1) Метод гидростатического взвешивания

2) метод жидкостной пиксометрии; 3) метод суспензии

Закон Архимеда это закон гидростатики и аэростатики, всякое тело помещенное в жидкость или газ действует выталкивающая сила (архимедова)= весу вытеснения телам (жидкости) направленное по вертикали вверх и приложенная к центру тяжести погружённой части тела 

Если вес тела меньше выталкивающей силы, то тело всплывает на поверхность жидкости до тех пор пока без вытесненной погружённый частью тела жидкости не станет равной весу тела

Если вес тела > выталкивающей силы то тело тонет

Если без тела = ей то тело плавает внутри жидкости

1) метод гидростатического взвешивания Сущность метода заключается в сравнении масс одинаковых объемом испытуемого вещества и жидкости известной плотности (дистиллированная вода) называемой рабочей жидкостью Обеспечивает точность измерения плотности до 0,5 %

1-объект измерния;2-ёмкость с рабочей жидкостью; 3-подвеска для установки образца; 4-подставка; 5-рвчажные весы; 6-гири (разновесы)

Для измерения плотности этим методом первоначально определяет массу М1 образца в воздухе с помощью прямых измерений на весах, затем устанавливают подставку сосудом с рабочей жидкостью на столике весов, а измерительный образец с помощью подвески закрепляют на коромысле весов

После этого образец опускают в сосуд с рабочей жидкостью до полного его погружения не касаясь стенок и дна сосуда и следя за тем чтобы на образец не было пузырьков воздуха и проводят взвешивание определяем М2

Если образец всплывает, я-то подвески навешивают доп груз.

Образец снимаются с подвеске опускают в стакан с жидкостью, я при этом подвеска не должна касаться стенок и дна сосуда и производят очередной развешивание определяем М3

По данным взвешиванием массу вычисляемые жидкости известной плотности V=Vобразца

М4=М1-М2-М3

М1-масса образца в воздухе; М2-масса с подвеской в жидкости; М3-масса подвески (с дополнительным грузом если применяется) в жидкости

При этом плотность материала образца

Плотность рабочей жидкости

Высокая точность измерений с использованием данного метода обеспечивается за счёт применения весов

54. Проектирование мви плотности материалов. Измерение плотности материалов методом жидкостной пикнометрии.

Измерения методом жидкостной пикнометрии проводят использую пикнометр. Представляет собой сосуд изготовленный из стекла объем которого известен с большой точностью, такой сосуд имеет узкое горло и глухую пробку для уменьшения испарения рабочей жидкости. Такая конструкция пикнометра позволяет точно заполнить его рабочей жидкостью до метки нанесенной на горлышке. Объем жидкости в этом случае и является обозначенным объемом пикнометра указанным в его паспорте.

Порядок выполнения измерения: пикнометр заполняют дистиллированной водой до метки на горлышке, закрывают пробкой и взвешивают. Масса пикнометра с водой :

; Где - плотность рабочей жидкости при температуре измерения;

- объем сосуда; - масса сосуда. Затем взвешивают образец m=p*V

Образец погружают в пикнометр с водой, а изменение воды удаляют с тем условием, что его уровень совпадал с меткой на горлышке и взвешивают пикнометр с водой и образцом.

Измеренная масса:

Массу вытесненной воды определяют по формуле:

Выражения для искомой плотности

Последняя формула позволяет обеспечить достаточно высокую точность определения искомой плотности, при условии точного заполнения пикнометра рабочей жидкостью до и после помещения в него образца

55. Методы и средства измерений плотности материалов. Измерение плотности материалов методом суспензии (флотационным методом).

Является более чувствительным, но менее удобным в плане его реализации, в этом случае плотность рабочей жидкости, в которую погружен образец должна быть немного меньше плотности материала образца. Чтобы после погружения образец опустился на дно. При этом в качестве рабочей жидкости используют смесь этиловый спирт – вода. После погружения образца в рабочую жидкость в сосуд добавляют воду до тех пор, пока образец не проявит склонность перехода во взвешенное состояние. До тех пор, пока образец не поднимется на 1 см.

В этот момент прекращают подачу воды и завершают процесс. Значение плотности рабочей жидкости, при котором достигнуто такое состояние и принимают за значение p.

56. Методы и средства измерений плотности материалов. Измерение плотности материалов методом газовой пикнометрии.

При измерении плотности тел, а также материалов не допуская смачивания, обычно применяют метод газовой пикнометрии. Метод измерения плотности базируется на использовании газового объемомера. Согласно методу, объем газа при постоянной температуре обратно пропорционален давлению, т.е. по мере возрастания давления, объем газа уменьшается. При любой заданной температуре произведение давления газа на его объем остается неизменным, как при сжатии, так и при расширении. Измерение плотности методом проводят с помощью газового пикнометра, путем перемещения газа из одной камеры в другую.

Д ве схемы реализации

1. впускной кран

2. перепускной кран

3. выпускной кран

4. кювета сравнения

5. кювета образца

6. манометр (датчик давления)

Важным является, то, чтобы в обоих камерах было одинаковое давление до начала исследования и все части имели одинаковую температуру. Первоначально определяется масса образца, затем образец помещают в камеру, при открытии впускного крана камера образца (а типа) или камера сравнения (б типа) заполняется газом под давлением. После этого кран закрывают и измеряют избыточное давление . Затем открывают перепускной кран, позволяя газу заполнить вторую камеру. После чего измеряют новое равновесное давление . Равновесное давление очевидно уменьшается по сравнению с .

Плотность образца А типа:

; - избыточное давление; - объем кюветы сравнения; - масса образца измеренная с помощью весов; - равновесное избыточное давление в кювете сравнения; - объем кюветы образца

Плотность образца Б типа:

- равновесное избыточное давление в кювете образца; - объем кюветы образца

- равновесное избыточное давление в кювете сравнения. Используемый для анализа газ должен быть инертен и не абсорбироваться с материалом образца. Свойства такого газа должны быть максимально близки к свойствам идеального газа. В качестве такого газа используется гелий. Отличительной способностью гелия является возможность его проникновения в малые поры и трещины материала.

57. Методы и средства измерений плотности материалов. Измерение плотности материалов с использованием газового объёмомера.

Реализуется следующим образом

Герметичный сосуд постоянный вместимости падают какой либо газ и проводит измерения абсолютного давления газа После чего сосуд погружают измеряемые образец и снова измеряют абсолютное давление газа, таким образом при изотермическом процессе измерения объёма газа на основе закона Боле-Моретта можно записать следующее выражение для вычисления плотности:

-Масса образца (измерение с помощью весов) -Вместимость сосуда Абсолютное давление газа до погружения образца Абсолютное давление газа после погружения образца в сосуд Погрешность значительно и достигает нескольких процентов так как обеспечить измерение процессов сложно её расчёты ведутся по закону идеального газа

58. Методы и средства измерений температуры. Общие положения. Измерение температуры с использованием термометров расширения.

Принцип действия жидкостных термометров основан на тепловом расширении терможидкости при изменениях температуры. Определение температуры происходит по величине видимого сужения/расширения объема жидкости в трубке. В качестве жидкости применяется ртуть, этиловый спирт и др.

Диапазон измерения температур: -100…+600 С

Недостатки: хрупкость, возможность загрязнения окружающей среды, отсутствует ремонтопригодность.

Жидкостные термометры по конструкции могут быть палочными, со вложенной шкальной пластиной. Исходя из конструкции палочных термометров им можно присвоить тип «корпус-трубка-шкала».

В зависимости от назначения и области применения, жидкостные термометры делятся на лабораторные (0…+500С), технические (-60…+600С), бытовые (-50…+50С), метеорологические (-30…+50).

Основное преимущество – дешевизна и простота реализации.

Принцип действия дилатометрического термометра основан на преобразовании изменения температуры в разность удлинений двух твёрдых тел, обусловленную разностью температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР). Трубка, выполняющая роль чувствительного элемента, погружается в контролируемую среду, температуру, в которой требуется измерение. Это приводит к изменению длины трубки, а длина стержня остаётся постоянной. Это приводит к тому, что рычаг (3) перемещает стрелку относительно шкалы. Диапазон измерения составляет -30…+1000С.

Принцип действия биметаллических термометров основан на зависимости деформации пружины со средой. Пружина связана с осью, на которой закреплена стрелка и состоит из двух прочно соединённых и одинаковых по толщине металлов. Деформация пружины под действием температуры происходит в сторону металла с меньшим ТКЛР, что меняет положение стрелки. В основном используется для измерения температур в бытовых помещениях.

С хема:

Диапазон измерений: -100…+600С

Основная погрешность: 1-3%

Недостатки: требование к индивидуальной градуировке, которая осуществляется путём сравнения с эталоном.

Принцип действия манометрических термометров основан на измерении давления газа или жидкости в замкнутом объеме при нагревании или охлаждении этих веществ.

Термобаллон (1) образует с капиллярной трубкой и манометрической пружиной единую замкнутую систему, заполненную рабочим веществом. Его устанавливают в контролируемую зону, термобаллон – чувствительный элемент.

При изменении температуры меняется давление в замкнутой системе прибора, что приводит к изменению давления на пружину. Она, деформируясь, перемещает с помощью тяги и сектора через зубчатое колесо стрелку относительно шкалы.

Подразделяются на газовые и жидкостные. С их помощью определяют температуру газов, топлива.

Недостаток: трудно поддерживать герметичность системы.

59. Методы и средства измерений температуры. Измерение температуры с использованием термометров сопротивления.

Т акие термометры применяются для измерения температуры-263…+850С. Принцип работы основан на свойстве чувствительного элемента изменять своё электрическое сопротивление в зависимости от температуры. Такие термометры состоят из резистора, кожуха и головки для внешних подключений. Структурная схема:

Одни виды данных термометров состоят из ЧЭ, арматуры, кабеля с соединительными элементами, которые подсоединены к проводникам элемента и служат для подключения к вторичному прибору, представляющего собой усилитель и УОИ. ЧЭ такого термометра сопротивления выполнен из металлической проволоки. Другие виды термометров сопротивления отличаются тем, что их ЧЭ напыляются на подложку (с выводом для крепления соединительных проводов).

По своему назначению подразделяются на эталонные и рабочие, которые подразделяются на лабораторные и технические.

Достоинства: высокая точность, стандартная градуировочная шкала на всём интервале, возможность использования совместно с другими измерительными и вычислительными средствами.

Недостатки: маленький диапазон измерений, дороговизна.

60. Методы и средства измерений температуры. Измерение температуры с использованием термоэлектрических преобразователей (термопар).

Термопара — устройство в виде пары проводников из различных материалов, соединённых на одном конце, использующее термоэлектрический эффект для измерения температуры. Термопары используют для измерения температур в пределах -220…+2200С.

Принцип действия основан на термоэлектрическом эффекте – свойстве разнородных металлов генерировать термоЭДС из-за разницы температур в разных соединениях одной цепи. Термопара – элемент, состоящий из двух электродов, которые отделены друг от друга изоляторами. Термоэлектроды подсоединяются к коробке.

При использовании термопар предъявляют следующие требования: высокий коэфф. термоЭДС, линейная характеристика термоЭДС, благоприятные свойства (малая инерционность), достаточная прочность при высоких температурах, коррозионная стойкость.

Различные сочетания термоэлектродов имеют различное практическое применение. Материалы для термопар делятся на:

1. Термопары из благородных металлов

2. Прочие

Из термопар, изготовленных из благородных металлов, чаще всего используются платинородий-платиновые. (из википедии)

Из прочих применяют медь-константан, железо-константан, нихром-никель.

Достоинства: широкий диапазон, надёжность, дешевизна (кроме платиновых конечно).

Недостатки: на показания влияет эффект Пельтье, показания зависят от температуры контактов, для достижения высокой точности показаний требуется индивидуальная градуировка.

61. Методы и средства измерений температуры. Измерение температуры с использованием пирометров.

В основе измерения температуры с помощью пирометра лежит теоретическое положение, что любая поверхность с t>0К испускает электромагнитное излучение. Измерительные приборы, которые могут измерять температуру по этому излучению – пирометры излучения (радиационные пирометры). Пирометры могут быть оптическими и радиационными (частичного или полного излучения).

Из оптических пирометров чаще всего встречаются пирометры с исчезающей нитью накаливания – простые и точные. При выполнении измерений с их помощью, оператор сравнивает длины волн и спектральную плотность излучения. Излучатель – вольфрамовая нить.

Схема:

1. Лампа

2. Потенциометр

3. Отсчетное устройство

4. Светофильтр

5. Светофильтр

6. Объектив

7. Окуляр

Сравнить обе яркости можно двумя способами:

А) Измерение яркости контрольного излучателя посредством варьирования мощности нагревания нити в широких пределах

Б) Варьированием яркости самого излучателя путём соотв. перемещения серого оптического клин, вследствие чего измеряется его пропускная способность. При этом мощность нагрева нити должна быть строго постоянной.

При достижении одинаковой яркости нить исчезнет на фоне изображения источника измеряемого излучения.

Информативные показатели оптической спектральной температуры объекта: мощность нагрева нити накаливания, величина смещения серого клина. Эту температуру можно определить по специальной градуировочной кривой или по шкале прибора. Входящие в состав светофильтры позволяют обеспечить благоприятную длину волны.

Радиационные пирометры – приборы, которые воспринимают излучение поверхности во всём спектральном диапазоне и преобразуют его в соотв. информативный сигнал. Поскольку линзы и приёмники излучения пропускают не весь диапазон длин волн, в таком пирометре используется ограниченный спектр.

Схема:

1. Т ермопреобразователь

2. Объектив

3. Окуляр

4. Усилитель

5. УОИ

Радиационные пирометры имеют наиболее широкий диапазон измерений и в зависимости от применяемых компонентов такие пирометры могут иметь изм. диапазон -50…+2000C