131961_presentation4

» Измерения избыточного давления (необходимы в
энергетической, нефте-газо-химической и ряде других
отраслей).
» Измерения разности давлений (при определении
расхода и регулировании потоков жидких и
газообразных).
» Среднее абсолютное давление (измеряют в
метеорологии, авиации и т.д.).
» Низкие абсолютные давления от 103 Па и ниже
(область вакуумметрии).
Государственный первичный эталон единицы
давления для области постоянных избыточных
давлений
Создан на основе комплекса грузопоршневых
манометров и воспроизводит единицу
давления в диапазоне 0,05–10 МПа со средним
квадратическим отклонением результата
измерений (СКО), не превышающим 310-6, и
неисключенной систематической погрешности
(НСП), не превышающей 2  10-5.
Государственный специальный эталон (ГСЭ) единицы давления
для разности давлений ГЭТ 95-75, в составе которого комплекс
микроманометров:
 микроманометр весовой колокольный, основанный на
принципе уравновешивания действия давлений на
колокола, подвешенные к чашкам равноплечих весов,
воспроизводит единицы давления в диапазоне 0,1–
1102 Па, СКО  0,05 Па, НСП  0,05 Па;
 микроманометр компенсационный со штриховой мерой,
основанный на уравновешивании действия давления
столбом жидкости, с диапазоном 50–5103 Па,
СКО  0,08Па, НСП  0,3 Па;
 микроманометр грузопоршневой с нецилиндрическим поршнем
на газовой смазке, основанный на принципе динамического
взаимодействия тела и потока воздуха, с диапазоном 103–4104 Па,
СКО  0,4 Па, НСП  0,8 Па;
 средство передачи размера единицы давления с диапазоном
измерений 20–1,6104 Па, СКО  0,05–0,4 Па.
ГСЭ единицы давления для области низких абсолютных давлений
ГЭТ 49-80, созданный на основе мембранно-емкостных вакуумметров,
воспроизводит единицу давления в диапазоне 10-3–103 Па,
СКО  0,310-2, НСП  0,310-2.Эталон состоит из комплекса следующих
СИ:
» - мембранно-емкостной вакуумметр, с диапазоном измерений 103-103 Па;
» - мембранно-емкостной вакуумметр "Баратрон" с диапазоном
измерений 10-3-103 Па;
» - специальная аппаратура для создания и поддержания давления
» ГСЭ единицы давления для области высоких избыточных
давлений ГЭТ 43-73, созданный на основе трех грузопоршневых
манометров с измерительным мультипликатором, воспроизводит
единицу давления в диапазоне 250–1500 МПа, СКО  410-5 Па,
НСП  210-4 Па.
Общий вид ГПЭ единицы давления ГЭТ 23-79
ГПЭ единицы давления для области избыточных давлений
ГЭТ 23-79 состоит из комплекса следующих средств измерений :
 грузопоршневые манометры №№ 11, 16, 25 с номинальным
значением приведенной площади поршня 20 см2 ( 50,5 мм),
воспроизводящие единицу давления в диапазоне 0,05–0,5 МПа,
поршни и цилиндры изготовлены из нержавеющей стали
38ХМЮА;
 грузопоршневые манометры №№ 5, 8, 10 с номинальным
значением приведенной площади поршня 5 см2 ( 25,2 мм),
воспроизводящие единицу давления в диапазоне 0,3–3,0 МПа,
поршни и цилиндры изготовлены из твердого сплава ВК-6М;
 грузопоршневые манометры №№ 1, 9, 13 с номинальным
значением приведенной площади поршня 1,5 см2 ( 13,2 мм),
воспроизводящие единицу давления в диапазоне 1–10 МПа,
поршни и цилиндры изготовлены из твердого сплава ВК-10М;
 набор гирь класса точности 2,0 с номинальными значениями от
0,000005 до 0,5 кг;
 набор специальных грузов с номинальными значениями от 0,5 до
5 кг, определенными с погрешностью не более ;
 аппаратура для создания и поддержания гидростатического
давления и передачи размера единицы давления.
Эталон-копия ВЭТ 23-1-83
Представляет собой комплекс, включающий следующие средства
измерений:
 три грузопоршневых манометра с номинальными значениями
приведенной площади поршня 20 см2, 5 см 2 и 1,5 см 2
соответственно с диапазонами измерений 0,05–0,5 МПа, 0,3–
3 МПа и 1–10 МПа;
 набор гирь класса точности 2 с номинальными значениями от
0,000005 до 0,5 кг;
 набор специальных грузов с номинальными значениями от 0,5
до 5 кг;
 аппаратура для создания и поддержания гидростатического
давления и передачи размера единицы давления.
Вторичные эталоны
 Средние квадратические отклонения результата поверки
эталона-копии с государственным первичным эталоном
единицы давления не должны превышать 6ּ10-6.
 Эталон-копию применяют для передачи размера единицыдавления рабочим эталонам (образцовым средствам
измерений) 1-го разряда классов точности 0,01 или 0,02
методом непосредственного сличения (гидростатическим
уравновешиванием).
 В качестве рабочих эталонов применяют наборы из
грузопоршневых манометров и отдельные грузопоршневые
манометры с диапазонами измерений 0,04–0,6; 0,1–6; 2,5–25;
1,25–60 МПа и грузопоршневые вакуумметры с верхним
пределом измерений до минус 100 кПа.
 Средние квадратические отклонения результата поверки
рабочих эталонов не должны превышать 2ּ10-5.
Эталонные (образцовые) средства измерений
 В качестве эталонных (образцовых) средств измерений 1-го разряда
применяют грузопоршневые вакуумметры с верхними пределами измерений
до минус 100 кПа (до минус 735 мм рт. ст.), грузопоршневые манометры с
верхними пределами измерений от 0,25 до 250 МПа (от 2,5 до 2500 кгс/см2) и
деформационные измерительные преобразователи давления с верхними
пределами измерений от 0,004 до 60 МПа (от 0,04 до 600 кгс/см2).
 Классы точности эталонных (образцовых) средств измерений 1-го разряда –
0,01 и 0,02.
Пределы допускаемых основных погрешностей эталонных (образцовых)
средств измерений 1-го разряда – 0,01 и 0,02 %.
 Эталонные (образцовые) средства измерений 1-го разряда применяют для
поверки эталонных (образцовых) грузопоршневых вакуумметров,
мановакуумметров и манометров 2-го разряда, эталонных (образцовых)
деформационных вакуумметров и манометров 3-го разряда класса точности
0,15, эталонных (образцовых) деформационных измерительных
преобразователей давления 2 и 3-го разрядов классов точности 0,1 и 0,15
непосредственным сличением.
 В качестве эталонных (образцовых) средств измерений 2-го разряда
применяют грузопоршневые вакуумметры с верхними пределами измерений до
минус 100 кПа (до минус 735 мм рт. ст.), грузопоршневые мановакуумметры с
диапазоном измерений от минус 100 до 250 кПа (от минус 1 до 2,5 кгс/см2),
грузопоршневые манометры с верхними пределами измерений от 0,25 до
250 МПа (от 2,5 до 2500 кгс/см2) и деформационные измерительные
преобразователи давления с верхними пределами измерений от 0,004 до
60 МПа (от 0,04 до 600 кгс/см2).
 Классы точности эталонных (образцовых) средств измерений 2-го разряда – 0,05
и 0,06.
Пределы допускаемых основных погрешностей эталонных (образцовых) средств
измерений 2-го разряда 0,05 и 0,06 %.
 Эталонные (образцовые) средства измерений 2-го разряда применяют для
поверки эталонных (образцовых) грузопоршневых манометров 3-го разряда
класса точности 0,2, эталонных (образцовых) деформационных вакуумметров и
манометров 3-го разряда класса точности 0,25, эталонных (образцовых)
измерительных преобразователей давления 3-го разряда классов точности 0,2 и
0,25, эталонных (образцовых) деформационных вакуумметров и манометров 4го разряда класса точности 0,4, рабочих деформационных вакуумметров классов
точности 0,4 и 0,5, рабочих деформационных мановакуумметров класса
точности 0,5, рабочих деформационных манометров классов точности 0,25; 0,4;
0,5 и рабочих ртутных мановакуумметров непосредственным сличением.
o В качестве эталонных (образцовых) средств измерений 3-го разряда
применяют деформационные вакуумметры с верхними пределами измерений
до минус 100 кПа (до минус 735 мм рт. ст.), грузопоршневые манометры с
верхними пределами измерений от 0,04 до 250 МПа (от 0,4 до 2500 кгс/см2),
деформационные манометры с верхними пределами измерений от 0,1 до
60 МПа (от 1 до 600 кгс/см2) и измерительные преобразователи давления с
верхними пределами измерений от 0,004 до 60 МПа (от 0,04 до 600 кгс/см2).
o Классы точности эталонных (образцовых) средств измерений 3-го разряда – 0,1;
0,15; 0,2 и 0,25.
Пределы допускаемых основных погрешностей эталонных (образцовых) средств
измерений 3-го разряда – 0,1; 0,15; 0,2 и 0,25 %.
o Эталонные (образцовые) средства измерений 3-го разряда применяют для
поверки эталонных (образцовых) деформационных вакуумметров и манометров
4-го разряда классов точности 0,6 и 1,0, рабочих деформационных вакуумметров
классов точности 0,6; 1,0; 1,5, рабочих деформационных мановакуумметров
классов точности 0,6; 1,0 и 1,5, рабочих ртутных мановакуумметров, рабочих
деформационных манометров классов точности 0,6; 1,0 и 1,5 и рабочих
измерительных преобразователей давления классов точности 0,4; 0,5; 0,6; 1,0 и
1,5 непосредственным сличением.
o Соотношение пределов допускаемых основных погрешностей эталонных
(образцовых) средств измерений 2 и 3-го разрядов должно быть не более 1:4.




В качестве эталонных (образцовых) средств измерений 4-го разряда
применяют деформационные вакуумметры с верхними пределами измерений до
минус 100 кПа (до минус 735 мм рт. ст.) и деформационные манометры с
верхними пределами измерений от 0,1 до 250 МПа (от 1 до 2500 кгс/см2).
Классы точности эталонных (образцовых) средств измерений 4-го разряда – 0,4;
0,6 и 1,0.
Пределы допускаемых основных погрешностей эталонных (образцовых) средств
измерений 4-го разряда – 0,4; 0,6 и 1 %.
Эталонные (образцовые) средства измерений 4-го разряда применяют для
поверки рабочих деформационных вакуумметров классов точности 1,6; 2,5 и 4,0,
рабочих деформационных мановакуумметров классов точности 1,6; 2,5 и 4,0,
рабочих деформационных манометров классов точности 1,6; 2,5; 4,0 и 6,0 и
рабочих ртутных мановакуумметров непосредственным сличением.
Соотношение пределов допускаемых основных погрешностей эталонных
(образцовых) средств измерений 3 и 4-го разрядов должно быть не более 1:4.
Государственный специальный
эталон единицы давления для
разности давлений
» Это средства измерения давления с верхним пределом
измерений до 40 кПа.
» Применяются для контроля и регулирования расхода газов
и жидкостей в различных отраслях промышленности и
научных исследованиях.
•
Размер
единицы
давления
микроманометрам
передается
от
государственного
специального
эталона
(ГСЭ) единицы давления
Жидкостный чашечный микроманометр
с наклонной трубкой типа ММН.
1.
Микроманометр весовой колокольный
•
диапазон воспроизведения единицы давления 0,1-1102 Па;
•
СКО не более 0,05 Па;
•
НСП не более 0,05 Па;
2. Микроманометр компенсационный со штриховой мерой
•
диапазон измерений 50-5103 Па;
•
СКО не более 0,08 Па;
•
НСП не более 0,3 Па;
3. Микроманометр грузопоршневой с нецилиндрическим поршнем на
газовой смазке
•
диапазон измерений 103-4104 Па;
•
СКО не более 0,4 Па;
•
НСП не более 0,8 Па;
4. Средство передачи размера единицы давления
•
диапазоном измерения 20-1,6104 Па;
•
СКО не более 0,05-0,4 Па;
» Принцип
работы
МВК
–
уравновешивание
действия
давления на колокола, которые –
подвешены к чашкам равноплечных
весов и опущены в ванну с рабочей
жидкостью (спиртом по ГОСТ
18300-87).
•
Цилиндры колоколов выполнены из нержавеющей
стали, качество поверхностей не ниже 12 класса
шероховатости.
•
Колокола подвешены на стальной проволоке диаметром
0,3 мм и имеют устройство для регулировки точки
подвески, для достижения вертикальности
»
Благодаря стеклянным крышкам колоколов, герметично
приклеенным к цилиндрам, можно наблюдать процесс
конденсации паров и образования капель.
»
Измерения в этом случае прекращают и следы конденсации
паров удаляют путем продувания воздухом.
»
Высокая точность изготовления одинаковых парных
колоколов
2
(Ø 1 мкм) и большая площадь ванны, равная 1 м , позволяют не
учитывать влияния гидростатических сил, действующих на
стенки колоколов.
»
Номинальное значение
колоколов равно 50 см2.
»
Действительная площадь внутренних сечений колоколов
рассчитывалась по внутренним диаметрам, размеры которых
были определены в лаборатории линейных измерений ВНИИМ
им. Д.И.Менделеева.
площади
поперечного
сечения
• В общем случае выражается формулой
 m1 g m2 g    в 
  1  
p1  p2  

F2  

 F1
p1, p2 – давления, подводимые к левому и правому колоколу;
m1, m2 – массы гирь на левой и правой чашках весов;
g – ускорение свободного падения;
F1, F2 – площади внутреннего сечения левого и правого
колоколов;
в – плотность воздуха;
 – плотность материала грузов.
» Принцип действия – уравновешивание
давления столбом жидкости.
» Микроманометр состоит из двух сосудов,
соединенных гибким трубопроводом. Один
неподвижный, а другой с помощью
электромеханического привода передвигается
в пределах 0,5 м.
» Погрешность
отсчета
установки
подвижного сосуда на заданную высоту по
штриховой мере составляет ±1 мкм.
•
Оптическая система микроманометра позволяет производить контроль
нулевого положения уровня жидкости в неподвижном сосуде с
погрешностью ±1 мкм.
•
Оба сосуда, а также гибкий трубопровод снабжены
термостатирующими кожухами, которые соединены с водяным
термостатом. Такая конструкция позволяет уменьшить влияние
температуры в процессе воспроизведения единицы давления.
• Для контроля и учета температуры был разработан, изготовлен и
внедрен прецизионный многоканальный измеритель температуры
(6 каналов, погрешность измерений температуры в диапазоне 1030 С составляет не более 0,1 С).
• Рабочей жидкостью микроманометра является дистиллированная
вода.
В общем случае имеет вид
p1  p2  ghρ1  ρ 2   1  αt  20
p1 и p2 – давления, подаваемые в неподвижный и подвижный
сосуды;
1, 2 – плотность дистиллированной воды и воздуха при
температуре измерения;
h – высота подъема подвижного сосуда, отсчитанная по
штриховой мере;
– коэффициент линейного расширения меры;
t – температура штриховой меры.
»
Микроманометр МКШ применяется при передаче размера
единицы давления в области измерений разности давления
наиболее часто по сравнению с другими микроманометрами,
входящими в состав эталона ГЭТ 95-75.
»
От МКШ размер единицы давления передается десяти из 12
вторичных эталонов, которые применяются в России и странах
СНГ.
10
2
»
Выявлена в опыте эксплуатации микроманометров
МКШ, входивших в состав эталона ГЭТ 95-75, в период
с 1975 по 1990 гг.
»
Одна
из
составляющих
погрешности
измерения
пропорциональна величине l  tg , где l – расстояние между
вертикальными осями подвижного и неподвижного сосудов,  –
угол наклона штриховой меры микроманометра от вертикальной
оси.
»
. Создан в начале 90-х годов
в результате работ по
совершенствованию
микроманометров типа
МКШ.
»
Имеет оригинальную
конструкцию: оси
подвижного и неподвижного
сосудов были совмещены
»
СКО и НСП не более 0.08 Па и 0.3 Па.
»
Высокий
метрологический
уровень
(составляющая
погрешности – стабильность во времени воспроизведения
единицы давления для разности давлений в диапазоне 50–
5·103 Па исключена так как оси в МКШ-М совмещены).
»
Не требуют трудоемких операций по предварительной
настройке и установке, а также контроля своего положения
после каждой серии измерений.
»
Превосходят зарубежные аналоги.
»
Один из вновь созданных МКШ-М №1 в 1997 г. введен в состав
эталона ГЭТ 95-75 вместо МКШ.
»
Принцип действия – динамическое
взаимодействие тела и потока
воздуха.
»
Разработан
и
создан
под
руководством канд. техн. наук С.М.
Кессельман (сотрудницы ВНИИМС)
и введен в состав ГЭТ 95-75 в
1997 г. вместо грузопоршневого
микроманометра.
»
Измеряемое давление, действующее
через газ на поршень манометра
уравновешивается весом поршня и
набора калиброванных грузов.
»
Пространство под поршнем заполнено специальным
газом, который под давлением поступает в зазор между
поршнем и цилиндром и обеспечивает смазку трущихся
пов-стей.
»
В специальной камере в которой расположен прибор
поддерживается постоянное давление воздуха 15 Мпа.
» В общем случае имеет вид

 Pб

3
P  Pн 1   20  t 1  10 
 1

 760 
» Рн – номинальное
давление, Па;
» Рб – давление окружающей
среды, мм. рт. ст.;
» T – температура
окружающей среды, С;
• С 1997 г. эталон ГЭТ 95-75 практически полностью
обновился за счет включения в его состав микроманометров
новых конструкций МКШ-М и МГЦП – взамен устаревших.
• Точность воспроизведения единицы давления в диапазоне
50-5000 Па микроманометром МКШ-М фактически более чем
в 2 раза выше заявляемой.
• Эталон ГЭТ 95-75 по своим метрологическим
характеристикам полностью удовлетворяет потребности
отечественной
промышленности
в
области
микроманометрии
» Подтверждают
метрологические
характеристики
национальных эталонов, в т.ч. Микроманометров эталона
ГЭТ 95-75.
» Сличения национальных эталонов России и Германии в
диапазоне 20-1600 Па проводились в рамках проекта КООМЕТ
19/RU/92 совместно со специалистами ВНИИМС.
» Систематическое расхождение между эталонами до 100 Па
не превышало 0,02 Па, в диапазоне 100-1600 Па – 0,066 Па,
что находится в пределах НСП сличаемых эталонов.
» Результаты проведенных сличений свидетельствуют о
согласованности размера единицы давления в диапазоне 201600 Па в России и Германии.
» В настоящее время проводятся ключевые сличения эталона
ГЭТ 95-75 в диапазоне 100-5000 Па в рамках проекта КООМЕТ.
М.Р.–К14.
»
это эталоны, получающие размер единицы непосредственно от
первичного эталона данной единицы. К ним относятся:
»
рабочие эталоны — эталоны, предназначенные для передачи
размера единицы рабочим средствам измерений, в том числе и
эталонным средствам измерений.
»
В
качестве
рабочих
эталонов
применяют
переносные
микроманометры с диапазоном измерений 1·102 – 4·103 Па (10–
4·102 кгс/м2)
»
СКО должны быть не более 0,1 Па.
»
Рабочие эталоны применяют для поверки эталонных (образцовых)
средств измерений 1-го разряда непосредственным сличением.
»
применяют для поверки эталонных (образцовых)
средств измерений 2-го разряда непосредственным
сличением.
»
применяют микроманометры с диапазоном измерений
–
–
»
1·102–4·103 Па (10–4·102 кгс/м2);
1·103–4·104 Па (1·102–4·103 кгс/м2).
Класс точности эталонных (образцовых) средств
измерений 1-го разряда – 0,01.
»
»
применяют для поверки рабочих
непосредственным сличением.
средств
измерений
применяют микроманометры с диапазонами измерений
˃
2–1·102 Па (0,2–10 кгс/м2);
˃
40–4·104 Па (4–4·103 кгс/м2);
˃
2–2,5·103 Па (0,2–2,5·102 кгс/м2).
»
классы точности эталонных
измерений 2-го разряда – 0,02–0,16.
»
соотношение погрешностей эталонных (образцовых) средств
измерений 1 и 2-го разрядов при одном и том же значении
давления должно быть не более 1:2
(образцовых)
средств
»
применяются для практических измерений при
исследованиях, в производстве, торговле и др. областях.
научных
»
Классы точности рабочих средств измерений – 0.06–4.0.
»
Соотношение погрешностей эталонных (образцовых) и рабочих
средств измерений при одном и том же значении давления должно
быть не более 1:3.
1.
2
2
микроманометры
с
диапазоном
2–1·10
Па
(0,2–10
кгс/м
) и 2–
3
2
2
2,4·10 Па (0,2–2,4·10 кгс/м ) с наклонной трубкой.
2.
микроманометры
с диапазонами
1–2,5·103 Па (0,1–2,5·102 кгс/м2) и 2–
3
2
2
2,5·10 Па (0,2–2,5·10 кгс/м ) с микрометрическим винтом.
3.
напоромеры.
4.
тягомеры.
5.
тягонапоромеры 2и дифференциальные
манометры
4
пределами от 4·10 до 4·10 Па (от 40 до 4·103 кгс/м2).
6.
дифференциальные
манометры-расходомеры
и 4 манометрыперепадомеры
с верхними пределами от 10 до 2,5·10 Па (от 1 до
3
2
2,5·10 кгс/м ).
7.
4
манометры
избыточного
давления
с
верхними
пределами
до
4·10
Па
3
2
(до 4·10 кгс/м ).
с
верхними
» Плотность - масса вещества, отнесенная к занимаемому им
объему. Она определяет их качественные показатели.
» Диапазон плотностей веществ и сред, от 10-2 кг/м3 для
межзвездной среды до 1020 кг/м3 для нейтронных звезд. На
Земле диапазон плотностей: от 0,1 кг/м3 для газов и до
23·10 3кг/м3 – для металлов платиновой группы.
» На практике наиболее востребованной промышленностью
и сельским хозяйством стала плотность жидкостей в
диапазоне от 650 до 2000 кг/м3.
» Государственный первичный эталон (ГПЭ)
единицы плотности ГЭТ 18-71 стоит во главе
ГПС для средств измерений плотности,
которая регламентирует методы передачи
размера единицы плотности и погрешности
образцовых и рабочих ареометров и
денсиметров различного назначения .
» метод воспроизведения единицы плотности, основан
на использовании плотности дважды
дистиллированной воды и прямых измерениях массы
твердого тела в воздухе и воде, входящих в уравнение
измерений.
» Погрешность метода определяется погрешностью
определения плотности воды и погрешностью
взвешивания.
» Относительная погрешность определения плотности
воды составляет около 2·10⁻⁶
» Для воспроизведения единицы плотности служит
набор эталонных стеклянных поплавков и сфера из
ситалла квази - правильной геометрической формы.
» Эталонной сфера из ситалла с
минимальным температурным
коэффициентом линейного расширения
(ТКЛР) позволяет иметь возимый эталон
сравнения, обеспечивающий возможность
его участия в международных сличениях c
учетом того, что характеристики эталонной
сферы соответствуют лучшим зарубежным
аналогам.
» Основные характеристики эталонной сферы
Масса,кг
Объем,
м3
Ср.
диаметр,
м
несферич
ность
ТКЛР,
0С-1
0,948 893 02
0,386 756 1
9,03954.10-2
2.10-5
1.10-8
эталонный поплавок
эталонная сфера из
ситалла
эталонные весов 1го класса модели
XP–2004
электромеханическое
устройство для снятия
и установки
эталонной сферы на
весах
система
двухступенчатого
термостатирования
измерительного
цилиндра с
дистиллированной
водой
» на основании прямых многократных измерений
его массы и «кажущейся массы» в воде, входящих
в уравнение измерений:
m
p  p wt 
m  mW
где –р плотность эталонного поплавка; р –
плотность воды при температуре ;m – масса
поплавка; mw – результат измерений массы
поплавка в воде; pwt – «кажущаяся масса»
поплавка в воде.
» Значение плотности воды берут из таблиц
ГСССД 2-89.
» Массу поплавка определяют на
электронных лабораторных весах класса
точности 1 по ГОСТ 24104-88.
m  C  X  eV
» значение «кажущейся массы» поплавка в
воде – на эталонных гидростатических
весах, входящих в состав эталона по
формулам:
mw  C  mГ  V
С  (1 
e
)
pГ
m  C  X  eV
mw  C  mГ  V
С  (1 
e
)
pГ
» mГ – масса гирь, уравновешивающая массу
эталонного поплавка;
» X – плотность воздуха; – показания электронных
весов;
» ΔX – разность показаний механических весов при
взвешивании эталонной меры и эталонных гирь;
» V – значение объема эталонной меры плотности;
» pГ – плотность материала гирь.
» Плотность воздуха определяют по формуле:
3
( H   h)
E0
8
e

(1    t )
1013,33
» E0– плотность сухого воздуха при температуре 0
оС и атмосферном давлении 1013,33 ГПа;
E0 =0,00129305 г/см 3
» t – температура окружающего воздуха;
» β – коэффициент температурного объемного
расширения воздуха; β= 0,00367 1/оС.
» H– атмосферное давление в ГПа;
» h– упругость водяных паров в ГПа.
Диапазон измерений плотности,
перекрываемый ГПС от 0,5 до 23000 кг/м3,
охватывая газы, жидкости и твердые тела.
Погрешность РСИ плотности также меняется в
широких пределах: от 1.10-3 до 20 кг/м3.
Поверочная схема охватывает не только
существующий в настоящее время парк РСИ
плотности, но и учитывает перспективы его
развития. В нее включены автоматические
плотномеры жидкости и газов, стандартные
образцы плотности жидкости.
» В соответствии с ГПС размер единицы
плотности передается РСИ (рабочим
средствам измерений от ГПЭ через
вторичные (ВЭ) и рабочие эталоны 1-го
разряда.
Вторичные эталоны
наборы тел
цилиндрической
формы, изготовленные
из монокристалла
кремния
наборы стеклянных
поплавков (в
диапазоне измерений
от 650 до 2000 кг/м3)
 ГСССД 2-89 «Вода, плотность при атмосферном давлении и
температурах 0…100 оС»;
 ГОСТ 6709- 72 «Вода дистиллированная. Технические условия»;
 ГОСТ 22524-77 «Пикнометры стеклянные. Технические
условия»;
 ГОСТ 3900-85 «Нефть и нефтепродукты. Методы определения
плотности»;
 МИ 2153-91 «ГСИ. Рекомендация. Плотность нефти при учетнорасчетных операциях. Методика выполнения измерений
ареометром»;
 МИ 2326-95 «ГСИ. Датчики плотности жидкости вибрационные
поточные фирмы Шлюмберже. Методика поверки».
Плотность жидкости определяют на основе
результата взвешивания полностью
погружённой в жидкость эталонной меры
плотности с известными массой и объёмом.
Результат взвешивания входит в формулу
расчёта плотности жидкости:
ρпж = (Мп –Рпж)/Vп, кг/м3
ρпж – плотность поверочной жидкости, кг/м3;
Рпж – результат взвешивания эталонной меры
плотности в поверочной жидкости, кг;
 Мп – масса эталонной меры плотности, кг;
Vп – объём эталонной меры плотности при
20ºС, м3.
Вибрационные
плотномеры
Ареометры
» Прибор, который служит для определения
плотности, а следовательно и удельного веса
тел;
» Устройство Ареометра основано на
гидростатическом законе (Архимедов закон);
» Принцип действия: Измеряется собственная
частота колебаний U-образной измерительной
трубки, вызываемых электромагнитным
генератором.
» Затем трубка заполняется исследуемым
веществом, частота колебаний изменяется в
зависимости от массы (плотности) исследуемого
вещества.
» Преимуществом таких приборов является
хорошая воспроизводимость результата
измерений и маленький объем пробы жидкости
(до 3 мл), подлежащей тестированию.
» Для исключения влияния температуры на
результат измерения измерительная трубка
термостатирована.
» Вязкость
является
важнейшим
свойством
текучих
сред,
определяющим их качество, возможность переработки и
транспортирования.
» Диапазоны вязкости приборов лежат в пределах от 1,0 до 1·106 мПа·с
и более.
» Государственный первичный эталон единицы
кинематической вязкости (ГЭТ 17-96) создан на
основе
капиллярного
метода
измерения
вязкости, реализуемого набором капиллярных
вискозиметров с висячим уровнем.
» Принцип действия эталона основан на
измерении времени течения определенного
объема жидкости через капилляр вискозиметра.
» Для капиллярного вискозиметра имеет место следующая
зависимость между вязкостью, размерами прибора и
временем течения жидкости
  r4  g  H
m V

(1  )  
8V   L  nr 

8  ( L  nr ) 
e
» где γ - кинематическая вязкость жидкости, мм2/с;
» H – разность уровней жидкости в коленах вискозиметра,
мм; r –радиус капилляра, мм;
» V – объем измерительного резервуара, мм3;
» L – длина капилляра, мм;
» τ – время истечения жидкости из измерительного
резервуара, с;
» g – ускорение свободного падения, мм/с2;
» π=3,14 – безразмерный коэффициент;
» m – безразмерный коэффициент, учитывающий «поправку
на потерю жидкостью кинетической энергии»;
» n – поправка Куэтта.
» Вискозиметры первичного и рабочего эталона являются
приборами капиллярного типа с висячим уровнем.
Отличаются по геометрическим размерам капилляра и
объема измерительного шарика, кроме того длина капилляра
у первичного эталона составляет 550 мм, у рабочего эталона
1-разряда – 300 мм.
»
»
Рабочие эталоны 1-го разряда применяются для аттестации государственных
стандартных образцов (ГСО) вязкости жидкостей, являющихся в соответствии
с поверочной схемой Рабочими эталонами 2-го разряда.
Рабочие эталоны 2-го разряда применяют для калибровки и поверки рабочих
средств измерений (РСИ) вязкости.
» Методы измерения вязкости жидкостей основаны на
регистрации в процессе измерения параметров,
функционально связанных с вязкостью.
Методы измерений вязкости достаточно разнообразны.
Их можно разделить на две группы:
» дающие результат измерения в условных единицах ;
» абсолютные, позволяющие выразить вязкость в
единицах длины, массы и времени.
Методы измерения вязкости, позволяющие выразить результат измерения в
трех основных единицах, базируются на решенных задачах гидромеханики о
течении вязкой жидкости, ограниченной твердой стенкой. Эти методы могут
быть разделены на два: для приборов с установившемся и не установившемся
течением.
» Капиллярный метод – течение жидкости в круглой трубе;
Метод основан на законе Пуазейля, описывающем закономерности движения
жидкости в капилляре.
» На рис. представлена схема капиллярного вискозиметра.
Жидкость из одного сосуда под влиянием разности давлений (р) протекает
через капилляр определенного сечения и длины в другой сосуд. Эти сосуды
имеют во много раз большее поперечное сечение, чем капилляр, поэтому
скорость движения жидкости в сосудах в десятки раз меньше, чем в капилляре,
и не все давление пойдет на преодоление вязкого сопротивления жидкости.
»
Ротационный метод – течение
жидкости между двумя соосными
(вращающимися)
цилиндрами,
конусами или сферами;
Сущность метода заключается в
том, что исследуемую жидкость
помещают в зазор между двумя
поверхностями
правильной
геометрической формы. Одна из
поверхностей
приводится
во
вращение с постоянной скоростью.
При этом вращательное движение
передается жидкостью к другой
поверхности.
Согласно
теории
метода предполагается отсутствие
проскальзывания
жидкости
у
поверхностей. Момент вращения,
передаваемый от одной поверхности
к другой, является мерой вязкости
жидкости. Для измерения крутящего
момента
вторая
поверхность
соединения с динамометрическим
устройством.
Малый
зазор
между
поверхностями необходим для
сдвига деформируемой жидкости.
Вискозиметры
этой
группы
позволяют производить измерения
жидкостей с вязкостью до 103
Па·с.
 Метод падающего шара – движение шара в жидкости;
Этот метод применяют в основном для измерения вязкости
расплавленных стекол и солей в пределах изменения
вязкости
от
1,0
до
104
Па·с.
При использовании метода трудности заключается в
определении местонахождения шарика в непрозрачном
расплаве, а также в подборе материалов для шариков.
» Рассмотренные выше приборы – капиллярные, с
соосными цилиндрами и с падающим шаром – являются
лабораторными. Измерение вязкости на них (вместе с
подготовкой прибора) занимает целый рабочий день. В
настоящее время для автоматизации производства
различных жидких и полужидких материалов применяют
вискозиметры непрерывного действия, позволяющие
следить за качеством продукции на различных этапах ее
приготовления.