Учебно-методический комплекс дисциплины «Теплотехнический эксперимент» для специальности «6М071700» — «Теплоэнергетика» (стр. 15 )

Машинным (вычислительным) экспериментом наз. расчёт математической модели явления, построенной на основе науч. гипотезы. Если в основу модели положена строгая теория, то машинный эксперимент оказывается просто расчётом. В тех же случаях, когда система становится настолько сложной, что невозможно учесть все связи, приходится создавать упрощённые модели системы и проводить машинный эксперимент. Он в любом случае не может служить доказательством истинности модели, поскольку в его основу положена гипотеза, которую можно проверить только при сопоставлении результатов моделирования с экспериментами на реальном объекте. Однако роль машинного эксперимента иногда очень важна, ибо в результате можно отбросить заведомо ложные варианты либо сравнить по тем или иным критериям различиям варианты подлежащих исследованию процессов.

Структура автоматизированной системы. Данные об исследуемом объекте от спец. датчиков измеряемых величин поступают в виде электрического сигналов на измерит. аппаратуру, к-рая состоит из след. компонентов: защищённых от помех линий передачи, усилителей, преобразователей аналоговой информации в цифровую и т. д., образующих канал измерения. Передача цифровой информации к ЭВМ происходит через т. н. интерфейс - сопрягающее устройство для соединения различных блоков АС с ЭВМ. Данные в ЭВМ поступают через канал обмена. Обработка данных производится в центр. процессоре, в к-ром имеется устройство, где временно хранятся данные и программы,- т. н. оперативное з а-поминающее устройство. Если скорость работы центр. процессора или ёмкость запоминающего устройства не позволяют полностью обработать данные, они передаются в долговременную память ЭВМ или в др. ЭВМ с большей производительностью. Если обработанные центр. процессором данные и команды управления передаются на измерит. аппаратуру, можно получить автоматическое управление экспериментом

Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала данной лекции:

системы автоматизации экспериментальных исследований.

Вопросы для самоконтроля

1 На чем основаны принципы построения систем автоматизации экспериментальных исследований?

2 Как осуществляется алгоритмизация задач сбора и обработки измерительной информации?

Рекомендуемая литература

Краткий справочник по теплотехническим измерениям. -  М.: Энергоатомиздат,1990. – 320 с.

Теплотехнические измерения  и приборы. – М.: Энергия, 1978. – 704 с. 

Тепло – и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник. Под общей ред. и . – М.: издательство МЭИ, 2007. – 564 с.

Электронная энциклопедия энергетики.

Модуль 3. Основы планирования эксперимента

Лекция 13

(1 час; 15 неделя)

Тема. Метрологическое обеспечение экспериментальных 

исследований

Вопросы

1 Передача размера единиц от эталона к образцовым рабочим средствам измерений.

2 Градуировка и поверка средств измерений.

3 Метрологическое обеспечение средств измерения температуры, давления, расхода, уровня, физико-химических свойств веществ, анализаторов качества и средств измерений состава и концентрации веществ.

4 Метрологическая аттестация средств измерений. 

В современном обществе метрология как наука и область практической деятельности играют большую роль. Это связано с тем, что практически нет ни одной сферы человеческой деятельности, где бы не использовались результаты измерений. Измерения являются неотъемлемой частью большинства трудовых процессов. Затраты на обеспечение и проведение измерений составляют около 20 % от общих затрат на производство продукции.

Под метрологическим обеспечением понимается установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм. необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений.

Измерения физических величин, характеризующих состав веществ и материалов, характерны тем, что образцовые средства измерений и эталоны должны опираться на основную «химическую» единицу - моль. Поскольку эталон моля в настоящее время не реализован, в физико-химических измерениях не используется традиционный для других видов измерения способ обеспечения единства измерений с построением подробной поверочной схемы. Специфика измерений состава веществ и материалов заставляет основным методом обеспечения единства измерений выбрать использование стандартных образцов материалов и использование стандартных справочных данных о свойствах чистых веществ, их смесей, сплавов и т. д.

В измерениях влажности для градуировки и калибровки гигрометров используются либо термодинамические свойства воды, либо различного рода генераторы паровоздушных или парогазовых смесей, параметры которых также определяются термодинамическими свойствами воды. Стандартные справочные данные позволяют вычислять разнообразные характеристики влажности.

Специфическим средством обеспечения единства измерений в гигрометрии являются генераторы относительной или абсолютной влажности. Существует несколько типов генераторов влажного газа: генераторы, работающие по методу двух температур, по методу двух давлений и по методу двух расходов. Во всех типах генераторов изначально создается насыщенный пар при известной температуре. Содержание воды определяется по уравнению упругости. Далее, в генераторе по двум температурам парогазовая смесь направляется в объем, температура которого выше, чем та, при которой проводилось насыщение парогазовой смеси. В генераторе по двум давлениям измеряется давление в камере насыщения, где относительная влажность равна 100 %, и давление в рабочей камере, отличающееся от давления в камере насыщения. Далее, используя газовые законы и считая, что абсолютное количество влаги в генераторе неизменно, вычисляется относительная влажность газа. В этом методе кроме уравнения упругости насыщенных паров необходимо пользоваться стандартными справочными данными о коэффициентах сжимаемости водяного пара, характеризующих степень не идеальности парогазовой смеси.

Генераторы влажного газа по двум расходам представляют собой два воздушных или газовых потока, один из которых насыщается влагой до значения относительной влажности, близкой к 100%. Второй газовый поток тщательно осушается пропусканием через селикагель или ловушку с пентаксидом (пятиокись фосфора). Относительная влажность ц, %, рассчитывается в соответствии с соотношением:

(1)

где Qвл – расход влажного газа;

Qсух – расход сухого газа.

В обеспечении единства измерений жидких сред и твердых образцов основным средством измерения являются стандартные образцы состава. Для металлов и сплавов это болванки диаметром в несколько сантиметров, изготовленные по технологиям, обеспечивающим однородность состава по всему образцу. При плавке образцов в цилиндрических печах неоднородности концентрируются по оси цилиндра. По этой причине при анализе не рекомендуют использовать центральные участки болванки. Некоторые производители высверливают в стандартном образце центральные зоны, где состав может отличаться от состава остальных частей болванки.

Стандартные образцы жидких сред также приготавливаются специально и хранятся либо в герметичной посуде, либо запаиваются в ампулы. Главным моментом в создании стандартных образцов жидких сред является обеспечение стабильности состава. Для этого нужно подбирать такие смеси, в которых не шли бы химические реакции, не было бы фотолиза, не выпадал бы осадок. Специальные центры и лаборатории во многих странах мира занимаются исследованием и приготовлением стандартных образцов самого широкого назначения.

После изготовления стандартные образцы состава жидких сред или твердых образцов рассылаются в несколько аналитических лабораторий для аттестации. Затем результаты собираются воедино и сравниваются. При отсутствии значительных расхождений составляется паспорт стандартного образца, ему присваивается номер, а состав фиксируется в государственных реестрах стандартных образцов. При наличии расхождений в анализах различных лабораторий собирается согласительная комиссия, которая определяет наиболее надежные результаты аттестации стандартного образца. В Госреестр такой образец заносится только после соответствующей экспертизы.

Под метрологической аттестацией средства измерений понимают признание этого СИ узаконенным для применения. С этой целью согласно ГОСТ проводится экспертиза, в ходе которой тщательно исследуются метрологические свойства этого средства измерения.

Метрологическая аттестация может применяться к:

СИ, которые не подлежат государственным испытаниям; опытным образцам; измерительным приборам, которые выпускаются или ввозятся из-за границы либо единичными экземплярами, либо небольшими партиями; измерительным системам и их каналам.

Основные задачи метрологической аттестации

К основным задачам, преследуемым в рамках проведения такой аттестации, относятся:

определение метрологических характеристик СИ и установление их соответствия/несоответствия нормативным требованиям; установление тех из метрологических характеристик (МХ), которые подлежат контролю в процессе поверки этого СИ; опробование методики поверки.

Итог экспертизы СИ оформляется протоколом определенной формы. Если результаты положительные, то на средство измерений выдается установленной формы свидетельство о метрологической аттестации с указанием МХ.

Разновидности

Различают метрологическую аттестацию: первичную; периодическую; повторную.

При первичной аттестации средства измерения устанавливается:

возможность воспроизведения им факторов и режимов функционирования при проведении измерений в отношении конкретной продукции;

отклонение измерительных параметров от нормированных значений;

обеспечена ли безопасность персонала при проведении измерений посредством этого СИ и отсутствует ли вредное воздействие на окружающую среду;

комплекс тех метрологических характеристик СИ, которые необходимо проверять при периодической аттестации, в том числе посредством каких методов, средств и с какой периодичностью она должна проводиться.