгляді окремих видів виміру ми будемо спеціально зупинятися на проблемі створення мер.

Вимір - пізнавальний процес, що полягає в порівнянні даної величини з відомою величиною, прийнятої за одиницю. Виміру підрозділяють на прямі, непрямі, сукупні й спільні.

Прямі виміри - процес, при якому шукане значення величини знаходять безпосередньо з досвідчених даних. Найпростіші випадки прямих вимірів - виміру довжини лінійкою, температури - термометром, напруги - вольтметром і т.п.

Непрямі виміри - вид виміру, результат яких визначають із прямих вимірів, пов'язаних з вимірюваною величиною відомою залежністю. Наприклад, площа можна виміряти як добуток результатів двох лінійних вимірів координат, об'єм - як результат трьох лінійних вимірів. Так само опір електричного кола або потужність електричного кола можна виміряти за значеннями різниці потенціалів і сили струму.

Сукупні виміри - це виміру, у яких результат знаходять за даними повторних вимірів однієї або декількох однойменних величин при різних сполученнях мір або цих величин. Наприклад, сукупними є виміри, при яких масу окремих гир набору знаходять по відомій масі однієї з них і за результатами прямих порівнянь мас різних сполучень гир.

Спільними вимірами називають вироблені прямі або непрямі виміри двох або декількох величин. Метою таких вимірів є встановлення функціональної залежності між величинами. Наприклад, спільними будуть виміру температури, тиску й об'єму, займаного газом, виміру довжини тіла залежно від температури й т.д.

Засіб виміру - технічний засіб, використовуваний при вимірах і метрологічні характеристики, що мають нормовані. У число засобів вимірів входять міри, вимірювальні прилади, вимірювальні установки, вимірювальні системи й перетворювачі, стандартні зразки складу й властивостей різних речовин і матеріалів. По тимчасових характеристиках виміру підрозділяються на:

- статичні, при яких вимірювана величина залишається незмінної в часі;

- динамічні, у процесі яких вимірювана величина змінюється. По способі вираження результатів виміри підрозділяються на:

абсолютні, які засновані на прямих або непрямих вимірах декількох величин і на використанні констант і в результаті яких виходить абсолютне значення величини у відповідних одиницях;

відносні виміри, які не дозволяють безпосередньо виразити результат в узаконених одиницях, але дозволяють знайти відношення результату виміру до якої-небудь однойменної величини з невідомим у ряді випадків значенням. Наприклад, це може бути відносна вологість, відносний тиск, подовження й т.д.

Основними характеристиками вимірів є: принцип виміру, метод виміру, погрішність, точність, вірогідність і правильність вимірів.

Принцип вимірів - фізичне явище або їхня сукупність, покладені в основу вимірів. Наприклад, маса може бути обмірювана опираючись на гравітацію, а може бути обмірювана на основі інерційних властивостей. Температура може бути обмірювана по тепловому випромінюванню тіла або по її впливі на об'єм якої-небудь рідини в термометрі й т.д.

Метод вимірів - сукупність принципів і засобів вимірів. В у згаданому вище прикладі з виміром температури виміру по тепловому випромінюванню відносять до неконтактного методу термометрії, виміру термометром є контактний метод термометрії.

Погрішність вимірів - різниця між отриманим при вимірі значенням величини і її щирим значенням. Погрішність вимірів пов'язана з недосконалістю методів і засобів вимірів, з недостатнім досвідом спостерігача, зі сторонніми впливами на результат виміру. Докладно причини погрішностей і способи їхнього усунення або мінімізації розглянуті в спеціальній главі, оскільки оцінка й облік погрішностей вимірів є одним з найважливіших розділів метрології.

Точність вимірів - характеристика виміру, що відбиває близькість їхніх результатів до щирого значення вимірюваної величини. Кількісно точність виражається величиною, зворотної модулю відносної погрішності, тобто

(1.1)

де Q - щире значення вимірюваної величини, Д - погрішність виміру, рівна

(1.2)

де Х - результат виміру. Якщо, наприклад, відносна погрішність виміру дорівнює 10-2%, то точність буде дорівнює 104.

Правильність вимірів - якість вимірів, що відбиває близькість до нуля систематичних погрішностей, тобто погрішностей, які залишаються постійними або закономірно змінюються в процесі виміру. Правильність вимірів залежить від того, наскільки вірно (правильно) були обрані методи й засоби вимірів.

Вірогідність вимірів - характеристика якості вимірів, що розділяє всі результати на достовірні й недостовірні в залежності тому, відомі або невідомі імовірнісні характеристики їхніх відхилень від щирих значень відповідних величин. Результати вимірів, вірогідність яких невідома, можуть служити джерелом дезінформації.

При виконанні різних робіт з метрологічного забезпечення вимірів використовуються специфічні категорії, які теж мають потребу у визначенні. Ці категорії наступні:

Атестація - перевірка метрологічних характеристик (погрішності вимірів, точності, вірогідності, правильності) реального засобу виміру.

Сертифікація - перевірка відповідності засобу виміру стандартам даної країни, даної галузі з видачею документа-сертифіката відповідності. При сертифікації крім метрологічних характеристик перевірці підлягають всі пункти, що втримуються в науково-технічній документації на даний засіб виміри. Це можуть бути вимоги по електробезпечності, по екологічній безпеці, по впливі змін кліматичних параметрів. Обов'язковим є наявність методів і засобів перевірки даного засобу виміру.

Перевірка - періодичний контроль погрішностей показань засобів виміру по засобах виміру більше високого класу точності (зразковим приладам або зразковій мері). Як правило, перевірка закінчується видачею свідчення про перевірку або таврування вимірювального приладу.

Градировка - нанесення оцінок на шкалу приладу або одержання залежності показань цифрового індикатора від значення вимірюваної фізичної величини. Часто в технічних вимірах під градировкою розуміють періодичний контроль працездатності приладу по мірах, що не мають метрологічного статусу або по убудованим у прилад спеціальним пристроям. Іноді таку процедуру називають калібруванням і цим словом пишеться на робочій панелі приладу.

Страницы: 1, 2, 3