У навчальному посібнику розглянуто питання метрології, а також вимірювання і контролю параметрів, які практично повністю охоплюють весь спектр величин, характерних для технологічних процесів у нафтовій та газовій промисловості. Навчальний посібник адресовано студентам метрологічних, приладних та технологічних спеціальностей, аспірантам та викладачам. ЗМІСТ Перелік умовних скорочень......................................................................................................7 Передмова.....................................................................................................................................9 Вступ............................................................................................................................................10 1. Основи метрології та інформаційно-вимірювальних технологій................................11 1.1 Метрологія і її значення в науково-технічному прогресі..................................................11 1.2 Державна метрологічна система та Метрологічна служба України.................................17 1.2.1 Державний метрологічний контроль і нагляд..................................................................19 1.2.2 Державні випробування засобів вимірювальної техніки................................................20 1.2.3 Державна метрологічна атестація, повірка та калібрування засобів вимірювальної техніки..........................................................................................................................................21 1.2.4 Акредитація на право здійснення різних видів метрологічної діяльності…………....25 1.2.5 Законодавчі вимоги до застосування засобів вимірювальної техніки, вимірювань і результатів вимірювань...............................................................................................................26 1.2.6 Мета, завдання і зміст метрологічного забезпечення технічних об'єктів.....................27 1.2.7 Розробка і метрологічна атестація методик виконання вимірювань.............................29 1.3 Фізичні величини і одиниці їх вимірювання.......................................................................30 1.3.1 Фізичні величини...............................................................................................................30 1.3.2 Поняття про систему фізичних величин...........................................................................35 1.3.3 Принципи побудови Міжнародної системи одиниць......................................................38 1.3.4 Вимірювані величини.........................................................................................................47 1.4 Види і методи вимірювань....................................................................................................49 1.4.1 Вимірювальний сигнал і перетворення вимірювальної величини...............................49 1.4.2 Види і методи вимірювань................................................................................................51 1.4.3 Методи вимірювань...........................................................................................................52 1.4.4 Поняття про точність вимірювань...................................................................................53 1.4.5 Еталони одиниць фізичних величин...............................................................................54 1.4.6 Планування та організація вимірювань...........................................................................57 1.5 Засоби вимірювальної техніки.............................................................................................58 1.5.1 Класифікація засобів вимірювальної техніки..................................................................58 1.5.2 Структура засобів вимірювань..........................................................................................62 1.5.3 Параметри засобів вимірювань.........................................................................................64 1.5.4 Нормовані метрологічні характеристики засобів вимірювань......................................67 1.5.5 Експлуатаційні характеристики засобів вимірювальної техніки...................................74 1.5.6 Державна система промислових приладів та засобів автоматизації.............................76 1.6 Складові похибок вимірювання...........................................................................................78 1.6.1 Характеристика похибок вимірювань за джерелом виникнення...................................80 1.6.2 Характеристика похибок вимірювань за наявністю функціонального зв'язку з вимірною фізичною величиною.................................................................................................82 1.6.3 Характеристика похибок вимірювань за закономірністю їх зміни................................83 1.6.4 Способи відображення кількісних характеристик похибок вимірювань......................85 1.6.5 Показники якості вимірювань...........................................................................................87 1.6.6 Поняття про ймовірнісні та статистичні характеристики похибок вимірювань та області їх використання..............................................................................................................88 1.7 Систематичні похибки вимірювання..................................................................................89 1.7.1 Виявлення та вилучення систематичних похибок з результатів вимірювань………..89 1.8 Випадкові похибки вимірювання........................................................................................95 1.8.1 Розподіли випадкових величин.......................................................................................95 1.8.2 Числові характеристики випадкових похибок..............................................................105 1.8.3 Параметри розподілу випадкових похибок..................................................;.................106 1.8.4 Точкові та інтервальні імовірнісні характеристики похибок і результатів вимірювань 1.8.5 Статистичні оцінки характеристик вимірювань...............................................121 1.8.6 Перевірка гіпотези про вид функції густини розподілу результатів вимірювань....................................................................................................................125 1.8.7 Виявлення грубих результатів вимірювань………………………………......128 1.8.8 Методи виявлення і вилучення систематичних похибок з результатів вимірювань………………………………………………………………………….....139 1.8.9 Методи сумування похибок вимірювань...........................................................131 1.8.10 Визначення сумарної систематичної похибки вимірювань...........................132 1.8.11 Визначення сумарної випадкової похибка вимірювань................................134 1.8.12 Визначення повної похибки прямих багаторазових вимірювань.................138 1.8.13 Критерії нехтовності малих складових похибки вимірювань.......................140 1.8.14 Нормування характеристик похибок вимірювань.......... …………………....144 1.8.15 Форми подання результатів вимірювань..........................................................145 1.9 Динамічні характеристики та похибки засобів вимірювальної техніки............146 1.9.1 Загальні відомості про динамічні властивості ЗВТ..........................................146 1.9.2 Методи дослідження динамічних характеристик ЗВТ....................................152 1.9.3. Динамічні похибки засобів вимірювальної техніки та можливості їх зменшення.....................................................................................................................157 1.9.4 Види динамічних похибок засобів вимірювальної техніки та причини їх виникнення................................................................................................................... 163 1.10 Опрацювання результатів прямих вимірювань.................................................164 1.10.1 Принципові основи оцінювання похибок вимірювань…………….............164 1.10.2 Оцінка результату і похибки прямих вимірювань.........................................166 1.10.3 Оцінка похибки прямих одноразових вимірювань....................................... 166 1.10.4 Оцінка результату і похибки прямих багаторазових вимірювань.............. 167 1Л0.5 Опрацювання результатів прямих одноразових вимірювань.......................170 1Л0.6 Опрацювання результатів багаторазових прямих вимірювань.....................175 1.10.7 Опрацювання результатів прямих нерівно точних вимірювань...................176 1.11 Опрацювання результатів опосередкованих вимірювань...............................178 1.11.1 Оцінка результату і похибки опосередкованих вимірювань.......................178 1.11.2 Опрацювання результатів опосередкованих вимірювань з лінійною залежністю.....................................................................................................................179 1Л1.3 Опосередковані вимірювання при нелінійній залежності............................. 181 1Л1.4 Систематична похибка опосередкованих вимірювань при нелінійній залежності......................................................................................................................184 1.11.5 Результат і похибка опосередкованих вимірювань........................................185 1.12 Оцінка результатів і похибок сумісних та сукупних вимірювань…………....191 1.13 Метрологічний аналіз з застосуванням концепції невизначеності………......194 2 Методи і прилади для вимірювання тиску..............................................................200 2.1 Загальні відомості про вимірювання тиску...........................................................200 2.2 Тиск як фізична величина.......................................................................................200 2.3 Рідинні прилади для вимірювання тиску..............................................................203 2.4 Похибки рідинних манометрів і введення поправок до їх показів…................212 2.5 Вантажопоршневі манометри................................................................................215 2.6 Пружинні прилади для вимірювання тиску..........................................................218 2.7 Системи дистанційної передачі показів................................................................234 2.8 Електричні засоби вимірювання тиску..................................................................241 2.8.1 Тензорезисторні засоби вимірювання тиску.....................................................242 2.8.2 П'єзоелектричні засоби вимірювання тиску.......................................................245 2.8.3 Ємнісні засоби вимірювання тиску....................................................................247 2.8.4 Частотні засоби вимірювання тиску..................................................................248 2.8.5 Іонізаційні засоби вимірювання тиску...............................................................249 2.8.6 Теплові засоби вимірювання тиску....................................................................250 2.8.7 В'язкісні засоби вимірювання тиску..................................................................251 2.9 Сучасні вимірювальні перетворювачі тиску.........................................................251 3 Методи і прилади для вимірювання температури..................................................256 3.1 Температурні шкали...............................................................................................256 3.2 Класифікація приладів для вимірюваня температури.........................................261 3.3 Термометри розширення...................................................................................................263 3.3.1 Рідинні термометри.........................................................................................................263 3.3.2 Біметалеві термомети......................................................................................................266 3.3.3 Дилатометричні термометри..........................................................................................268 3.3.4 Манометричні термометри.............................................................................................269 3.4 Термоелектричні термометри...........................................................................................273 3.4.1 Поправка на температуру холодних спаїв термопари.................................................275 3.5 Резистивні термоперетворювачі.......................................................................................278 3.6 Спеціальні методи вимірювання температури................................................................299 3.6.1 Вимірювання температури газу (рідини)......................................................................299 3.6.2 Вимірювання температури поверхні твердих тіл.........................................................302 3.6.3 Ядерний квадрупольний резонансний термометр........................................................303 3.6.4 Шумовий термометр.......................................................................................................306 3.6.5 Акустичний термометр...................................................................................................309 3.6.6 Термоіндикатори.............................................................................................................316 3.7 Вітчизняні інтелектуальні засоби вимірювання температури.......................................318 3.8 Пірометри випромінювання..............................................................................................321 3.8.1 Теоретичні основи безконтактних методів вимірювання температури.....................321 3.8.2 Оптичні пірометри..........................................................................................................327 3.8.3 Пірометри спектрального співвідношення...................................................................329 3.8.4 Радіаційні пірометри.......................................................................................................331 3.9 Похибки термометрів за випроміненням (пірометрів)...................................................331 4 Вимірювання витрати та кількості речовини..............................................................346 4.1 Витратоміри змінного перепаду тиску............................................................................346 4.2 Швидкісні витратоміри та лічильники.............................................................................353 4.3 Об'ємні лічильники............................................................................................................360 4.4 Ультразвукові витратоміри...............................................................................................369 4.5 Вихорові витратоміри........................................................................................................372 4.6 Усереднювальні напірні трубки.......................................................................................377 4.7 Витратоміри змінного рівня.............................................................................................380 4.8 Витратоміри постійного перепаду тиску........................................................................380 4.9 Електромагнітні витратоміри...........................................................................................382 4.10 Калориметричні і термоанемометричні витратоміри..................................................383 4.11 Масові витратоміри........................................................................................................386 4.12 Техніка вимірювання витрати рідин і газів у трубопроводах великих діаметрів.....390 4.13 Обчислювачі та електронні коректори об'єму газу......................................................396 4.13.1 Аналіз технічних характеристик обчислювачів........................................................397 5 Методи і прилади для вимірювання рівня................................................................ ..404 5.1 Візуальні рівнеміри...........................................................................................................404 5.2 Поплавкові рівнеміри.......................................................................................................405 5.3 Буйкові рівнеміри.............................................................................................................405 5.4 Гідростатичні рівнеміри...................................................................................................406 5.5 Електричні рівнеміри.......................................................................................................407 5.5.1 Ємнісний рівнемір.........................................................................................................407 5.5.2 Омічні рівнеміри...........................................................................................................408 5.6 Радіозотопні рівнеміри....................................................................................................409 5.7 Ультразвукові і акустичні рівнеміри..............................................................................410 5.8 Гідростатичні системи обліку нафти..............................................................................412 5.9 Поплавкові системи обліку нафти...................................................................................413 5.10 Рівнеміри для сипучих тіл..............................................................................................417 6 Методи і прилади для аналізу складу і вимірювання параметрів речовин....................................................................................................................................420 6.1 Методи і прилади для вимірювання густини рідин і газів............................................421 6.1.1 Вагові (пікнометричні) густиноміри.................................................................422 6.1.2 Поплавкові (ареометричні) густиноміри..........................................................426 6.1.3 Гідростатичні густиноміри................................................................................427 6.1.4 П'єзометричні густиноміри................................................................................428 6.1.5 Гідродинамічні густиноміри..............................................................................429 6.1.7 Радіоактивні густиноміри..................................................................................430 6.2 Методи і прилади для вимірювання в'язкості рідин..........................................431 6.2.1 Віскозиметри витікання (капілярні віскозиметри).........................................432 6.2.2 Віскозиметри з падаючою кулькою...................................................................433 6.2.3 Ротаційні віскозиметри.......................................................................................434 6.3 Калориметрія..........................................................................................................434 6.4 Вимірювання концентрацій рідин і газів..............................................................436 6.4.1 Термокондуктометричні газоаналізатори........................................................436 6.4.2 Інфрачервоні газоаналізатори...........................................................................437 6.4.3 Магнітні газоаналізатори...................................................................................439 6.4.4 Потенціометричні аналізатори...................................................................