Государственный первичный эталон единицы давления для области избыточных давлений

Государственный первичный эталон единицы давления для области избыточных

давлений

Измерение давления» 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 310-6, и неисключенной систематической погрешности (НСП), не превышающей 2 10-5.

Государственный специальный эталон (ГСЭ) единицы давления для разности давлений

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 0,1–1102 Па, СКО 0,05 Па, НСП 0,05 Па;

микроманометр компенсационный со штриховой мерой, основанный на уравновешивании действия давления столбом жидкости, с диапазоном 50–5103 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 103–4104 Па, СКО 0,4 Па, НСП 0,8 Па;

средство передачи размера единицы давления с диапазоном измерений 20–1,6104 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 0,310-2, НСП 0,310-2.Эталон состоит из комплекса следующих СИ:» - мембранно-емкостной вакуумметр, с диапазоном измерений 10-

3-103 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 410-5 Па, НСП 210-4 Па.

ГПЭ единицы давления для области избыточных давлений ГЭТ 23-79

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 6 ּ10-6.

Эталон-копию применяют для передачи размера единицы-давления 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 2 ּ10-5.

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 4-го 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

Микроманометры» 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 для разности давлений ГЭТ 95-75.

Жидкостный чашечный микроманометр с наклонной трубкой типа ММН.

Состав эталона ГЭТ 95-75:

1. Микроманометр весовой колокольный• диапазон воспроизведения единицы давления 0,1-1102 Па;• СКО не более 0,05 Па;• НСП не более 0,05 Па;

2. Микроманометр компенсационный со штриховой мерой• диапазон измерений 50-5103 Па;• СКО не более 0,08 Па;• НСП не более 0,3 Па;

3. Микроманометр грузопоршневой с нецилиндрическим поршнем на газовой смазке

• диапазон измерений 103-4104 Па;• СКО не более 0,4 Па;• НСП не более 0,8 Па;

4. Средство передачи размера единицы давления• диапазоном измерения 20-1,6104 Па;• СКО не более 0,05-0,4 Па;

Микроманометр весовой колокольный (МВК) в диапазоне 0,1-100 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

Особенности МВК» 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 (Ø 1 мкм) и большая площадь ванны, равная 1 м2, позволяют не учитывать влияния гидростатических сил, действующих на стенки колоколов.

» Номинальное значение площади поперечного сечения 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.

Уравнение измерений разности давлений микроманометра МВК• В общем случае выражается формулой

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.

в

Fgm

Fgmpp 1

2

2

1

121

Микроманометр компенсационный со штриховой мерой (МКШ) в диапазоне 50–

5000 Па» 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.

Особенности МКШ• 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 10-30 С составляет не более 0,1 С).

• Рабочей жидкостью микроманометра является дистиллированная вода.

Уравнение измерения разности давлений для микроманометра типа МКШ

В общем случае имеет вид

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;a– коэффициент линейного расширения меры;t – температура штриховой меры.

2 0α1ρρ 2121 tg hpp

Применение МКШ» 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.

102

Нестабильность показаний МКШ

» 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 , где l – расстояние между вертикальными осями подвижного и неподвижного сосудов, a – угол наклона штриховой меры микроманометра от вертикальной оси.

atgl

Микроманометр МКШ-М

» . Создан в начале 90-х годов в результате работ по совершенствованию микроманометров типа МКШ.

» Имеет оригинальную конструкцию: оси подвижного и неподвижного сосудов были совмещены

Результаты испытаний МКШ-М (1993 г. - 1996 г.)

» 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.

Микроманометр грузопоршневой с нецилиндрическим поршнем (МКП) на

газовой смазке В диапазоне 103–4104 Па

» 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.

Особенности МКП

» 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.

Уравнение пересчета давления для микроманометра типа МКП

» В общем случае имеет вид

» Рн – номинальное давление, Па;

» Рб – давление окружающей среды, мм. рт. ст.;

» T – температура окружающей среды, С;

1

760101201 б3

нPtPP a

Эталон ГЭТ 95-75 в настоящее время

• 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

Международные поверочные сличения национальных эталонов

» 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 20-1600 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.

Государственная поверочная схема

Вторичные эталоны

» 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.

Эталонные (образцовые) средства измерений 1-го разряда.

» 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.

Эталонные (образцовые) средства измерений 2-го разряда.

» применяют для поверки рабочих средств измерений непосредственным сличением.

» 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 (образцовых) средств 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

Рабочие средства измерений» применяются для практических измерений при научных

исследованиях, в производстве, торговле и др. областях.

» 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.

В качестве рабочих средств измерений применяют:

1. микроманометры с диапазоном 2–1·102 Па (0,2–10 кгс/м2) и 2–2,4·103 Па (0,2–2,4·102 кгс/м2) с наклонной трубкой.

2. микроманометры с диапазонами 1–2,5·103 Па (0,1–2,5·102 кгс/м2) и 2–2,5·103 Па (0,2–2,5·102 кгс/м2) с микрометрическим винтом.

3. напоромеры.

4. тягомеры.

5. тягонапоромеры и дифференциальные манометры с верхними пределами от 4·102 до 4·104 Па (от 40 до 4·103 кгс/м2).

6. дифференциальные манометры-расходомеры и манометры-перепадомеры с верхними пределами от 10 до 2,5·104 Па (от 1 до 2,5·103 кгс/м2).

7. манометры избыточного давления с верхними пределами до 4·104 Па (до 4·103 кгс/м2).

Государственный первичный эталон единицы плотности

Плотность» 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.

Государственная поверочная схема и государственный первичный эталон

плотности

» 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» 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.

Эталонная сфера» 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,

мнесферич

ностьТКЛР,

0С-1

0,948 893 02 0,386 756 1 9,03954.10-2 2.10-5 1.10-8

Состав эталона

эталонный поплавок эталонная сфера из ситалла

электромеханическоеустройство для снятия

и установки эталонной сферы на

весах

эталонные весов 1-го класса модели

XP–2004

система двухступенчатого

термостатирования

измерительного цилиндра с

дистиллированной водой

Воспроизведение единицы плотности

» на основании прямых многократных измерений его массы и «кажущейся массы» в воде, входящих в уравнение измерений:

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.

Wwt mm

mpp

» Значение плотности воды берут из таблиц ГСССД 2-89.

» Массу поплавка определяют на электронных лабораторных весах класса точности 1 по ГОСТ 24104-88.

» значение «кажущейся массы» поплавка в воде – на эталонных гидростатических весах, входящих в состав эталона по формулам:

eVXCm

VmCm Гw

)1(Гp

eС

» 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.

eVXCm VmCm Гw )1(Гp

eС

» Плотность воздуха определяют по формуле:

» 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.

33,1013

)83(

)1(0

hH

tEe

Эталонные средства измерений

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)

Нормативные документы 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 учетно-

расчетных операциях. Методика выполнения измерений ареометром»;

МИ 2326-95 «ГСИ. Датчики плотности жидкости вибрационные поточные фирмы Шлюмберже. Методика поверки».

Принцип действия ВЭ 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 – 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.

ρпж = (Мп –Рпж)/Vп, кг/м3

Рабочие средства измерений

Ареометры

Вибрационные плотномеры

Ареометр» Прибор, который служит для определения

плотности, а следовательно и удельного веса тел;

» Устройство Ареометра основано на гидростатическом законе (Архимедов закон);

Плотномер» 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.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕРВИЧНЫЙ ЭТАЛОН ЕДИНИЦЫ

КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ

» 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

» 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.

4

(1 )8 8 ( )

r g H e m VV L nr L nr

Рабочие эталоны» 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.

Рабочие средства измерений» 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.

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.

Метод падающего шара – движение шара в жидкости;

» 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.